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氧化铝粉体在电子制造、半导体、新能源等高端领域的需求及应用
2024年04月01日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:186
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精细氧化铝粉体通过对工业原材料的精密加工以适应不同行业的应用需求,其主要以工业氧化铝为原料,通过提纯、煅烧、研磨、均化、分级等加工工序,控制粉体晶体形貌、晶相转化率、粒径与分布、敏感特定元素、表面性能及活性等技术指标,使其具备绝缘、耐高温、高导热及化学性能稳定等特点,可满足不同下游领域的具体材料应用需求。目前,精细氧化铝粉体作为电子材料的应用越来越受到重视,是生产电子陶瓷器件、电子玻璃、锂电池隔膜、高压电器、晶圆研磨抛光材料等产品的重要基础材料,终端应用覆盖了集成电路、消费电子、电力工程、电子通讯、新能源汽车、平板显示、光伏发电等多个国家大力发展的重点领域。

精细氧化铝的典型应用

随着国内企业研发水平和生产工艺不断进步,高端生产装备不断投入,国产精细氧化铝产品在产品化学纯度、晶体形貌、稳定性、应用性能等方面有显著提升,产品种类逐渐丰富,产品结构正由中低端逐步走向高端。在众多下游应用中,电子行业对精细氧化铝的综合技术指标要求严苛,并且需要保证大批量不同批次供应原材料的性能和质量稳定,有着很高的技术和生产门槛,某些特殊牌号的产品仍旧需求国产替代,这些都是需要关注的方向。

那么,氧化铝粉体作为电子材料的应用有哪些重点方向呢?

一、电子陶瓷领域

电子陶瓷是指应用于电子工业中制备各种电子元器件的陶瓷材料,主要以氧化物或氮化物粉末等无机非金属材料为主要成分进行烧结,通过结构设计、精确的化学计量、合适的成型方法和烧成制度,使其具备机械强度高、绝缘电阻高、耐高温高湿、抗辐射、电容量变化率可调整等优良特性。其中,精细氧化铝是生产电子陶瓷基片、陶瓷封装材料、电真空管壳、HTCC陶瓷等电子陶瓷元器件的主材之一,亦是生产MLCC等陶瓷产品的辅助材料。


氧化铝在电子陶瓷领域的应用

电子陶瓷器件对尺寸精度、绝缘性、强度、密度等指标要求高,生产流程长且复杂,在材料、工艺、设备等方面形成较高壁垒,尤其是电子陶瓷粉体配置尤为重要,粉体配方中纯度、颗粒大小、化学成分、结构分布等的细微改变都可能影响到电子陶瓷器件的电性能、强度、密度、抗衰、耐磨性等,而精细氧化铝粉体是大部分电子陶瓷粉体配方中的主材,因此精细氧化铝粉体的质量和稳定性直接决定了电子陶瓷器件的质量和可靠性。

二、电子玻璃领域

电子玻璃主要可分为显示玻璃基板和盖板玻璃。显示玻璃基板是手机、电视等电子设备中显示面板(主要为TFT-LCD和OLED)的重要组成部分,对面板的性能有直接而显著的影响;而盖板玻璃则位于显示面板上方,对其起到支撑保护作用,并保证其在受到撞击或刮蹭时仍能保持良好的显示效果。目前显示面板行业已从电脑、手机等传统领域逐渐向车载显示、智能穿戴设备等应用领域扩展,行业迎来全新发展机遇。

玻璃基板与盖板玻璃所具有的超薄、透光性好、强度高等特性都使得其对玻璃的制造工艺提出了十分严苛的要求,使这个行业成了非常深厚的壁垒,玻璃制造中配方和化学组成是影响性质和生产的核心因素。


精细氧化铝粉体位于电子玻璃产业链上游。盖板玻璃和玻璃基板一般为熔融玻璃液利用溢流法稳定成型而成,其中,精细氧化铝粉体是配置熔融玻璃液的主要成分之一,用量仅次于石英粉,是重要的结构性功能材料,起到提高玻璃韧性和透光率的作用。电子玻璃配方是电子玻璃制造的核心技术所在,需要长期经验积累形成稳定的配置方案,正确的配方对电子玻璃的光学性能、化学特性和物理性能起到决定性影响,也关系到电子玻璃成品的良率。

氧化铝在电子玻璃领域的应用

三、输变电领域

“十四五”以来,“碳达峰、碳中和”已成为我国实现可持续发展、高质量发展的内在要求,作为新型电力系统中不可或缺的一环,输变电行业肩负着实现绿色低碳目标的重任。输变电指电厂向电网通过先升后降的方式进行输电的电能传递过程,分为高压输电和变电,高压输电是发电厂通过变压器将发电机输出的电压升压后传输的一种方式,变电是为满足安全需要,又将电压降低,分配给各用户。在国家一系列电力电网建设政策支持下,电网投资金额稳步增长带动输变电行业持续发展,高压电器和特高压电器市场规模有望持续扩大。


精细氧化铝处于特高压电器上游前端,可作为填充材料用于生产特高压电器用绝缘材料,起到导热和绝缘的作用。高压和特高压电器包括变压器、换流阀、控制保护系统、特高压并联电抗器、高压开关、高压串联补偿装置、特高压互感器、平波电抗器、特高压电容器、避雷器、绝缘子、套管、导地线等。

在高压气体绝缘开关设备(gasinsulated switchgear,GIS)所用的环氧浇注绝缘件中,氧化铝填料的用量超过浇注体系的50%。氧化铝作为环氧浇注件的主要填充物,其理化特性对绝缘件的性能有极大的影响。除硅、铁、钠等指标符合标准外,还要求氧化铝粉体有尽量低的电导率,以增强浇注件的绝缘性能以及力学性能。

四、锂电池隔膜涂覆领域

精细氧化铝是锂电池隔膜涂覆的关键材料,隔膜表面单面或者双面进行涂覆可以显著提高高温稳定性,缓解隔膜热收缩造成的电池正负极接触、燃烧、爆炸的安全问题,经涂覆后隔膜厚度增加,隔膜的稳定性和寿命都有显著改善。

在涂覆技术路线方面,涂覆材料主要包括无机物涂覆、有机物涂覆和功能性多层涂覆。与有机涂覆和功能性多层涂覆技术相比,无机涂覆隔膜的可拉伸强度和热收缩率更好,且技术更加成熟,下游客户已形成产业化应用。


氧化铝在锂电池隔膜涂覆领域的应用

另外,目前市场涌现新需求的气相氧化铝可用于下一代锂离子电池超薄隔膜涂覆层,可帮助提高电池的能量密度和续航里程,提升电池耐久性、安全性和充电速度。气相氧化铝是用三氯化铝在高温的条件下把它蒸成气态,和氢气、氧气混合,在反应炉经过高温条件下,在短短时间内喷射出来粒状的粉体产品。该工艺通过浓度、火焰温度和燃烧时间等过程调整产品性能,关键要素是控制晶粒尺寸、缺陷尺寸、晶界宽度和晶形、粒度分布、比表面积和纯度等。

扩展阅读:

1.“万能添加剂”气相氧化铝能发挥什么作用?

2. 你笑“气相氧化铝”是渣渣,气相氧化铝笑你看不穿...

五、导热填料领域

随着电子元器件向叠装和集成化发展,市场对导热填充材料的散热性提出更高的要求。球形氧化铝的下游主要用于制作导热界面材料(如导热垫片、导热硅脂、导热灌封胶等)、导热工程塑料、导热铝基覆铜板、特种陶瓷领域等,最终延伸可用于新能源、电子材料、高端基板行业等的封装。

导热封装填料的核心指标

核心指标

指标解释

性能影响

电导率

在水中可溶解的杂质导电离子的含量

电导率越低,绝缘性越好

杂质含量

产品中氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁等非二氧化硅的杂质含量

杂质越少,纯度越高,下游产品的可靠性和稳定性越好

磁性异物含量

产品中的磁性颗粒的含量,包括有磁性的金属、金属氧化物颗粒

磁性异物含量越低,纯度越高,下游产品的绝缘性越好

U&Th 含量

电子行业普遍关注的导致软错误的相关元素

U&Th 含量越低,α粒子的数量越少,芯片发生软错误的概率越低

介电常数

物质保持电荷的能力,是衡量材料绝缘能力的指标

介电常数越小,信号传输速度越快

介质损耗

在电场作用下,材料单位时间内消耗的能量

介质损耗越小,信号传输质量越高

比重

材料的相对密度

比重越小,下游产品越轻便化

莫氏硬度

衡量材料硬度的标准

莫氏硬度越低,加工性能越好

线性膨胀系数

材料膨胀或收缩随温度变化的程度

线性膨胀系数越小,材料尺寸随温度变化越小,尺寸稳定性越好,越不容易引入有害的热应力

热传导率

材料直接传导热量的能力

热传导率越高,散热性越好

扩展阅读:

1. 导热填料主力大军——氧化铝

2. 片状氧化铝VS球形氧化铝:在导热应用上谁更胜一筹?

3. 大单晶氧化铝vs球形氧化铝:在导热应用上有什么区别?

4. 3000元/kg的Low-α射线球形氧化铝,半导体高端封装材料

六、半导体陶瓷零部件领域

陶瓷具有高硬度、高弹性模量、高耐磨、高绝缘、耐腐蚀、低膨胀等优点,可用作硅片抛光机、外延/氧化/扩散等热处理设备、光刻机、沉积设备,半导体刻蚀设备,离子注入机等设备的零部件,因此精密陶瓷部件的研发生产直接影响半导体产业发展,其制备技术要求也越来越高。通常半导体设备用陶瓷有氧化铝、氮化硅氮化铝碳化硅等,其中,氧化铝作为“性价比最高”的精密陶瓷材料,在该领域有着非常普遍的应用。

氧化铝陶瓷在半导体刻蚀设备中,主要采用高纯Al2O3涂层或Al2O3陶瓷作为刻蚀腔体和腔体内部件的防护材料。除了腔体以外,等离子体设备的气体喷嘴,气体分配盘和固定晶圆的固定环等也需用到氧化铝陶瓷。再例如在晶圆抛光工艺中,氧化铝陶瓷可被广泛应用于抛光板、抛光磨垫校正平台、真空吸盘等。


扩展阅读:

1. 盘点氧化铝陶瓷作为半导体设备零部件的应用

2. 半导体封装的“缝线针”:陶瓷劈刀

七、研磨抛光领域

作为使用最广泛的抛光粉之一,氧化铝抛光粉切削速率快、出光效果好、生产工艺简单、成本低等优势,适用于多种材料的表面加工,包括金属、塑料、陶瓷等,在电子、光学、航空航天等领域广泛应用。尤其在当前半导体领域的晶圆CMP抛光,氧化铝在晶圆的精密抛光工序发挥着举足轻重的作用。

通常在晶圆抛光应用中,一方面因为可将氧化铝粉制为平板状,研磨压力均匀分布在颗粒表面,颗粒不易破碎,从而提高了研磨效率和表面光洁度,可以减少磨削时间,大幅提高研磨效率,减少磨片机的损耗,节省人工和磨削成本,将成品率提升在90%以上;另一方面当被抛光对象是碳化硅晶圆(莫氏硬度9.2)时,就不能使用硅溶胶抛光液或者较为柔软的氧化铈抛光液。此时使用氧化铝抛光液是一个较为理想的选择:因为氧化铝经过特殊的制备法可将硬度提高到9.2以上,在此基础上还能将粒径控制在100nm-150nm范围内,使得碳化硅晶圆得以抛光至埃级的平整度。


扩展阅读:

1.能够满足精密抛光的氧化铝粉有哪些?

2.“光鲜亮丽”的抛光粉市场,氧化铝系能有多大能耐?

3.板状刚玉、板状氧化铝、片状氧化铝,我们该咋理解与区分呢?


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