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威海圆环:国内氮化硅陶瓷基板产业化的先行者
2021年09月08日 发布 分类:企业专访 点击量:404
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氮化硅陶瓷基板由于在导热性、强度、断裂韧性、绝缘性、抗热震性、热膨胀系数与半导体材料匹配性好等性能上相比于其他基板材料,有着更优越的综合性能,是大功率电子元器件散热基板材料的绝佳之选,目前已经在高铁、电动汽车的电控系统中得到实际应用。

氮化硅陶瓷基板(图源:威海圆环)

而当前,氮化硅陶瓷基板市场基本被日本垄断,在下游功率模块器件和电动汽车领域增长快速,作为芯片产业链配套的关键新材料,氮化硅陶瓷基板的国产化替代一直是国内陶瓷材料企业密切关注的问题。而直到现在,虽不乏能做出性能良好的基板样品的厂商,但要大规模稳定生产供应成熟的氮化硅陶瓷基板产品,国内依然还没有一家企业能做到。

小编了解到,威海圆环先进陶瓷股份有限公司多年来一直致力于打破氮化硅陶瓷基板生产技术壁垒,采用流延成型工艺,已完成一系列科技成果转化,在氮化硅陶瓷基板的产业化上走在了行业前列。为深入了解氮化硅陶瓷基板的生产工艺难点,小编实地参观了威海圆环的生产车间,并采访其董事长邹子雷先生。

威海圆环董事长邹子雷(左)、粉体圈总经理孙柯(右)

 威海圆环先进陶瓷股份有限公司创建于2015年,主要产品有氮化硅陶瓷磨珠,氮化硅陶瓷基板,精磨氮化硅轴承球以及各种异形氮化硅陶瓷结构件等。公司与国内著名科研院所联合进行技术攻关和产学研合作研发,纳米粉体、亚微米粉体、陶瓷成型、冷等静压、热压烧结、精密陶瓷机械加工等工艺手段齐全,率先实现氮化硅磨珠、氮化硅陶瓷基板等前沿产品的工业化生产。

在当前氮化硅陶瓷基板的制备工艺中,国内许多企业采用热压烧结氮化硅陶瓷块,然后切割获得陶瓷片,再磨削加工至合格尺寸和外观的方式。这种工艺虽然比较容易做出样品,但加工成本很高,并且制备出的基板虽然强度高,但热导率很难做到合格。

而流延成型具有如下优点:可连续生产,产品的缺陷小,性能均一,生产效率高等,国外主流氮化硅陶瓷基板均采用流延成型,但当前国内少有企业在尝试流延制作氮化硅基板,威海圆环是已知的在流延工艺研究进展领先的企业。

氮化硅基板的流延工艺目前有一大难点,就是采用有机流延体系,会出现由于浆料中有机物含量较高、生坯密度低、导致脱脂过程中坯体易变形开裂,影响产品质量等问题,这就导致流延工艺在基板生胚质量管控上有较高的技术门槛。

流延成型工艺流程图

邹总还提到,氮化硅陶瓷基板烧结完成后的研磨工序也相当重要。在威海圆环的加工车间里,小编见到了多台类似于硅片研磨的设备,基板下一道工序是覆铜刻蚀,对双面的表面要求很高,这就要求研磨加工必须釆用精细加工工艺。。

 

研磨机

而虽然与硅片研磨的设备类似,但加工工艺却有差别,硅晶圆片是圆形,通常研磨结果是中间薄、边缘厚,而陶瓷基板是方形,往往研磨结果是四角薄、中间厚,因此适合于氮化硅基板的研磨工艺也需要制造商投入一定的研发精力去探索。

氮化硅陶瓷基板的生产,不仅考验的是高性能陶瓷的成型烧结制备技术,也需要精细器件加工技术的创新,而威海圆环深知想要突破重重技术难关,必须要有强大的技术人才研究支持。氮化硅陶瓷电路基板项目,就是威海圆环牵头,联合4家国内知名高校共同科研的结晶。

为提高科研力和转化力,威海圆环先进陶瓷股份有限公司,初创之时便多措并举,一方面从国外引进顶尖的行业专家组建研发团队,其中博士占研发团队人数30% 以上;另一方面组建高端专家智囊团,其中包含专修材料和纳米表面工程的博士后、高等学府的工程化学系高级工程师,以及轴承集团磨球专家等各路精英外援。其次与重点高校联姻,先后与哈尔滨工业大学、华中理工大学、广州工业大学等近10家高校院所合作,陆续开展了多种形式的产学研合作,为科技创新驱动新旧动能转化奠定了雄厚基础。

如今,威海圆环的产品体系十分成熟,应用于陶瓷和金属材料亚微米和纳米研磨的氮化硅陶瓷磨珠,粒径低至0.1mm;热导率达90W/m·K、抗弯强度800MPa的氮化硅陶瓷基板;高性能氮化硅陶瓷轴承球,各类氮化硅陶瓷异形件,适用于分散、混合和粉体研磨设备的氮化硅陶瓷研磨环,用于冶炼、煅烧的氮化硅陶瓷坩埚等。

 

 

威海圆环氮化硅陶瓷产品

产业的革新升级离不开优秀企业的技术创新突破,当前国内的氮化硅陶瓷基板产业仍在初创发展阶段,一些下游车企巨头都开始尝试推动上游国产材料替代,机会已经涌现,正待产品产业化,早日实现大规模供应。威海圆环是国内氮化硅陶瓷基板流延工艺做得最成熟的一家,邹总目前也在积极扩充各工序生产设备,提升产能,以待早日实现国产化氮化硅陶瓷基板的推广应用。



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