關(guān)鍵詞：高導熱絕緣，TIM材料，氮化硼，高端材料

導語：新通訊技術(shù)邁向全面普及，消費電子產(chǎn)品向高功率、高集成、輕薄化和智能化方向加速發(fā)展。由于集成度、功率密度和組裝密度等指標持續(xù)上升，5G時代電子器件在性能不斷提升的同時，工作功耗和發(fā)熱量急遽升高。時代巨大數(shù)據(jù)流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時，引起了這些部位發(fā)熱量的急劇增加。

IGBT模塊是新一代的功率半導體電子元件模塊，誕生于20世紀80年代，并在90年代進行新一輪的改革升級，通過新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的IGBT模塊已經(jīng)成為集通態(tài)壓降低、開關(guān)速度快、高電壓低損耗、大電流熱穩(wěn)定性好等等眾多特點于一身，而這些技術(shù)特點正式IGBT模塊取代舊式雙極管成為電路制造中的重要電子器件的主要原因,電動汽車的蓬勃發(fā)展帶動了功率模塊封裝技術(shù)的更新迭代。

目前電動汽車主逆變器功率半導體技術(shù)，代表著中等功率模塊技術(shù)的先進水平，高可靠性、高功率密度并且要求成本競爭力是其首先需要滿足的要求.IGBT作為重要的電力電子的核心器件，其可靠性是決定整個裝置安全運行的最重要因素。由于IGBT采取了疊層封裝技術(shù)，該技術(shù)不但提高了封裝密度，同時也縮短了芯片之間導線的互連長度，從而提高了器件的運行速率。傳統(tǒng)Si基功率模塊封裝存在寄生參數(shù)過高，散熱效率差的問題，這主要是由于傳統(tǒng)封裝采用了引線鍵合和單邊散熱技術(shù)，針對這兩大問題，SiC功率模塊封裝在結(jié)構(gòu)上采用了無引線互連（wireless interconnection）和雙面散熱（double-side cooling）技術(shù)，同時選用了導熱系數(shù)更好的襯底材料，并嘗試在模塊結(jié)構(gòu)中集成去耦電容、溫度/電流傳感器以及驅(qū)動電路等，研發(fā)出了多種不同的模塊封裝技術(shù)。

致力于解決當前我國電子封裝及熱管理領(lǐng)域面臨的瓶頸技術(shù)問題，建立了國際先進的熱管理解決方案及相關(guān)材料生產(chǎn)技術(shù)，是國內(nèi)低維材料技術(shù)領(lǐng)域頂尖的創(chuàng)新型研發(fā)團隊。本產(chǎn)品是國內(nèi)首創(chuàng)自主研發(fā)的高質(zhì)量二維氮化硼納米片，成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜，具有透電磁波、高導熱、高柔性、低介電系數(shù)、低介電損耗等多種優(yōu)異特性,解決了當前我國電子封裝及熱管理領(lǐng)域面臨的“卡脖子”問題，擁有國際先進的熱管理TIM解決方案及相關(guān)材料生產(chǎn)技術(shù)，是國內(nèi)低維材料技術(shù)領(lǐng)域頂尖的創(chuàng)新型高科技產(chǎn)品。

產(chǎn)品的應用方向為5G通訊絕緣熱管理，主要目標市場可分為終端設備，智能工業(yè)，及新能源汽車三大板塊。5G技術(shù)是近年來最受矚目的關(guān)鍵科技，也是國內(nèi)外重點發(fā)展的核心產(chǎn)業(yè)之一。隨著5G商用，工業(yè)4.0、智慧城市、無人駕駛等科技建設的推進，該項目已經(jīng)初步形成了萬億的市場規(guī)模，并持續(xù)快速發(fā)展。一代通信技術(shù)，一代手機形態(tài)，一代熱管理方案。通信技術(shù)的演進，會持續(xù)引發(fā)移動互聯(lián)網(wǎng)應用場景的變革，并推動手機芯片和元器件性能快速提升。但與此同時，電子器件發(fā)熱量迅速增加，對手機可靠性和移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。從4G時代進入5G時代，智能手機芯片性能、數(shù)據(jù)傳輸速率、射頻模組等都有著巨大提升，無線充電、NFC等功能逐漸成為標配，手機散熱壓力持續(xù)增長。5G手機散熱的主流方案，高導熱材料、并加速向超薄化、結(jié)構(gòu)簡單化和低成本方向發(fā)展，技術(shù)迭代正在加速進行。

據(jù)統(tǒng)計，電子器件因熱集中引起的材料失效占總失效率的65-80%。為避免過熱帶來的器件失效，導熱硅脂、導熱凝膠、石墨導熱片、熱管和均熱板（VC）等技術(shù)相繼出現(xiàn)、持續(xù)演進，散熱管理已經(jīng)成為5G時代電子器件的“硬需求”。

新能源汽車在主流的大眾消費群體中越來越受歡迎，新能源汽車銷量持續(xù)增長。2021年新能源汽車銷量 333.41萬輛，新能源汽車在中國乘用車市場的滲透率從2017年的2.4%快速增長至2021年的16.0%。預計2022年新能源汽車銷量473.19萬輛，滲透率提高至22.6%。純電動汽車已成為中國最受歡迎的新能源汽車類型。2021年純電動汽車銷量273.4萬輛，純電動汽車在中國新能源汽車市場的滲透率已達82.0%。預計2022年純電動汽車銷量382.76萬輛，純電動汽車在中國新能源汽車市場的滲透率將達80.9%。不難看出，新能源行業(yè)是我國未來的一大趨勢。

中國另一個讓人倍感振奮的行業(yè)，那就是光伏新能源。2021年，中國為全球市場提供了超過70%的光伏組件；2021年，中國光伏行業(yè)四大環(huán)節(jié)產(chǎn)值突破7500億元，再創(chuàng)歷史新高；2021年，中國光伏發(fā)電新增裝機量54.88GW，分布式光伏發(fā)電占比歷史首次突破50%，裝機規(guī)模居世界第一；中國光伏產(chǎn)業(yè)在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)突破，依托自主可控的專利技術(shù)與規(guī)模優(yōu)勢，發(fā)電成本較10年前下降約80%……黨的十八大報告中提出，“加強節(jié)能降耗，支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國家能源安全”。在這一精神指引下，過去10年間，光伏產(chǎn)業(yè)通過降本提質(zhì)增效，從被“卡脖子”到全球領(lǐng)先，為中國可再生能源跨越式發(fā)展做出重要貢獻。

5G技術(shù)---將成為移動通信產(chǎn)業(yè)的新發(fā)動機5G

一

5G移動通信產(chǎn)業(yè)的新發(fā)動機

什么是5G？

“5G”一詞通常用于指代第 5 代移動網(wǎng)絡。5G 是繼之前的標準（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡）之后的最新全球無線標準，并為數(shù)據(jù)密集型應用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G 有助于建立一個新的、更強大的網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設備爆炸式增長的連接——該網(wǎng)絡不僅可以連接人們通常使用的端點，還可以連接一系列新設備，包括各種家用物品和機器。公認的5G的優(yōu)勢是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多 Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡不同，5G 網(wǎng)絡利用在 26 GHz 至 40 GHz 范圍內(nèi)運行的高頻波長（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體，在這些高頻下會遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。5G部署最初可能會以增強型移動寬帶應用為中心，滿足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務和數(shù)據(jù)接入需求。增強型移動寬帶用例將包括全新的應用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗，超越現(xiàn)有移動寬帶應用所支持的水平。

毫米波是5G的關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來無線移動通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復雜度信道估計技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網(wǎng)絡提出新的長距離、高移動、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應用場景的需求，針對毫米波無線通信的理論研究與系統(tǒng)設計面臨重大挑戰(zhàn)，開展面向長距離、高移動毫米波無線寬帶系統(tǒng)的基礎理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢： 毫米波由于其頻率高、波長短，具有如下特點：

頻譜寬，配合各種多址復用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點對點通信；波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。

毫米波的缺點：毫米波也有一個主要缺點，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網(wǎng)絡將會采用小基站的方式來加強傳統(tǒng)的蜂窩塔。

什么是熱管理？

熱管理？顧名思義，就是對“熱“進行管理，英文是：Thermal Management。熱管理系統(tǒng)廣泛應用于國民經(jīng)濟以及國防等各個領(lǐng)域，控制著系統(tǒng)中熱的分散、存儲與轉(zhuǎn)換。先進的熱管理材料構(gòu)成了熱管理系統(tǒng)的物質(zhì)基礎，而熱傳導率則是所有熱管理材料的核心技術(shù)指標。

導熱率，又稱導熱系數(shù)，反映物質(zhì)的熱傳導能力，按傅立葉定律（見熱傳導），其定義為單位溫度梯度（在1m長度內(nèi)溫度降低1K）在單位時間內(nèi)經(jīng)單位導熱面所傳遞的熱量。熱導率大，表示物體是優(yōu)良的熱導體；而熱導率小的是熱的不良導體或為熱絕緣體。

5G手機以及硬件終端產(chǎn)品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，電子設備和許多其他高功率系統(tǒng)的性能和可靠性受到散熱問題的嚴重威脅。要解決這個問題，散熱材料必須在導熱性、厚度、靈活性和堅固性方面獲得更好的性能，以匹配散熱系統(tǒng)的復雜性和高度集成性。

氮化硼

氮化硼是由氮原子和硼原子所構(gòu)成的晶體。化學組成為43.6%的硼和56.4%的氮，具有四種不同的變體：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼（CBN）和纖鋅礦氮化硼（WBN）。

氮化硼問世于100多年前，最早的應用是作為高溫潤滑劑的六方氮化硼，不僅其結(jié)構(gòu)而且其性能也與石墨極為相似，且自身潔白，所以俗稱：白石墨。

氮化硼（BN）陶瓷是早在1842年被人發(fā)現(xiàn)的化合物。國外對BN材料從第二次世界大戰(zhàn)后進行了大量的研究工作，直到1955年解決了BN熱壓方法后才發(fā)展起來的。美國金剛石公司和聯(lián)合碳公司首先投入了生產(chǎn)，1960年已生產(chǎn)10噸以上。

1957年R·H·Wentrof率先試制成功CBN，1969年美國通用電氣公司以商品Borazon銷售，1973年美國宣布制成CBN刀具。

1975年日本從美國引進技術(shù)也制備了CBN刀具。

1979年首次成功采用脈沖等離子體技術(shù)在低溫低壓卜制備崩c—BN薄膜。

20世紀90年代末，人們已能夠運用多種物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）的方法制備c-BN薄膜。

從中國國內(nèi)看，發(fā)展突飛猛進，1963年開始BN粉末的研究，1966年研制成功，1967年投入生產(chǎn)并應用于我國工業(yè)和尖端技術(shù)之中。

物質(zhì)特性：

CBN通常為黑色、棕色或暗紅色晶體，為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，具有良好的導熱性。硬度僅次于金剛石，是一種超硬材料，常用作刀具材料和磨料。

氮化硼具有抗化學侵蝕性質(zhì)，不被無機酸和水侵蝕。在熱濃堿中硼氮鍵被斷開。1200℃以上開始在空氣中氧化。真空時約2700℃開始分解。微溶于熱酸，不溶于冷水，相對密度2.29。壓縮強度為170MPa。在氧化氣氛下最高使用溫度為900℃，而在非活性還原氣氛下可達2800℃，但在常溫下潤滑性能較差。氮化硼的大部分性能比碳素材料更優(yōu)。對于六方氮化硼：摩擦系數(shù)很低、高溫穩(wěn)定性很好、耐熱震性很好、強度很高、導熱系數(shù)很高、膨脹系數(shù)較低、電阻率很大、耐腐蝕、可透微波或透紅外線。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)：

氮化硼六方晶系結(jié)晶，最常見為石墨晶格，也有無定形變體，除了六方晶型以外，氮化硼還有其他晶型，包括：菱方氮化硼（r-BN)、立方氮化硼（c-BN）、纖鋅礦型氮化硼（w-BN)。人們甚至還發(fā)現(xiàn)像石墨稀一樣的二維氮化硼晶體。

通常制得的氮化硼是石墨型結(jié)構(gòu)，俗稱為白色石墨。另一種是金剛石型，和石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸脑眍愃疲偷鹪诟邷兀?800℃）、高壓（8000Mpa）[5~18GPa]下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎傂偷稹Ｊ切滦湍透邷氐某膊牧?，用于制作鉆頭、磨具和切割工具。

應用領(lǐng)域：

1. 金屬成型的脫模劑和金屬拉絲的潤滑劑。

2. 高溫狀態(tài)的特殊電解、電阻材料。

3. 高溫固體潤滑劑，擠壓抗磨添加劑，生產(chǎn)陶瓷復合材料的添加劑，耐火材料和抗氧化添加劑，尤其抗熔融金屬腐蝕的場合，熱增強添加劑、耐高溫的絕緣材料。

4. 晶體管的熱封干燥劑和塑料樹脂等聚合物的添加劑。

5. 壓制成各種形狀的氮化硼制品，可用做高溫、高壓、絕緣、散熱部件。

6. 航天航空中的熱屏蔽材料。

7. 在觸媒參與下，經(jīng)高溫高壓處理可轉(zhuǎn)化為堅硬如金剛石的立方氮化硼。

8. 原子反應堆的結(jié)構(gòu)材料。

9. 飛機、火箭發(fā)動機的噴口。

10.高壓高頻電及等離子弧的絕緣體。

11.防止中子輻射的包裝材料。

12.由氮化硼加工制成的超硬材料，可制成高速切割工具和地質(zhì)勘探、石油鉆探的鉆頭。

13.冶金上用于連續(xù)鑄鋼的分離環(huán)，非晶態(tài)鐵的流槽口，連續(xù)鑄鋁的脫模劑。

14.做各種電容器薄膜鍍鋁、顯像管鍍鋁、顯示器鍍鋁等的蒸發(fā)舟。

15.各種保鮮鍍鋁包裝袋等。

16.各種激光防偽鍍鋁、商標燙金材料，各種煙標，啤酒標、包裝盒，香煙包裝盒鍍鋁等等。

17.化妝品用于口紅的填料，無毒又有潤滑性，又有光澤。

未來前景：

由于鋼鐵材料硬度很高，因而加工時會產(chǎn)生大量的熱，金剛石工具在高溫下易分解，且容易與過渡金屬反應，而c-BN材料熱穩(wěn)定性好，且不易與鐵族金屬或合金發(fā)生反應，可廣泛應用于鋼鐵制品的精密加工、研磨等。c-BN除具有優(yōu)良的耐磨性能外，耐熱性能也極為優(yōu)良，在相當高的切削溫度下也能切削耐熱鋼、鐵合金、淬火鋼等，并且能切削高硬度的冷硬軋輥、滲碳淬火材料以及對刀具磨損非常嚴重的Si-Al合金等。實際上，由c-BN晶體（高溫高壓合成)的燒結(jié)體做成的刀具、磨具已應用于各種硬質(zhì)合金材料的高速精密加工中。

c-BN作為一種寬禁帶（帶隙6.4 eV）半導體材料，具有高熱導率、高電阻率、高遷移率、低介電常數(shù)、高擊穿電場、能實現(xiàn)雙型摻雜且具有良好的穩(wěn)定性，它與金剛石、SiC和GaN一起被稱為繼Si、Ge及GaAs之后的第三代半導體材料，它們的共同特點是帶隙寬，適用于制作在極端條件下使用的電子器件。與SiC和GaN相比，c-BN與金剛石有著更為優(yōu)異的性質(zhì)，如更寬的帶隙、更高的遷移率、更高的擊穿電場、更低的介電常數(shù)和更高的熱導率。顯然作為極端電子學材料，c-BN與金剛石更勝一籌。然而作為半導體材料金剛石有它致命的弱點，即金剛石的n型摻雜十分困難（其n型摻雜的電阻率只能達到102Ω·cm，遠遠未達到器件標準），而c-BN則可以實現(xiàn)雙型摻雜。例如，在高溫高壓合成以及薄膜制備過程中，添加Be可得到P型半導體；添加S、C、Si等可得到n型半導體。因此綜合看來c-BN是性能最為優(yōu)異的第三代半導體材料，不僅能用于制備在高溫、高頻、大功率等極端條件下工作的電子器件，而且在深紫外發(fā)光和探測器方面有著廣泛的應用前景。事實上，最早報道了在高溫高壓條件下制成的c-BN發(fā)光二極管，可在650℃的溫度下工作，在正向偏壓下二極管發(fā)出肉眼可見的藍光，光譜測量表明其最短波長為215 nm（5.8 eV）。c-BN具有和GaAs、Si相近的熱膨脹系數(shù)，高的熱導率和低的介電常數(shù)，絕緣性能好，化學穩(wěn)定性好，使它成為集成電路的熱沉材料和絕緣涂覆層。此外c-BN具有負的電子親和勢，可以用于冷陰極場發(fā)射材料，在大面積平板顯示領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。

在光學應用方面，由于c-BN薄膜硬度高，并且從紫外（約從200 nm開始）到遠紅外整個波段都具有高的透過率，因此適合作為一些光學元件的表面涂層，特別適合作為硒化鋅（ZnSe）、硫化鋅（ZnS）等窗口材料的涂層。此外，它具有良好的抗熱沖擊性能和商硬度，有望成為大功率激光器和探測器的理想窗窗口材料。

高導熱絕緣氮化硼散熱膜

六方氮化硼（h-BN）這種二維結(jié)構(gòu)材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一樣，僅有一個原子厚度。但是兩者很大的區(qū)別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導體。與石墨烯不同的是，h-BN的導熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術(shù)層面上講，一個聲子即是一組原子中的一個準粒子）。有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點之一，尤其是在對于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個方向上沿著傳導平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此?！迸c石墨中的六角碳網(wǎng)相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網(wǎng)狀層面，互相重疊，構(gòu)成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數(shù)兩者也頗為相近。

二維氮化硼散熱膜是一種性能優(yōu)異的均熱散熱材料。傳統(tǒng)的人工石墨膜和石墨烯薄膜具有電磁屏蔽的特性，在5G通訊設備中的應用場景受限，特別是在分布式天線的5G手機中。二維氮化硼散熱膜具有極低的介電系數(shù)和介電損耗，是一種理想的透電磁波散熱材料，能被用于解決5G手機散熱問題。

基于二維氮化硼納米片的復合薄膜，此散熱膜具有透電磁波、高導熱、高柔性、高絕緣、低介電系數(shù)、低介電損耗等優(yōu)異特性，是5G射頻芯片、毫米波天線領(lǐng)域最為有效的散熱材料之一。

高導熱透波絕緣氮化硼膜材主要應用

超薄透波絕緣氮化硼膜材的模切加工