氮化硅陶瓷基板應(yīng)力新的發(fā)展前景

       最近幾年，氮化鎵、碳化硅等第三代半導(dǎo)體材料在我國(guó)得到了大力發(fā)展，要使用第三代半導(dǎo)體材料生產(chǎn)出大功率半導(dǎo)體器件，如果沒(méi)有功率集成電路陶瓷基板，半導(dǎo)體器件的散熱效果將會(huì)大大降低、降低該器件的使用效果。

陶瓷基板性能以及各類陶瓷基板性能參數(shù)對(duì)比：

由于陶瓷基板具有延展性低和韌性低、耐高溫；較高的氣密性，可隔離水汽、氧氣和灰塵等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到功率集成電路中。目前應(yīng)用于陶瓷基板的陶瓷材料主要有:氧化鈹(BeO)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)等。

無(wú)論是高鐵、新能源汽車、高端機(jī)床、風(fēng)力、光伏逆變，還是高端手機(jī)、消費(fèi)電子以及各種自動(dòng)化設(shè)備都需要電子電力集成電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這是一個(gè)超千億級(jí)的大市場(chǎng)。在這個(gè)超級(jí)大市場(chǎng)中，功率集成電路陶瓷基板是承載半導(dǎo)體功率器件的關(guān)鍵材料。其中最重要的一步就是需要成熟的大功率半導(dǎo)體安裝用電路基板，而這個(gè)安裝基板最有前途的材料就是：氮化硅陶瓷電路基板。

氮化硅陶瓷基板為何脫穎而出

與AlN和Al2O3陶瓷基板材料相比，Si3N4具有一系列獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。Si3N4屬于六方晶系，有α、β和γ三種晶相。有研究者根據(jù)Si3N4結(jié)構(gòu)提出氮化硅的理論熱導(dǎo)率在200～300W/（m·K）。此外，在陶瓷電路基板成型中，氮化硅的金屬化穩(wěn)定性上比氮化鋁要好。

氮化硅陶瓷基片應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)IGBT用高導(dǎo)熱率氮化硅基板目前還是以進(jìn)口為主，特別是高鐵上的大功率器件控制模塊；國(guó)內(nèi)的陶瓷基板覆銅技術(shù)不能完全達(dá)到對(duì)覆銅板的嚴(yán)格考核，例如冷然循環(huán)次數(shù)。目前，國(guó)際上都采用先進(jìn)的活化金屬鍵合（AMB）技術(shù)進(jìn)行覆銅，比直接覆銅（DBC）具有更高的結(jié)合強(qiáng)度和冷熱循環(huán)特性。 

根據(jù)媒體報(bào)道。豐田系以普銳斯為首的油電混合動(dòng)力車型（HEV）已大規(guī)模采用氮化硅陶瓷陶瓷基板方案。截至2020年7月底，以HEV為主的豐田電動(dòng)化車型在全球的累計(jì)銷量更是突破了1600萬(wàn)輛，其中在中國(guó)累計(jì)銷售超過(guò)100萬(wàn)輛，氮化硅陶瓷基板的市場(chǎng)需求規(guī)?？梢?jiàn)一斑。

氮化硅基板均呈極度寡頭壟斷局勢(shì)

在全球市場(chǎng)，氮化硅陶瓷基板的產(chǎn)量從2013的240.29百萬(wàn)平方厘米增加到2017年294.72百萬(wàn)平方厘米，全球氮化硅陶瓷基板市場(chǎng)由日本主導(dǎo)，占全球氮化硅陶瓷基板產(chǎn)量的60.14%。北美是第二大區(qū)域市場(chǎng)，全球生產(chǎn)份額為16.28%。目前，主要的氮化硅陶瓷基板板材制造商集中在東芝材料，羅杰斯公司，京瓷，丸和是世界領(lǐng)先企業(yè)，東芝材料全球排名第一。

氮化硅基板市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)

未來(lái)全球市場(chǎng)對(duì)氮化硅陶瓷基板的需求量逐年增加，2018年到2024年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.45％左右。所以在未來(lái)幾年，氮化硅陶瓷基板銷售將呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。在2024年，氮化硅陶瓷基板的銷售額估計(jì)為136.6百萬(wàn)美元。在產(chǎn)品價(jià)格方面，未來(lái)幾年價(jià)格保持下降，但是下降速度比較平緩。

在價(jià)格方面，氮化硅陶瓷基板平均價(jià)格從2013年的340美元/千平方厘米下調(diào)至2018年的323美元/千平方厘米。

Si3N4在未來(lái)或成陶瓷基板首選

Si3N4陶瓷由于其潛在的高導(dǎo)熱性能和優(yōu)異的力學(xué)性能，在大功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎，有望成為電子器件首選的陶瓷基板材料。但是有諸多限制其熱導(dǎo)率的因素，如晶格缺陷、雜質(zhì)元素、晶格氧含量、晶粒尺寸等，導(dǎo)氮化硅陶瓷的實(shí)際熱導(dǎo)率并不高。由于功率集成電路陶瓷基板對(duì)于電力電子技術(shù)的發(fā)展具有不可或缺的地位，也就成為西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我們國(guó)內(nèi)進(jìn)行全方位技術(shù)封鎖的半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)鍵材料之一，尤其是氮化硅基板。國(guó)產(chǎn)化之路任重道遠(yuǎn)！

在應(yīng)用中，氮化硅陶瓷基板下游廣泛應(yīng)用于電源模塊、散熱片、LED、無(wú)線模塊等。在全球范圍內(nèi)，氮化硅陶瓷基板市場(chǎng)主要受電源模塊的增長(zhǎng)來(lái)推動(dòng)。根據(jù)QYResearch的研究報(bào)告顯示，2017年，全球下游消費(fèi)品中，電源模塊應(yīng)用占氮化硅陶瓷基板消費(fèi)總量的60.86%。金瑞欣生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)氮化鋁陶瓷基板電路板、氧化鋁陶瓷基電路板外，還生產(chǎn)加工氮化硅陶瓷電路基板，目前有大功率器件、軌道電源、汽車產(chǎn)品等領(lǐng)域客戶在合作，歡迎咨詢。

本文內(nèi)容來(lái)源：廣州先進(jìn)陶瓷展