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全球陶瓷基板市場規(guī)模穩(wěn)步增長!

12 2023-11-03
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陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)陶瓷基片表面( 單面或雙面)上的特殊工藝板。所制成的超薄復(fù)合基板具有優(yōu)良電絕緣性能,高導(dǎo)熱特性,優(yōu)異的軟釬焊性和高的附著強度,并可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形,具有很大的載流能力。因此,陶瓷基板已成為大功率電力電子電路結(jié)構(gòu)技術(shù)和互連技術(shù)的基礎(chǔ)材料。

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陶瓷基板的現(xiàn)狀:材料多樣化、結(jié)構(gòu)集成化


近年來,電動汽車、電力機車以及半導(dǎo)體照明、航空航天、衛(wèi)星通信等進入高速發(fā)展階段,電子器件向大功率化、高頻化、集成化方向發(fā)展,其元器件在工作過程中產(chǎn)生大量熱量,這些熱量如不能及時散去將影響芯片的工作效率,甚至造成半導(dǎo)體器件損壞而失效——對于電子器件而言,通常溫度每升高10℃,器件有效壽命就降低30%~50%。


因此,為保證電子器件工作過程的穩(wěn)定性,對電路板的散熱能力提出了更高的要求。傳統(tǒng)的普通基板和金屬基板不能滿足當(dāng)下工作環(huán)境下的應(yīng)用。陶瓷基板具有絕緣性能好、強度高、熱膨脹系數(shù)小、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能脫穎而出,是符合當(dāng)下高功率器件設(shè)備所需的性能要求。


目前,陶瓷基板的主要材料包括氧化鈹(BeO)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和氮化硅(Si3N4)等。

BeO陶瓷具有較高的熱導(dǎo)率,但是其毒性和高生產(chǎn)成本限制了它的生產(chǎn)和應(yīng)用。Al2O3陶瓷基板因其價格低廉、耐熱沖擊性好已被廣泛應(yīng)用,但因其熱導(dǎo)率相對較低和熱膨脹率不匹配的問題,已無法完全滿足功率器件向大功率、小型化方向發(fā)展的趨勢。AlN和Si3N4陶瓷基板在膨脹系數(shù)及熱導(dǎo)率方面的優(yōu)勢被認為是未來的發(fā)展方向。


發(fā)展至今,陶瓷基板的結(jié)構(gòu)與制作工藝也多有發(fā)展。目前,陶瓷基板按工藝可分為平面陶瓷基板和三維陶瓷基板兩大類。主要的平面陶瓷基板工藝可分為薄膜陶瓷基板(TFC)、厚膜印刷陶瓷基板(TPC)、直接鍵合銅陶瓷基板(DBC)、活性金屬焊接陶瓷基板(AMB)、直接電鍍銅陶瓷基板(DPC)。目前常見的三維陶瓷基板分為高溫共燒陶瓷基板(HTCC)和低溫共燒陶瓷基板(LTCC)。

HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic,高溫共燒陶瓷):屬于較早發(fā)展的技術(shù),是采用陶瓷與高熔點的W、Mo等金屬圖案進行共燒獲得的多層陶瓷基板。但由于燒結(jié)溫度較高使其電極材料的選擇受限,且制作成本相對昂,促使了LTCC的發(fā)展。


LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic,低溫共燒陶瓷):LTCC技術(shù)共燒溫度降至約850℃,通過將多個印有金屬圖案的陶瓷膜片堆疊共燒,實現(xiàn)電路在三維空間布線。


DPC(Direct Plating Copper,直接鍍銅):是在陶瓷薄膜工藝加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的陶瓷電路加工工藝。以陶瓷作為線路的基板,采用濺鍍工藝于基板表面復(fù)合金屬層,并以電鍍和光刻工藝形成電路。


全球來看,DPC陶瓷基板廠商主要分布在中國臺灣和大陸地區(qū)。大概在2015年之后,中國大陸也有一些企業(yè)加入到了這個行業(yè)。


DBC(Direct Bonded Copper,直接覆銅):通過熱熔式粘合法,在高溫下將銅箔直接燒結(jié)到Al2O3和AlN陶瓷表面而制成復(fù)合基板。


目前全球DBC陶瓷基板,主要由德國、韓國和中國企業(yè)主導(dǎo),核心廠商有德國的Rogers和賀利氏,韓國的KCC,中國的江蘇富樂華半導(dǎo)體、合肥圣達、BYD和南京中江等。預(yù)計未來幾年,中國企業(yè)將占有更大的市場份額。


AMB(Active Metal Brazing,活性金屬釬焊):AMB是在DBC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,在 800℃左右的高溫下,含有活性元素 Ti、Zr 的 AgCu 焊料在陶瓷和金屬的界面潤濕并反應(yīng),從而實現(xiàn)陶瓷與金屬異質(zhì)鍵合。


AMB陶瓷基板,目前主要也是由德國羅杰斯、日本電化Denka、等企業(yè)占有較高份額。其他廠商總體起步較晚,規(guī)模也較小,如國外企業(yè)主要有賀利氏電子、京瓷、東芝材料、同和、韓國KCC、韓國阿莫泰克AMOTECH.

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