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陶瓷基板的市場(chǎng)到底有多大?十億?百億?

16 2023-10-06
陶瓷基板
隨著電子封裝技術(shù)逐漸向著小型化、高密度、多功能和高可靠性方向發(fā)展,電子系統(tǒng)的功率密度隨之增加,散熱問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。對(duì)于電子器件而言,通常溫度每升高10°C,器件有效壽命就降低30%~50%。因此,選用合適的封裝材料與工藝、提高器件散熱能力就成為發(fā)展電子器件的技術(shù)瓶頸。

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其中,基板材料的選用是關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響到器件成本、性能與可靠性。常用的基板材料主要包括塑料基板、金屬基板、陶瓷基板和復(fù)合基板四大類(lèi)。目前,陶瓷基板雖然不是處于主導(dǎo)地位,但由于其良好的導(dǎo)熱性、耐熱性、絕緣性、低熱膨脹系數(shù)和成本的不斷降低,在電子封裝特別是功率電子器件中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

陶瓷基板按照工藝主要分為DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。根據(jù)GII報(bào)告顯示,2020年陶瓷基板全球市場(chǎng)規(guī)模約為65億美元,預(yù)測(cè)在2020年~2027年間將以6%的年復(fù)合成長(zhǎng)率成長(zhǎng),2027年之前將達(dá)到100億美元。


HTCC基板(高溫共燒陶瓷)

HTCC基板制備過(guò)程中先將陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有機(jī)黏結(jié)劑,混合均勻后成為膏狀陶瓷漿料,接著利用刮刀將陶瓷漿料刮成片狀,再通過(guò)干燥工藝使片狀漿料形成生胚;然后根據(jù)線(xiàn)路層設(shè)計(jì)鉆導(dǎo)通孔,采用絲網(wǎng)印刷金屬漿料進(jìn)行布線(xiàn)和填孔,最后將各生胚層疊加,置于高溫爐(1600℃)中燒結(jié)而成。目前已應(yīng)用于高頻無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域、航空航天、存儲(chǔ)器、驅(qū)動(dòng)器、濾波器、傳感器以及汽車(chē)電子等領(lǐng)域。
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HTCC基板
根據(jù)Market Watch的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2021年全球HTCC陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模約為22.12億美元,預(yù)計(jì)2028年達(dá)到38.75億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為8.3%左右。HTCC陶瓷基板行業(yè)市場(chǎng)集中度比較高,前三大廠(chǎng)商日本京瓷,日本丸和與日本特陶占據(jù)80%的全球HTCC陶瓷市場(chǎng)份額,行業(yè)內(nèi)主要競(jìng)爭(zhēng)者數(shù)量少,屬于寡頭競(jìng)爭(zhēng)。

LTCC基板(低溫共燒陶瓷)

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LTCC基板

為了降低HTCC制備工藝溫度,同時(shí)提高線(xiàn)路層導(dǎo)電性,業(yè)界開(kāi)發(fā)了LTCC基板。與HTCC制備工藝類(lèi)似,只是LTCC制備在陶瓷漿料中加入了一定量玻璃粉來(lái)降低燒結(jié)溫度,同時(shí)使用導(dǎo)電性良好的Cu、Ag和Au等制備金屬漿料。LTCC基板制備溫度低,但生產(chǎn)效率高,可適應(yīng)高溫、高濕及大電流應(yīng)用要求,在軍工及航天電子器件中得到廣泛應(yīng)用。

為了降低HTCC制備工藝溫度,同時(shí)提高線(xiàn)路層導(dǎo)電性,業(yè)界開(kāi)發(fā)了LTCC基板。與HTCC制備工藝類(lèi)似,只是LTCC制備在陶瓷漿料中加入了一定量玻璃粉來(lái)降低燒結(jié)溫度,同時(shí)使用導(dǎo)電性良好的Cu、Ag和Au等制備金屬漿料。LTCC基板制備溫度低,但生產(chǎn)效率高,可適應(yīng)高溫、高濕及大電流應(yīng)用要求,在軍工及航天電子器件中得到廣泛應(yīng)用。

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根據(jù)Market Watch發(fā)布的報(bào)告,2022年LTCC陶瓷基板的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)可達(dá)12.949億美元,預(yù)計(jì)2028年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到18.682億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為6.3%。全球LTCC陶瓷基板的主要供應(yīng)商包括村田制作所,日本京瓷,TDK株式會(huì)社等。

DPC基板(直接電鍍陶瓷基板)

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DPC基板
其制作首先將陶瓷基片進(jìn)行前處理清洗,利用真空濺射方式在基片表面沉積Ti/Cu層作為種子層,接著以光刻、顯影、刻蝕工藝完成線(xiàn)路制作,最后再以電鍍/化學(xué)鍍方式增加線(xiàn)路厚度,待光刻膠去除后完成基板制作。

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根據(jù)HNY research發(fā)布數(shù)據(jù),2021年全球DPC陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模大約為21億美元,預(yù)計(jì)2027年將達(dá)到28.2億美元,2022-2027期間年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為5.07%。全球主要的DPC陶瓷基板供應(yīng)商包括日本京瓷、日本丸和、臺(tái)灣同欣電子等。

DBC基板(直接鍵合銅陶瓷基板)

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DBC基板
該基板由陶瓷基片(Al2O3或AlN)與銅箔在高溫下(1065℃)共晶燒結(jié)而成,最后根據(jù)布線(xiàn)要求,以刻蝕方式形成線(xiàn)路。DBC具有導(dǎo)熱性好、絕緣性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于IGBT、LD和CPV封裝。

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QY Research調(diào)研顯示,2021年全球DBC陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模大約為3億美元,預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到5.5億美元,2022-2028期間年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為9.0%。主要DBC陶瓷基板廠(chǎng)商包括美國(guó)Rogers、韓國(guó)KCC、日本Ferrotec旗下的江蘇富樂(lè)華半導(dǎo)體科技股份有限公司等。

AMB基板(活性金屬焊接陶瓷基板)

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AMB基板
AMB陶瓷基板是DBC工藝的進(jìn)一步發(fā)展,該工藝通過(guò)含有少量稀土元素的焊料來(lái)實(shí)現(xiàn)陶瓷基板與銅箔的連接,其鍵合強(qiáng)度高、可靠性好。該工藝相較于DBC工藝鍵合溫度低、易操作。

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根據(jù)QY Research報(bào)告,2021年AMB陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模約為0.9億美元,預(yù)計(jì)2028年增長(zhǎng)到3.8億美元,復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)22.7%。主要供應(yīng)商包括美國(guó)Rogers、德國(guó)Heraeus、日本電化株式會(huì)社(Denka)、日本同和(DOWA)。

材料方面,氮化鋁、氮化硅將會(huì)起飛

目前陶瓷基板的主要材料以氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和氮化硅(Si3N4三類(lèi)為主。氧化鋁陶瓷基板價(jià)格低廉(約為氮化鋁的1/10),生產(chǎn)工藝成熟,目前產(chǎn)量最大,應(yīng)用面最廣。但是,氧化鋁陶瓷基板的導(dǎo)熱性能已無(wú)法滿(mǎn)足大功率芯片的散熱要求。
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氧化鋁氮化硅
氮化鋁的熱導(dǎo)率是氧化鋁的5倍,并且具備與硅材料相匹配的熱膨脹系數(shù),在大功率電力電子,以及其他需要高熱傳導(dǎo)的器件中,逐漸替代氧化鋁陶瓷,是目前發(fā)展最快的陶瓷基板。
氮化硅被認(rèn)為是綜合性能最好的陶瓷基板材料,雖熱導(dǎo)率不如氮化鋁,但其抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性都可達(dá)到氮化鋁的2倍以上。同時(shí),氮化硅陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)與第三代半導(dǎo)體碳化硅相近,使得其成為碳化硅導(dǎo)熱基板材料的首選。
綜合來(lái)看,氮化鋁陶瓷基板與氮化硅陶瓷基板最具發(fā)展前景。
2021年全球氮化硅陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模在4億美元左右,在新能源汽車(chē)等終端市場(chǎng)需求推動(dòng)下,中國(guó)已經(jīng)成為全球重要的氮化硅陶瓷基板消費(fèi)國(guó),國(guó)內(nèi)產(chǎn)品主要依賴(lài)進(jìn)口,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模從2017年的0.27億美元增長(zhǎng)至2021年的1.20億美元,GAGR為45.2%。隨著IGBT和碳化硅MOS在新能源車(chē)領(lǐng)域的滲透率越來(lái)越高,市場(chǎng)空間有望進(jìn)一步提升。

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2017-2021年全球及中國(guó)氮化硅陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模(單位:億美元)

氮化鋁基板的生產(chǎn)能力主要集中于全球少數(shù)廠(chǎng)家,其中日本是全球最大的氮化鋁基板出口國(guó),核心廠(chǎng)商為日本丸和、京瓷等。國(guó)內(nèi)已涌現(xiàn)一批具備氮化鋁基板批量生產(chǎn)的企業(yè),龍頭公司的產(chǎn)能已超50萬(wàn)片/月,逐步接近日本丸和。隨著高質(zhì)量氮化鋁基板的生產(chǎn)能力不斷提升,未來(lái)有望改變高性能陶瓷基板長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面。
目前氮化鋁陶瓷基板的市場(chǎng)空間約10億元,2019年-2022年,國(guó)內(nèi)氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)空間的復(fù)合增長(zhǎng)率超20%。隨著下游大規(guī)模集成電路、IGBT、微波通訊、汽車(chē)電子及影像傳感等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,以及在電子器件功率提升的大背景下,氮化鋁的應(yīng)用規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)行業(yè)專(zhuān)家預(yù)測(cè),未來(lái)幾年,氮化鋁陶瓷基板的市場(chǎng)空間增速仍將保持在20%以上,按此增長(zhǎng)速率計(jì)算,則2026年氮化鋁陶瓷基板的市場(chǎng)空間有望達(dá)到20億元。


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