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陶瓷基板—“前世与今生”

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前世

电路板被很多人誉为电子产品之母,它是计算机、手机等消费电子产品的关键部件,在医疗、航空、新能源、汽车等行业有着广泛应用。纵观发展简史,每一次技术进步都直接或间接影响着全人类。电路板诞生之前,电子设备都包含许多电线,它们不仅会纠缠在一起,占用大量空间,而且短路的情况也不罕见。这个问题对于电路相关的工作人员来说是个非常头疼的问题。


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来源:百度


于是在1900-1920年的时候德国发明家阿尔伯特-汉森第一个提出PCB概念。他开创了使用的概念 “电线” 用于电话交换系统, 金属箔用于切割线路导体, 然后将石蜡纸粘在线路导体的顶部和底部, 并在线路交叉处设置过孔,实现不同层间的电气互连,为PCB制造和发展奠定了理论基础。


时间来到了1925年,来自美国的Charles Ducas提出了一个前所未有的想法,即在绝缘基板上印刷电路图案,随后进行电镀以制造用于布线的导体专业术语“PCB”由此而来,这种方法使制造电器电路变得更为简单。


1936年,英国的Paul Eisler因其第一个发表了薄膜技术,开发了第一个用于收音机的印刷电路板而被奉为“印刷电路之父”。他使用的方法与我们今天用于印刷电路板的方法非常相似。而在日本,宫本喜之助以喷附配线法“メタリコン法吹着配线⽅法(特许119384号)”成功申请专利。而两者中Paul Eisler 的方法与现今的印制电路板最为相似,这类做法称为减去法,是把不需要的⾦属除去;而Charles Ducas、宫本喜之助的做法是只加上所需的配线,称为加成法。虽然如此,但因为当时的电⼦零件发热量⼤,两者的基板也难以配合使⽤,以致未有正式的使⽤,不过该技术也得到了飞速的进步和发展。


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来源

Paul Eisler的技术发明被美国大规模用于制造二战中使用的近炸引信 同时该技术广泛应用于军用无线电。从此PCB板开始走上飞速发展与进步的道路。


历史关键事件

1941年,美国在滑⽯上漆上铜膏作配线,以制作近接信管;

1943年,美国⼈将该技术⼤量使⽤于军⽤收⾳机内;

1947年,环氧树脂开始⽤作制造基板。同时NBS开始研究以印刷电路技术形成线圈、电容器、电阻器等制造技术;

1948年,美国正式认可这个发明⽤于商业⽤途;

1950年,⽇本使⽤玻璃基板上以银漆作配线;和以酚醛树脂制的纸质酚醛基板(CCL)上以铜箔作配线;

1951年,聚酰亚胺的出现,便树脂的耐热性再进⼀步,也制造了聚亚酰胺基板;

1953年,Motorola开发出电镀贯穿孔法的双⾯板。这⽅法也应⽤到后期的多层电路板上;

1960年,V. Dahlgreen以印有电路的⾦属箔膜贴在热可塑性的塑胶中,造出软性印制电路板;

1961年,美国的Hazeltine Corporation参考了电镀贯穿孔法,制作出多层板;

1967年,发表了增层法之⼀的“Plated-up technology”;

1969年,FD-R以聚酰亚胺制造了软性印制电路板;

1979年,Pactel发表了增层法之⼀的“Pactel法”;

1984年,NTT开发了薄膜回路的“Copper Polyimide法”;

1988年,西门⼦公司开发了Microwiring Substrate的增层印制电路板;

1990年,IBM开发了“表⾯增层线路”(Surface Laminar Circuit,SLC)的增层印制电路板;

1995年,松下电器开发了ALIVH的增层印制电路板;

1996年,东芝开发了Bit的增层印制电路板;


今生


当今世界随着集成电路技术的诞生,进入先进电子制造业的时代,PCB逐渐成为了行业必不可少的核心产品。集成电路技术的飞速发展对于电路板逐渐提出了不同的性能要求。随着电子设备不断缩小,也使得机械制造的PCB制备工艺更高。目前市面上的PCB从材料大类上来分主要可以分为三种:普通基板、金属基板、陶瓷基板。通的基板就是我们平时看到的电脑里的主板手机里的主板,都是普通的环氧树脂基板,优点是便于设计成本低廉。


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当下,电子器件向大功率化、高频化、集成化方向发展,其元器件在工作过程中产生大量热量,这些热量如不能及时散去将影响芯片的工作效率,甚至造成半导体器件损坏而失效因此,为保证电子器件工作过程的稳定性,对电路板的散热能力提出了更高的要求。传统的普通基板和金属基板不能满足当下工作环境下的应用。陶瓷基板具有绝缘性能好、强度高、热膨胀系数小、优异的化学稳定性和导热性能脱颖而出,是符合当下高功率器件设备所需的性能要求。


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来源

1.1 陶瓷粉体


目前常用的高导热陶瓷粉体原料有氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)和氧化铍(BeO)等。随着国家大力发展绿色环保方向,由于氧化铍有毒性逐渐开始退出历史的舞台。碳化硅又因为其绝缘性差,无法应用在微电子电路中。Al2O3AlN、Si3N4陶瓷粉体具有无毒、高温稳定性好、导热性好,以及与SiSiCGaAs等半导体材料相匹配的热膨胀系数,得到了广泛推广应用。几种粉体的热导率和综合评价如下表所示,目前主流用于制备陶瓷基板的粉体原料还是以氧化铝和氮化铝为主。


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来源:热管理材料整理

市场中粉体的制备方法主要有硅粉直接氮化法、自蔓延高温合成法、碳热还原法。

(1)硅粉直接氮化法和自蔓延高温合成法是比较主流的方法,但由于反应温度接近甚至超过原料的熔点,往往造成产物形貌不规则、ɑ相含量低、团聚严重,需要进一步破碎,在后续处理中容易引入其他杂质;

(2)碳热还原法是具有原料丰富、工艺简单、成本低等优点,非常适合大批量生产;


1.2 陶瓷基板制备工艺


流延成型技术是标准的湿法成型工艺,可一次性成型制备厚度范围在几十微米到毫米级别的陶瓷生坯,并通过进一步的层压、脱脂、烧结形成陶瓷基片,主要应用于电子基板、多层电容器、多层封装、压电陶瓷等。与传统的粉末冶金干法制备工艺相比,流延工艺制备出的陶瓷薄片均匀性好、通透性高,在要求比较高的集成电路 领域深受欢迎。陶瓷基板常用的成型方法主要以流延成型为主。流延工艺的流程图如下所示:

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来源:陶瓷材料流延成型工艺的研究进展

1.3 流延浆料的组成

流延浆料是流延成型的重要组成部分,根据溶剂性质的不同,流延浆料又分为有机流延成型工艺和水基流延成型工艺。
(1)陶瓷粉体是流延浆料的主相,是坯片的主要成分, 影响着流延成品的导热性、电阻率、介电常数、化学稳定 性以及机械强度。陶瓷粉体的颗粒尺寸、粒度分布以及粉体的结晶形貌都对流延工艺以及流延膜的质量有较大影响, 因此在选择粉体的时候需要考虑以下特征:化学纯度、颗粒尺寸、粉体形貌;
(2)粘结剂作为流延浆料体系的唯一连续相,它能包裹住粉料颗粒,并固化形成三维立体结构,增加流延膜的强度。粘结剂和增塑剂共同作用可以提高生坯片的强 度,并改善韧性与延展性,便于生坯片与载体膜的脱离以及后续加工;
(3)粉体颗粒在浆料中的分散性和均匀性与流延膜的 品质息息相关。解决粉体团聚的主要方式有物理分散与化学分散,而在浆料中加入分散剂是流延技术中最常用的手段;
(4)除上述成分外,流延浆料还会加入一些功能性添加 剂来改善流延膜制备过程产生的缺陷,如消泡剂、润滑 剂、均质剂、絮凝剂、控流剂等;

1.4 陶瓷烧结

烧结是利用热能使粉末坯体致密化的技术,其具体的定义是指多孔状态的坯体在高温条件下,表面积减小,孔隙率降低,力学性能(机械强度等)提高的致密化过程坯体在烧结过程中要发生一系列的物理化变化,如膨胀,收缩,气体的产生,液相的出现,旧晶相的消失,新晶相的形成等。在不同的温度,气氛条件下,所发生变化的内容与程度也不相同,从而形成不同的晶相组成和显微结构,决定了陶瓷制品不同的质量和性能。

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来源:百度

烧结可分为有液相参加的烧结和纯固相烧结两类。烧结过程对陶瓷生产具有很重要的意义。为降低烧结温度,扩大烧成范围,通常加入一些添加物作助熔剂,形成少量液相,促进烧结。陶瓷烧结是陶瓷加工中的一种重要工艺,其过程分为三个阶段:预烧阶段、烧结阶段和冷却阶段。

预烧阶段在这个阶段,陶瓷制品会被放入炉子中进行预烧处理,用来去除陶瓷中的水分和有机物质。高温下,水分和有机物质会被分解并释放出来,让制品干燥且有机物质燃烧殆尽。这一阶段的主要目的是为了减少烧结时产生的气泡等缺陷。

烧结阶段在预烧之后,制品会被加热到高温下进行烧结。这个阶段是陶瓷工艺中最关键的一步,也是最困难的一步。在高温下,陶瓷颗粒会开始熔化和结合在一起,形成一个坚固的陶瓷结构。这一阶段需要控制好温度、时间和压力等因素,使得陶瓷能够充分结合,而不会出现烧结不完全或者表面开裂等缺陷。

冷却阶段在烧结完成后,制品需要进行冷却,使得陶瓷结构能够逐渐稳定下来。如果制品过早地被取出炉子,容易导致热应力而产生裂纹。因此,一般会采取缓慢冷却的方式,让制品温度逐渐降下来。在冷却过程中,还需要将炉门缓慢地打开,逐渐将炉内压力和炉外压力平衡,以避免制品瞬间受到外界压力而发生破裂。


1.5 陶瓷材料的导热性影响因素


高导热性非金属固体通常具备以下4个条件:构成的原子要轻、原子间的结合力要强、晶格结构要单纯、晶格振动的对称性要高。陶瓷材料的导热性的影响因素:1)原料粉体,原料粉体的纯度、粒度、物相会对材料的热导率、力学性能产生重要影响。由于非金属的传热机制为声子传热,当晶格完整无缺陷时,声子的平均自由程越大,热导率越高,而晶格中的氧往往伴随着空位、位错等结构缺陷,显著地降低了声子的平均自由程,导致热导率降低;

2)在烧结过程,添加的烧结助剂中可以与陶瓷粉体表面的原生氧化物发生反应,形成低熔点的共晶熔液,利用液相烧结机理实现致密化。然而,烧结助剂所形成的晶界相自身的热导率较低,对陶瓷热导率具有不利影响,特别地,如氮化硅陶瓷常用的Al2O3烧结助剂,在高温下会与氮化硅和其表面氧化物形成SiAlON固溶体,造成晶界附近的晶格发生畸变,对声子传热产生阻碍,从而大幅度降低氮化硅陶瓷的热导率。因此选用适合的烧结助剂,制定合理的配方体系是提升氮化硅热导率的关键途径。

陶瓷基板金属化


目前导热的陶瓷基板可分为HTCC(高温共烧多层陶瓷)、LTCC(低温共烧陶瓷)、DBC(直接键合铜陶瓷基板) 和DPC(直接镀铜陶瓷基板)、活性金属纤焊陶瓷基板(AMB)等几种形式,其特点如下。


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来源:热管理材料整理

对于大功率器件而言,基板除具备基本的机械支撑与电互连功能外,还要求具有高的导热性能。因为HTCC/LTCC的热导率较低,因此在高功率的器件以及IGBT模组的使用场景中散热基板目前主要以DBC、DPC、AMB三种金属化技术为主。


2.1 DPC技术


DPC技术是先其制作首先将陶瓷基片进行前处理清洗,利用真空溅射方式在基片表面沉积 Ti/Cu 层作为种子层,接着以光刻、显影、刻蚀工艺完成线路制作,最后再以电镀/化学镀方式增加线路厚度,待光刻胶去除后完成基板制作。


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来源:AIN应用性能出众,国产替代机遇显著


DPC 技术具有如下优点:(1) 低温工艺(300 ℃以下),完全避免了高温对材料或线路结构的不利影响,也降低了制造工艺成本;(2) 采用薄膜与光刻显影技术,使基板上的金属线路更加精细(线宽尺寸 20~30 m,表面平整度低于 0.3 m,线路对准精度误差小于±1%),因此 DPC 基板非常适合对准精度要求较高的电子器件封装。 


2.2 DBC技术


DBC是陶瓷基片与铜箔在高温下(1065℃)共晶烧结而成,最后根据布线要求,以刻蚀方式形成线路。由于铜箔具有良好的导电、导热能力,而氧化铝能有效控制 Cu-Al2O3- Cu 复合体的膨胀,使 DBC 基板具有近似氧化铝的热膨胀系数。


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来源:AIN应用性能出众,国产替代机遇显著


DBC 具有导热性好、 绝缘性强、可靠性高等优点,已广泛应用于 IGBT、LD 和 CPV 封装。DBC 缺点在于, 其利用了高温下 Cu 与 Al2O3间的共晶反应,对设备和工艺控制要求较高,基板成本较高;由于 Al2O3 与 Cu 层间容易产生微气孔,降低了产品抗热冲击性;由于铜箔在 高温下容易翘曲变形。


2.3 AMB技术


AMB 技术是指,在 800℃左右的高温下,含有活性元素 TiZr 的 AgCu 焊料在陶瓷和金属的界面润湿并反应,从而实现陶瓷与金属异质键合的一种工艺技术。AMB陶瓷基板,首先通过丝网印刷法在陶瓷板材的表面涂覆上活性金属焊料,再与无氧铜层装夹,在真空钎焊炉中进行高温焊接,然后刻蚀出图形制作电路,最后再对表面图形进行化学镀。

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来源:《热管理材料》整理

AMB工艺是金属钎料实现氮化铝与无氧铜的高温结合,以结合强度高、冷热循环可靠性好等优点,不仅具有更高的热导率、更好的铜层结合力,而且还有热阻更小、可靠性更高等优势。AMB陶瓷基板缺点在于工艺的可靠性很大程度上取决于活性钎料成分、焊工艺、舒焊层组织结构等诸多关键因素,工艺难度大,而且还要兼顾成本方面的考虑。


2.4 陶瓷基板及金属化涉及重点设备


陶瓷粉体制成陶瓷基板,再通过金属化工艺进行线路的刻蚀,工艺流程繁多且复杂,涉及相关设备众多,例如球磨机、真空脱泡机、流延机、等静压机、切片机、丝网印刷、激光打孔、排胶烧结炉、镀膜设备、刻蚀机、电镀机,以及检测所需的测厚仪、粘度计、红外光谱仪、导热系数测量仪等等相关设备。相关企业如下(企业排名无先后顺序):

1:球磨机
浙江德龙科技有限公司创立于2004年,是经浙江省工商行政管理局批准注册的一家集开发设计、研制生产、销售服务为一体的高新技术企业。公司生产球磨机、流延机、等静压机、冲孔机、生磁带切割机、分切机等设备。

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来源:浙江德龙科技有限公司

2:流延机
西安鑫乙电子科技有限公司位于西安高新技术产业开发区,是以研发、设计、生产用于流延成型产品的生产线,以及制料成套装备的专业化企业,产品用途各异的多种类型的流延机以及相关的制料以及后处理工序加工设备。

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来源:西安鑫乙电子科技有限公司

3:真空脱泡机

世诺科技有限公司是四川高新技术企业,是全球少数几家脱泡搅拌机、行星式重力搅拌机、真空重力搅拌机的专业生产厂之一。


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来源:世诺科技

4:丝网印刷机

长沙建宇网印机电设备有限公司是一家提供高精密印刷设备的高新技术企业,拥有先进的研发技术,雄厚的生产制造实力。产品主要应用领域: 电容陶瓷金属化、厚膜电路芯片电阻、LTCC、HTCC、片状元件,产品有半自动设备与全自动上下料印刷生产线等。


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来源:长沙建宇网印机电设备有限公司

5:压延机
东福来机电科技有限公司成立以来,一直秉持“创新、品质、服务”的理念,新材料的产业化新设备作为公司发展战略重点,专注于功能性新材料工艺研发和设备研发,为新材料生产企业提供从实验室到量产化生产的整体解决方案,据客户要求,提供各类新材料从实验室到量产化生产的整套工艺及定制设备。涉及的新材料种类有:金属箔类材料、特殊金属材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料。涉及两大核心工艺的涂布机、压延机获得五十多项专利。

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来源:苏州东福来机电科技有限公司

6:排胶烧结炉
合肥恒力装备有限公司创建于1992年。公司致力于工业电加热设备、系统集成和环保装备三大业务领域 ,将产业发展定位在由电子元器件装备、新能源装备、电子电镀装备组成的主导产业。

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来源:合肥恒力装备有限公司

7:叠层机
中国电子科技集团公司第四十五研究所创立于1958年,是国内专门从事电子元器件关键工艺设备技术、设备整机系统以及设备应用工艺研究开发和生产制造的国家重点科研生产单位。

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源:中国电子科技集团公司第四十五研究所

8:激光打孔切割机
武汉宇昌激光科技有限公司是武汉东湖新技术开发区成立的一家集研发、生产和销售于一体的高科技创新型企业。主要研发生产各种型号的高精密激光切割机和各种超高精密微加工激光设备,广泛应用于新能源汽车、半导体芯片、先进陶瓷、电机、航空航天等领域,同时宇昌激光加工中心对外承接各种代加工服务。

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源:武汉宇昌激光科技有限公司

9:砂磨机
东莞市利腾达智能装备有限公司,成立于1998年,公司一直致力于化工领域分散与湿法研磨设备的研发与制造,技术已达到国内同行先进水平。工厂是武汉大学环境与资源科学院产学研基地,是湘潭大学研究生重点实习单位。公司近年不断取得各种专利证书和各种资质证书。

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来源:东莞市利腾达智能装备有限公司

应用领域


3.1 高铁、新能源汽车、风力、机器人、5G基站用IGBT模块 


由于 IGBT输出功率高,发热量大,散热不良将损坏 IGBT 芯片,因此对 IGBT封装而言,散热是关键,必须选用陶瓷基板强化散热。氮化铝、氮化硅陶瓷基板具有热导率高、与硅匹配的热膨胀系数、高电绝缘等优点,非常适用于 IGBT 以及功率模块的封装。广泛应用于轨道交通、航天航空、电动汽车、风力、太阳能发电等领域。


3.2 LED封装


纵观LED技术发展,功率密度不断提高,对散热的要求也越来越高。由于陶瓷具有的高绝缘、高导热和耐热、低膨胀等特性,特别是采用通孔互联技术,可有效满足LED倒装、共晶、COB(板上芯片)、CSP(芯片规模封装)、WLP (圆片封装)封装需求,适合中高功率LED封装。


3.3 光伏/芯片模组


光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光直接转化为电能。由于聚焦作用导致太阳光密度增加,芯片温度升高,必须采用陶瓷基板强化散热。实际应用中,陶瓷基板表面的金属层通过热界面材料(TIM)分别与芯片和热沉连接,热量通过陶瓷基板快速传导到金属热沉上,有效提高了系统光电转换效率与可靠性。


行业分析


陶瓷基板具备散热性好、耐热性好、热膨胀系数与芯片材料匹配、绝缘性好等优点,被广泛用于大功率电子模块、航空航天、军工电子等产品。高功率IGBT、SiC 功率器件搭载上车,刺激上游陶瓷基板的需求,推动产业发展,近期多个公司宣布陶瓷基板项目的投产或扩建计划。


4.1 全球陶瓷基板市场火爆,市场规模稳步增加


根据华西证劵研究所报告显示,2020 年全球陶瓷基板市场规模达到 89 亿美元,预计 2026 年全球规模将达到 172.9 亿美元,涨幅达到 94.27%,市场前景广阔。


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来源:《热管理材料》整理

4.2 高功率IGBT模块持续推动DBC/AMB陶瓷基板市场扩大


DBC 陶瓷基板具有高强度、 导热性能强以及结合稳定的优质性能,而 AMB 陶瓷基板是在 DBC 的基础上发展而来的, 结合强度相对更高。近年来随着新能源汽车、光伏储能行业的快速发展, IGBT 功率模块的需求快速增长,对于 DBC、 AMB 陶瓷基板的需求也不断增加。目前 DBC 陶瓷基板主要生产厂家有罗杰斯、贺利氏集团、高丽化工等;AMB 陶瓷基板主要生产厂家有罗杰斯、日本京瓷、日本丸和等。


4.3 LED需求量提高

LED 芯片对于散热要求极为苛刻,车载照明将进一步提升 AlN 基板的需求。 目前单芯片 1W 大功率 LED 已产业化, 3W、 5W,甚至 10W 的单芯片大功率 LED 也已推出,并部分走向市场。这使得超高亮度 LED 的应用面不断扩大,从特种照明的市场领域逐步走向普通照明市场。由于 LED 芯片输入功率的不断提高,对这些功率型 LED 的封装技术提出了更高的要求。而传统的基板无法承载高功率的热能,氮化铝陶瓷具有良好的导热和绝缘性能,能够提高 LED 功率水平和发光效率。功率 LED 已经在户外大型看板、小型显示器背光源、车载照明、室内及特殊照明等方面获得了大量应用。


4.4 第三代半导体SIC加速上车-AMB急速获益


SiC 加速上车,AMB 随之受益,Si3N4陶瓷基板的热膨胀系数与第 3代半导体衬底SiC晶体接近,使其能够与SiC晶体材料匹配性更稳定。虽然国内AMB 技术有一定积累,但产品主要是 AIN-AMB基板,受制于Si3N4基片技术的滞后国内尚未实现Si3N4-AMB的商业化生产,核心工艺被美国 Rogers、德国 Heraeus和日本京瓷、东芝高材、韩国 KCC 等国外企业掌握


4.5 企业介绍


目前国内代表性企业有博敏电子、浙江德汇、北京漠石科技、合肥圣达电子、无锡天扬、中铝山东、宁夏秦式、厦门矩瓷、宁夏艾森达、无锡海古德、江苏富乐、浙江精瓷、扬州中天利、江丰同芯、武汉利之达、福建臻璟等等。国外有日本丸和、罗杰斯、日本京瓷罗杰斯、贺利氏、杜邦村田株式会社高丽化工、东芝(企业排名没有先后顺序)

(1)福建臻璟新材料科技有限公司

福建臻璟是一家全国领先的第三代半导体氮化物材料供应商及热管理方案解决企业。专注于核心基础材料、掌握核心技术、具备完善的新材料开发能力、是一家集研发、生产、销售为一体的科技公司。氮化硅陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板

(2)无锡海古德新技术有限公司

海古德是由一群有理想抱负、有创新精神,以致力于发展中国氮化铝陶瓷及其元器件为事业目标的创业团队创建的,公司的核心产品氮化铝(AIN)陶瓷基板及其元器件制造是目前国家鼓励和重点支持的朝阳产业,是国家强基工程关键领域关键基础材料。

(3)浙江德汇电子陶瓷有限公司

浙江德汇电子陶瓷有限公司,位于党的诞生地——浙江嘉兴南湖之畔。德汇电子致力于高性能电子陶瓷及其相关电子元器件的开发、生产和销售;

(4)中材高新材料股份有限公司

中材高新材料股份有限公司由山东工陶院和中材人工晶体院两家国家级转制院所重组而成,是我国技术创新示范企业,公司最近十多年来,积极推进科技成果产业化,先后培育了氮化硅陶瓷、超特高压电瓷、氧化铝陶瓷、陶瓷平板膜等几个主导产品;

(5)南通威斯派尔半导体技术有限公司

南通威斯派尔半导体技术有限公司专注于为IGBT/SiC功率模块提供高可靠性的散热基础材料,全力打造以AMB及DBC技术为基础的覆铜陶瓷基板产品;

(6)河北军瓷电子材料

军瓷电子材料河北有限公司位于河北省邢台市临西县泰山路北侧,经营范围包括一般项目:特种陶瓷制品制造;电子专用材料制造;特种陶瓷制品销售;电子专用材料销售;新型陶瓷材料销售;金属基复合材料和陶瓷基复合材料销售;新材料技术研发;电子专用材料研发;

(7)博敏电子股份有限公司

博敏电子股份有限公司设立微芯事业部,具备AMB、DPC陶瓷衬板生产工艺,产品在航空体系、中车体系、振华科技、国电南瑞、比亚迪半导体等客户中开展样板验证和量产使用。

(8)江苏富乐华半导体科技股份有限公司

江苏富乐华半导体科技股份有限公司成立于2018年3月,由上海申和投资有限公司控股,是专业从事功率半导体覆铜陶瓷载板(AMB、DCB、DPC、DBA)以及载板制作供应链材料的集研发、制造、销售于一体的先进制造公司。

(9)新纳陶瓷

新纳陶瓷拥有国外先进、国内领先的陶瓷材料和产品生产线,已形成以陶瓷基板、结构陶瓷、陶瓷器件等为主导的多门类产品,专注于半导体、移动通讯、新能源等应用领域的陶瓷材料及器件的研发生产,是国内特种陶瓷材料和产品的主要生产厂家。

(10)武汉利之达科技有限公司

武汉利之达科技有限公司位于武汉东湖新技术开发区(中国光谷),工厂位于孝感市孝昌县经济开发区。由高校科研人员创办的高新技术企业,瞪羚企业。公司致力于高校科研成果产业化,专业从事电子陶瓷封装材料与技术的研发。

(11)罗杰斯Rogers

罗杰斯于 1832 年成立,总部位于美国亚利桑那州钱德勒市,是金属化陶瓷基板的市场和技术领导者,拥有curamik®品牌直接覆铜(DBC)和活性金属钎焊(AMB)基板,由罗杰斯先进电子解决方案(AES) 事业部负责。

(12)贺利氏

贺利氏科技集团总部位于德国哈瑙市,在1660 年从一间小药房起家,并于1851年正式成立公司,如今已发展成为一家拥有多元化产品和业务的家族企业。贺利氏电子是电子封装材料应用领域的材料及匹配材料解决方案专家,提供全面的金属陶瓷基板产品组合,可满足功率电子市场的不同需求,由其罗马尼亚Chisoda工厂生产金属化陶瓷基板。

(13)东芝高新材料

日本东芝高新材料株式会社成立于2003年,主要产品有氮化硅白板、氮化铝白板以及氮化硅AMB基板等。

(14)日本同和DOWA

日本同和控股(集团)有限公司(DOWA)创建于1884年,是以采矿及冶炼事业为起步。1992年在长野开始金属陶瓷电路板的生产,是全球领先的功率模块用金属陶瓷基板制造商。

(15)日本京瓷KYOCERA

京瓷株式会社(KYOCERA Corporation)成立于1959年4月1日,专门从事精密陶瓷的研发和生产,是 SiN-AMB 基板的领先制造商。

(16)三菱综合材料

三菱综合材料的DBA基板业务所属部门为制造研究开发战略部,在富士小山生产工厂生产。


未来


未来电气器件、工业制造技术和大功率设备发展迅速,设备的功率密度会持续升高,散热问题会持续被全球行业内人员关注。同时未来解决更先进器件设备的散热问题会对材料提出更严苛的要求。陶瓷基板凭借出色的热导性、绝缘性附加与硅相匹配的热膨胀系数,作为散热件和结构件未来将会持续发光发热。此外,全球陶瓷基板市场规模在未来几年内将保持稳定增长,国内产业发展迅猛,国产替代空间巨大,布局粉板兼有的上下游一体化公司将脱颖而出。随着近年来电子产业的高速发展,我国粉体市场需求快速增长,但是国内粉体产量不能满足市场需求,粉料大量依赖进口。但未来随着国内研究不断深入,我国粉体制备技艺不断提高,国内外差距正在逐渐缩小,且随着我国政策大力支持加之市场需求不断扩大,国内粉体产业正向高质量推进。随着国家政策大力支持,科技型产业向高质量推进,陶瓷基板行业未来发展态势也会持续上升,相信在未来我国在陶瓷基板行业会在全球站稳自己的脚跟,具有自己的一席之地。


总结


基于陶瓷基板良好的导热性、耐热性、绝缘性和低热膨胀系数等优点,陶瓷基板在功率电子器件封装中得到广泛应用。目前,陶瓷基板主要应用于IGBT、LD 器件封装、LED 封装、芯片封装模组等。但是有诸多限制其热导率的因素, 如晶格缺陷、杂质元素、晶格氧含量、晶粒尺寸等, 导致高端陶瓷基板的实际热导率并不高。目前, 就如何提实际热导率从而实现大规模生产还存在一些待解决的问题:粉体颗粒尺寸、烧结助剂的选择、实现大规模生产。但是由于陶瓷流延浆料有机物的影响,导致致密度不高, 而且流延成型的晶粒定向生长不明显, 如何实现流延片中的氮化硅颗粒定向生长和提升其致密度必将成为未来的研究热点。此外,目前国内的陶瓷基板技术整体落后,标准缺失,未来迫切需要加强核心技术与材料的研发力度,满足飞速发展的市场需求。

参考资料

[1]举国体制攻坚克难,国产陶瓷基板砥砺前行(2023)。

[2]AIN应用性能出众,国产替代机遇显著(2023)。

[3]材料导报,《高导热氮化硅陶瓷基板研究现状》(2020)。

[4]电子原件与材料,《功率电子封装用陶瓷基板技术与应用进展》(2016)。

[5]佛山陶瓷,《陶瓷材料流延成型工艺的研究进展》(2023)
[6]材料导报,《AlN陶瓷基板材料热导率与烧结助剂的研究进展》(2009)
[7]kpmtsd,百度文库(2022)

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