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，如果沒有功率集成電路陶瓷基板，半導(dǎo)體器件的散熱效果將會大大降低、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，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)、消費電子以及各種自動化設(shè)備都需要電子電力集成電路進(jìn)行驅(qū)動，這是一個超千億級的大市場。在這個超級大市場中，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具有一系列獨特的優(yōu)勢。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；國內(nèi)的陶瓷基板覆銅技術(shù)不能完全達(dá)到對覆銅板的嚴(yán)格考核，例如冷然循環(huán)次數(shù)。目前，國際上都采用先進(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)媒體報道。豐田系以普銳斯為首的油電混合動力車型（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為主的豐田電動化車型在全球的累計銷量更是突破了1600萬輛，其中在中國累計銷售超過100萬輛，氮化硅陶瓷基板的市場需求規(guī)模可見一斑。

氮化硅基板均呈極度寡頭壟斷局勢

在全球市場，氮化硅陶瓷基板的產(chǎn)量從2013的240.29百萬平方厘米增加到2017年294.72百萬平方厘米，全球氮化硅陶瓷基板市場由日本主導(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，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。

氮化硅基板市場穩(wěn)步增長

未來全球市場對氮化硅陶瓷基板的需求量逐年增加，2018年到2024年的復(fù)合年增長率為6.45％左右。所以在未來幾年，氮化硅陶瓷基板銷售將呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的態(tài)勢。在2024年，氮化硅陶瓷基板的銷售額估計為136.6百萬美元。在產(chǎn)品價格方面，未來幾年價格保持下降，但是下降速度比較平緩。

在價格方面，氮化硅陶瓷基板平均價格從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)氮化硅陶瓷的實際熱導(dǎo)率并不高。由于功率集成電路陶瓷基板對于電力電子技術(shù)的發(fā)展具有不可或缺的地位，也就成為西方發(fā)達(dá)國家對我們國內(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、無線模塊等。在全球范圍內(nèi)，氮化硅陶瓷基板市場主要受電源模塊的增長來推動。根據(jù)QYResearch的研究報告顯示，2017年，全球下游消費品中，電源模塊應(yīng)用占氮化硅陶瓷基板消費總量的60.86%。金瑞欣生產(chǎn)經(jīng)營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)容來源：廣州先進(jìn)陶瓷展