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,散熱問題越來越嚴(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。
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規(guī)模約為65億美元,預(yù)測在2020年~2027年間將以6%的年復(fù)合成長率成長,2027年之前將達(dá)到100億美元。
LTCC基板(高溫共燒陶瓷)
HTCC基板制備過程中先將陶瓷粉(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,再通過干燥工藝使片狀漿料形成生胚;然后根據(jù)線路層設(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)用于高頻無線通信領(lǐng)域、航空航天、存儲(chǔ)器、驅(qū)動(dòng)器、濾波器、傳感器以及汽車電子等領(lǐng)域。
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)合增長率為8.3%左右。HTCC陶瓷基板行業(yè)市場集中度比較高,前三大廠商日本京瓷,日本丸和與日本特陶占據(jù)80%的全球HTCC陶瓷市場份額,行業(yè)內(nèi)主要競爭者數(shù)量少,屬于寡頭競爭。
LTCC基板(低溫共燒陶瓷)
為了降低HTCC制備工藝溫度,同時(shí)提高線路層導(dǎo)電性,業(yè)界開發(fā)了LTCC基板。與HTCC制備工藝類似,只是LTCC制備在陶瓷漿料中加入了一定量玻璃粉來降低燒結(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。
根據(jù)Market Watch發(fā)布的報(bào)告,2022年LTCC陶瓷基板的市場規(guī)模預(yù)計(jì)可達(dá)12.949億美元,預(yù)計(jì)2028年市場規(guī)模將達(dá)到18.682億美元,年復(fù)合增長率為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)
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、刻蝕工藝完成線路制作,最后再以電鍍/化學(xué)鍍方式增加線路厚度,待光刻膠去除后完成基板制作。
根據(jù)HNY research發(fā)布數(shù)據(jù),2021年全球DPC陶瓷基板市場規(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)
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)布線要求,以刻蝕方式形成線路。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。
QY Research調(diào)研顯示,2021年全球DBC陶瓷基板市場規(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)合增長率(CAGR)為9.0%。主要DBC陶瓷基板廠商包括美國Rogers、韓國KCC、日本Ferrotec旗下的江蘇富樂華半導(dǎo)體科技股份有限公司等。
AMB基板(活性金屬焊接陶瓷基板)
AMB陶瓷基板是DBC工藝的進(jìn)一步發(fā)展,該工藝通過含有少量稀土元素的焊料來實(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
根據(jù)QY Research報(bào)告,2021年AMB陶瓷基板市場規(guī)模約為0.9億美元,預(yù)計(jì)2028年增長到3.8億美元,復(fù)合增長率高達(dá)22.7%。主要供應(yīng)商包括美國Rogers、德國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)熱性能已無法滿足大功率芯片的散熱要求。