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最近幾年,氮化鎵、碳化硅等第三代半導體材料在我國得到了大力發展,要使用第三代半導體材料生產出大功率半導體器件,如果沒有功率集成電路陶瓷基板,半導體器件的散熱效果將會大大降低、降低該器件的使用效果。

氮化硅陶瓷基板——第三代半導體守護者
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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,被廣泛應用到功率集成電路中。


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目前應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。

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無論是高鐵、新能源汽車、高端機床、風力、光伏逆變,還是高端手機、消費電子以及各種自動化設備都需要電子電力集成電路進行驅動,這是一個超千億級的大市場。

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在這個超級大市場中,功率集成電路陶瓷基板是承載半導體功率器件的關鍵材料。其中最重要的一步就是需要成熟的大功率半導體安裝用電路基板,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

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與AlN和Al2O3陶瓷基板材料相比,Si3N4具有一系列獨特的優勢。Si3N4屬于六方晶系,有α、β和γ三種晶相。有研究者根據Si3N4結構提出氮化硅的理論熱導率在200~300W/(m·K)。此外,在陶瓷電路基板成型中,氮化硅的金屬化穩定性上比氮化鋁要好。

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氮化硅陶瓷基片應用
 
目前國內IGBT用高導熱率氮化硅基板目前還是以進口為主,特別是高鐵上的大功率器件控制模塊;國內的陶瓷基板覆銅技術不能完全達到對覆銅板的嚴格考核,列如冷然循環次數。目前,國際上都采用先進的活化金屬鍵合(AMB)技術進行覆銅,比直接覆銅(DBC)具有更高的結合強度和冷熱循環特性。

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在應用中,氮化硅陶瓷基板下游廣泛應用于電源模塊、散熱片、LED、無線模塊等。在全球范圍內,氮化硅陶瓷基板市場主要受電源模塊求增長的推動。根據QYResearch的研究報告顯示,2017年,全球下游消費品中,電源模塊應用占氮化硅陶瓷基板消費總量的60.86%。


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根據媒體報道。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模可見一斑。

氮化硅基板均呈極度寡頭壟斷局勢

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在全球市場,氮化硅陶瓷基板的產量從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,占全球氮化硅陶瓷基板產量的60.14%。北美是第二大區域市場,全球生產份額為16.28%。目前,主要的氮化硅陶瓷基板制造商集中在東芝材料,羅杰斯公司,京瓷,丸和是世界領先企業,東芝材料全球排名第一。

氮化硅基板市場穩步增長

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穩步增長的態勢。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熱性能和優異的力學性能,在大功率半導體器件領域越來越受歡迎,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率的因素,如晶格缺陷、雜質元素、晶格氧含量、晶粒尺寸等,導氮化硅陶瓷的實際熱導率并不高。由于功率集成電路陶瓷基板對于電力電子技術的發展具有不可或缺的地位,也就成為西方發達國家對我們國內進行全方位技術封鎖的半導體行業關鍵材料之一,尤其是氮化硅基板。國產化之路任重道遠!

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為了進一步加強交流,艾邦建有陶瓷基板交流群,誠邀DBC、DPC、AMB、LAM、LTCC、HTCC陶瓷基板,氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅粉體陶瓷基片生產企業、設備、材料、輔助耗材,以及下游應用LED、VCSEL、IGBT、汽車、半導體、射頻封裝需求企業參與。目前群友包括:三環集團、佳利電子、中電13所、45所、55所、中瓷電子、福建華清、富樂德、艾森達、萊鼎、鄭州中瓷、浙江新納、博敏電子、珠海粵科京華、富力天晟斯利通、金瑞欣、沃晟微等加入。


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第二屆高端電子陶瓷MLCC、LTCC產業高峰論壇

2021年7月9日(周五)

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時間

議題

演講單位

09:00-09:25

開場介紹

艾邦智造 江耀貴 創始人

09:25-09:50

淺談MLCC未來發展趨勢

宇陽科技 陳永學 戰略總監

9:50-10:15

MLCC高端關鍵生產裝備國產化解決方案

宏華電子 梁國衡 副總工程師

10:15-10:40

茶歇

10:40-11:05

應用于電子陶瓷領域的畢克產品介紹

畢克化學 王玉立 博士

11:05-11:30

淺談我國無源元器件的機遇與挑戰

風華高科 黃昆 LTCC事業部經理/技術總監

11:30-11:55

微波毫米波無源集成關鍵材料與技術

南方科技大學工學院黨委書記/副院長 汪宏 教授

11:55-14:00

午餐

14:00-14:25

封接玻璃作用機理及在電子元器件應用研究進展

華東理工大學 曾惠丹 教授/博導

14:25-14:50

LTCC高頻低介電常數陶瓷生料帶

上海晶材新材料 汪九山 總經理

14:50-15:15

稀土在先進電子陶瓷電容材料中的研究進展

晶世新材料 程佳吉 教授

15:15-15:40

高性能電容器材料的應用研究

上海硅酸鹽研究所 陳學鋒 研究員/博士

15:40-16:05

茶歇

16:05-16:30

MLCC產品失效分析和檢測手段

深圳納科科技 段建林 總經理

16:30-16:55

物理氣相法制備MLCC內外電極金屬粉體

江蘇博遷新材料 江益龍 總經理

16:55-17:20

如何提升LTCC激光開孔效果對后段工藝良率影響

東莞盛雄激光 王耀波  高級項目總監

17:20-17:45

MLCC在5G基站的應用及可靠性評估方法

中興 楊航 材料技術質量高級工程師

17:45-20:00

晚宴



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作者 ab

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