隨著集成電路的發展，半導體器件集成度和功率密度明顯提高，相應工作產生的熱量急劇增加，據統計，由熱引起的大功率器件失效高達55%。要解決電路散熱問題，首先需要找到電子封裝系統中影響散熱的部位。基板作為承載集成電路芯片的載體，與電路直接接觸，因此電路產生的熱量需要通過基板向外疏散。為了電路能更好散熱，需要基板材料具備高熱導性能。
不僅如此，在新能源汽車、現代軌道交通等領域，大功率器件使用過程中還需要考慮顛簸、震動等復雜應用條件，這對基板材料機械力學性能和可靠性提出了更高要求。
相比其他材料，陶瓷類基板性能更加優異，因此選擇陶瓷材質作為基板會有更加廣闊的前景。
可以作為基板使用的陶瓷材料主要有：AlN、Al2O3、SiC、BeO、Si3N4等。BeO陶瓷基板雖然具有高熱導率和低介電常數，但其粉體具有毒性，危害健康，目前已很少使用。SiC性質穩定，但其介質損耗很高，擊穿電壓較低，不能應用在高壓工作環境。Al2O3陶瓷基板的應用歷史最長也最為成熟，但是由于Al2O3的理論與實際熱導率都很低，不能滿足大電路的散熱要求，只能用于小型電路。與之相比，AlN陶瓷兼具熱導率高、絕緣性好、介電常數低等特點，但AlN同樣存在無法忽視的缺點，包括材料易水解、強度與韌性不夠高、易碎等。因此，迫切需要一種性能更加穩定的陶瓷材料來彌補AlN的局限。
幾種基板材料性能對比
與其它材料相比，氮化硅陶瓷由于具有高熱導率（其晶體的熱導率可高達320Ｗ·ｍ-1·Ｋ-1）、低介電常數、無毒、以及熱膨脹系數與單晶Si相匹配等特點被公認為高導熱陶瓷基板的首選材料。
一直以來，全球范圍內可實現批量化制造高導熱氮化硅陶瓷基板的企業基本都在日本。其中東芝材料產能達到10萬m2/年、丸和4萬m2/年、電氣化學3萬m2/年、京瓷和日本精密陶瓷各1萬m2/年。東芝材料的市場份額更是占到50%。
據相關報道，日本企業正在加快提升高導熱氮化硅基板的產能，如東芝材料計劃2022年之前將產能擴充至14.6萬m2/年；日本電氣化學投資1.62億元用于高導熱氮化硅陶瓷片的產能擴充，預計2025年全部建成；日本精細陶瓷株式會社計劃在2023年之前將產能提高10m2/a。2020年6月作為氮化鋁基板全球領導者的日本德山公司，突然宣布進軍氮化硅陶瓷材料，并公布他們已經開發了獨有的節能、安全、環保且低成本的氮化硅基板生產技術。
一直以來，由于特殊技術要求，加上設備投資大、制造工藝復雜，高性能氮化硅陶瓷基板核心制造技術被以上幾個大公司掌控，而我國一直處于努力追趕狀態。
成立于2017年的浙江正天新材料科技有限公司（以下簡稱“正天新材”）通過自主創新，掌握了流延、裁切、沖片、燒結及后道CNC、研磨、拋光、激光切割等完整加工鏈核心技術，開發出了高導熱、高性能的 氮化硅陶瓷基板產品，在高性能氮化硅陶瓷基板方面實現了重要突破，這也讓一直處于被“卡脖子”狀態的我們看到了同日企“掰腕子”的希望。
盡管氮化硅陶瓷基板被公認為綜合性能最佳的散熱基板，但在實際生產中需要解決兩個棘手的難題，即實現“高導熱”和“持續穩定的大批量生產”。
要實現“高導熱”，必離不開優質的氮化硅粉體以及科學、先進的制備工藝。原材料方面，正天新材在全球范圍內選擇優質的氮化硅粉體，在源頭上即保證了氮化硅基板的“優良基因”。
對氮化硅基板來說，持續穩定的大批量生產是一個行業難題，它既需要可保證基板避免曲翹、開裂等現象出現的穩定工藝，又需要實現高效率的連續性操作。
憑借先進的工藝與設備，正天新材在攻克高導熱、高性能氮化硅基板方面已經走在了行業前列，目前公司已穩定批量生產熱導率可達85W/(m?k)，熱膨脹系數為2.7×10-6/℃，并具有優異的機械強度、良好的化學穩定性和抗熱沖擊性的大尺寸（138mm*190.5mm）、低翹曲度（≤200μm）的氮化硅陶瓷基板產品。
正天新材氮化硅陶瓷基板產品尺寸
隨著以SiC為襯底的第3代半導體芯片在新能源汽車、5G的快速推廣，氮化硅陶瓷基板需求也迎來了快速發展階段。
據預測，2025年全球電動汽車年銷售量將突破2500萬輛，SiC功率器件的占比按照多家投資機構推測的數據占比37%為基準，按照現有電動車用Si3N4陶瓷基板為1標準片（7.5×5.5英寸）/輛，客車等大型車輛為2標準片/輛的用量計算，2025年高導熱氮化硅基板的全球新增年需求量約為60萬m2。
這也僅僅是在新能源汽車領域的市場預測。除此之外，充電系統、LED等領域對高性能氮化硅陶瓷基板的需求也在極速增長。
大環境方面，2018年以來，逆全球化思潮抬頭，單邊主義、保護主義明顯上升，國外對中國高科技公司采取原料禁售、技術封鎖、加征貿易關稅等“特殊”措施，對相關領域產生明顯沖擊。疫情對全球供應鏈沖擊、歐洲能源危機等，進一步加劇逆全球化行為，對全球產業鏈供應鏈格局產生了深遠影響。
鑒于此，目前我國制造業急切期盼出現更多的突破“卡脖子”的技術型企業。例如，就正天新材來說，通過自主創新，解決了我國高性能、大尺寸氮化硅陶瓷基板被卡脖子的現狀，在全面提升自身競爭能力的同時，補足我國氮化硅陶瓷基板這一關鍵材料的供應鏈與產業鏈，引領行業走上自主可控的高質量發展道路。
原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：正天新材氮化硅基板：從“卡脖子”到“掰腕子”
