氮化硅陶瓷基板應力新的發(fā)展前景
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(fā)展,要使用第三代半導體材料生產(chǎn)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。
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,被廣泛應用到功率集成電路中。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。
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(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
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(wěn)定性上比氮化鋁要好。
氮化硅陶瓷基片應用
目前國內(nèi)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(nèi)的陶瓷基板覆銅技術不能完全達到對覆銅板的嚴格考核,例如冷然循環(huán)次數(shù)。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(jié)合強度和冷熱循環(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,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熱性能和優(yōu)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(zhì)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(fā)展具有不可或缺的地位,也就成為西方發(fā)達國家對我們國內(nèi)進行全方位技術封鎖的半導體行業(yè)關鍵材料之一,尤其是氮化硅基板。國產(chǎn)化之路任重道遠!
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(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)品等領域客戶在合作,歡迎咨詢。
本文內(nèi)容來源:廣州先進陶瓷展