關于陶瓷材料，美國等西方國家很早便開始了Al2O3陶瓷的研究與應用，還開展了Al2O3陶瓷金屬化等領域的研究，這為Al2O3陶瓷在電子封裝領域的應用提供了更加完善的技術支持和更加可靠的應用性能。

而日本京瓷也很早便開始了陶瓷基板的研究，據日本京瓷創始人稻盛和夫自傳中介紹：1966年4月，喜訊傳來。我們得到了期望已久的IBM公司的訂單——2500萬個用于IC的氧化鋁基板（集成電路用的電路板）。和我們一起競爭的是代表德國陶瓷制造業的領軍企業盧臣泰公司和德固賽公司。

這可是1.5億日元的大宗訂單，憑此公司年銷售額將可達到5億日元。公司上下一片沸騰，大辦火鍋聚會，吃完后還不盡興，又一起殺到八日市的酒館街上海喝一通，好不熱鬧。

......

為此，我們立刻配備了30臺自動壓力機、2臺大型電子爐、測量精度用的萬能投影機等必要的最新機器。并且我親臨一線指揮，負責從原料的調和、成型到燒成所有的工序。稻盛和夫在自傳中表示：“京瓷基板神話”由此誕生。”

陶瓷基板的現狀：材料多樣化、結構集成化

近年來，電動汽車、電力機車以及半導體照明、航空航天、衛星通信等進入高速發展階段，電子器件向大功率化、高頻化、集成化方向發展，其元器件在工作過程中產生大量熱量，這些熱量如不能及時散去將影響芯片的工作效率，甚至造成半導體器件損壞而失效——對于電子器件而言，通常溫度每升高10℃，器件有效壽命就降低30%~50%。

因此，為保證電子器件工作過程的穩定性，對電路板的散熱能力提出了更高的要求。傳統的普通基板和金屬基板不能滿足當下工作環境下的應用。陶瓷基板具有絕緣性能好、強度高、熱膨脹系數小、優異的化學穩定性和導熱性能脫穎而出，是符合當下高功率器件設備所需的性能要求。

氧化鋁陶瓷具有原料來源豐富、價格低廉、絕緣性高、耐熱沖擊、抗化學腐蝕及機械強度高等優點，是一種綜合性能較好的陶瓷基片材料，占陶瓷基片材料總量的80%以上。但由于其熱導率相對較低（99%氧化鋁熱導率約為30W/（m·K）），熱膨脹系數較高，一般應用在汽車電子、半導體照明、電氣設備等領域。
隨著應用研究的不斷深入，更多的陶瓷材料受到了科研及產業界的關注。

氮化鋁陶瓷熱導率為氧化鋁陶瓷的6~8倍，但熱膨脹系數只有其50%，此外還具有絕緣強度高、介電常數低、耐腐蝕性好等優勢。除了成本較高外，氮化鋁陶瓷綜合性能均優于氧化鋁陶瓷，是一種非常理想的電子封裝基片材料，尤其適用于導熱性能要求較高的領域。

氮化鋁基板現有陶瓷基板材料中，Si3N4陶瓷基板以其硬度高、機械強度高、耐高溫和熱穩定性好、介電常數和介質損耗低、耐磨損、耐腐蝕等優異的性能，被認為是綜合性能最好的陶瓷材料，目前在IGBT模塊封裝中得到青睞，并逐步替代Al2O3和AlN陶瓷基板。

氮化硅基板除了上述陶瓷材料外，氧化鈹（BeO）、碳化硅（SiC）、氮化硼（BN）等也都可作為陶瓷基板材料。

（a）SiC陶瓷基片和（b）BN陶瓷基片

其中，BeO粉體具有毒性、燒結溫度高等原因限制了氧化鈹的推廣應用；SiC多晶體熱導率僅為67W/（m·K），此外，SiC材料介電常數為40，是AlN陶瓷的4倍，限制了其高頻應用。BN材料具有較好的綜合性能，但作為基片材料，它沒有突出優點，且價格昂貴，與半導體材料熱膨脹系數也不匹配，目前仍處于研究中。

發展至今，從結構與制作工藝而言，陶瓷基板發展了HTCC、LTCC、TFC、DBC、DPC等多種形式。

來源：熱管理材料整理

HTCC/LTCC基板采用多層生胚片疊加（金屬通孔對準）后燒結制備，因此可實現基板內垂直互連，提高封裝集成度。DPC陶瓷基板可以采用激光打孔（孔徑一般為60μm~120μm）和電鍍填孔技術制備金屬通孔，由于孔內電鍍填充致密銅柱，導電導熱性能優良，因而可實現陶瓷基板上下線路層垂直互連。在此基礎上，通過電鍍增厚等技術制備圍壩，可得到含圍壩結構的三維陶瓷基板。

廣闊的市場前景

全球陶瓷基板市場火爆，市場規模穩步增加
根據華西證劵研究所報告顯示，2020年全球陶瓷基板市場規模達到89億美元，預計2026年全球規模將達到172.9億美元，漲幅達到94.27%，市場前景廣闊。

來源：《熱管理材料》整理
高功率IGBT模塊持續推動DBC/AMB陶瓷基板市場擴大

DBC陶瓷基板具有高強度、導熱性能強以及結合穩定的優質性能，而AMB陶瓷基板是在DBC的基礎上發展而來的，結合強度相對更高。近年來隨著新能源汽車、光伏儲能行業的快速發展，IGBT功率模塊的需求快速增長，對于DBC、AMB陶瓷基板的需求也不斷增加。目前DBC陶瓷基板主要生產廠家有羅杰斯、賀利氏集團、高麗化工等；AMB陶瓷基板主要生產廠家有羅杰斯、日本京瓷、日本丸和等。

LED需求量提高LED芯片對于散熱要求極為苛刻，車載照明將進一步提升AlN基板的需求。目前單芯片1W大功率LED已產業化，3W、5W，甚至10W的單芯片大功率LED也已推出，并部分走向市場。這使得超高亮度LED的應用面不斷擴大，從特種照明的市場領域逐步走向普通照明市場。由于LED芯片輸入功率的不斷提高，對這些功率型LED的封裝技術提出了更高的要求。而傳統的基板無法承載高功率的熱能，氮化鋁陶瓷具有良好的導熱和絕緣性能，能夠提高LED功率水平和發光效率。功率LED已經在戶外大型看板、小型顯示器背光源、車載照明、室內及特殊照明等方面獲得了大量應用。

第三代半導體SIC加速上車-AMB急速獲益

SiC加速上車，AMB隨之受益，Si3N4陶瓷基板的熱膨脹系數與第3代半導體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配性更穩定。雖然國內AMB技術有一定積累，但產品主要是AIN-AMB基板，受制于Si3N4基片技術的滯后，國內尚未實現Si3N4-AMB的商業化生產，核心工藝被美國、德國和日本等國掌握。

結束語

鑒于陶瓷具有良好的導熱性、耐熱性、高絕緣、高強度、低熱脹、耐腐蝕和抗輻射等優點，陶瓷基板在功率器件和高溫電子器件封裝中得到廣泛應用。目前，陶瓷基片材料主要有Al2O3、AlN、Si3N4、SiC、BeO和BN。由于Al2O3和AlN具有較好的綜合性能，兩者分別在低端和高端陶瓷基板市場占據主流，而Si3N4基板由于抗彎強度高，今后有望在高功率、大溫變電力電子器件（如IGBT）封裝領域發揮重要作用。工藝、結構方面，今后陶瓷基板將主要繼續沿著高精度、小型化、集成化方向發展。陶瓷基板的未來前景，預計未來5年內將達到100億美元隨著電子封裝技術逐漸向著小型化、高密度、多功能和高可靠性方向發展，電子系統的功率密度隨之增加，散熱問題越來越嚴重。對于電子器件而言，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展電子器件的技術瓶頸。

其中，基板材料的選用是關鍵環節，直接影響到器件成本、性能與可靠性。常用的基板材料主要包括塑料基板、金屬基板、陶瓷基板和復合基板四大類。目前，陶瓷基板雖然不是處于主導地位，但由于其良好的導熱性、耐熱性、絕緣性、低熱膨脹系數和成本的不斷降低，在電子封裝特別是功率電子器件中的應用越來越廣泛。陶瓷基板按照工藝主要分為DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。根據GII報告顯示，2020年陶瓷基板全球市場規模約為65億美元，預測在2020年～2027年間將以6%的年復合成長率成長，2027年之前將達到100億美元。

HTCC基板(高溫共燒陶瓷)

HTCC基板制備過程中先將陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有機黏結劑，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;然后根據線路層設計鉆導通孔，采用絲網印刷金屬漿料進行布線和填孔，最后將各生胚層疊加，置于高溫爐(1600℃)中燒結而成。目前已應用于高頻無線通信領域、航空航天、存儲器、驅動器、濾波器、傳感器以及汽車電子等領域。

根據Market Watch的統計數據，2021年全球HTCC陶瓷基板市場規模約為22.12億美元，預計2028年達到38.75億美元，年復合增長率為8.3%左右。HTCC陶瓷基板行業市場集中度比較高，前三大廠商日本京瓷，日本丸和與日本特陶占據80%的全球HTCC陶瓷市場份額，行業內主要競爭者數量少，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，同時提高線路層導電性，業界開發了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溫度，同時使用導電性良好的Cu、Ag和Au等制備金屬漿料。LTCC基板制備溫度低，但生產效率高，可適應高溫、高濕及大電流應用要求，在軍工及航天電子器件中得到廣泛應用。

根據Market Watch發布的報告，2022年LTCC陶瓷基板的市場規模預計可達12.949億美元，預計2028年市場規模將達到18.682億美元，年復合增長率為6.3%。全球LTCC陶瓷基板的主要供應商包括村田制作所，日本京瓷，TDK株式會社等。

DPC基板(直接電鍍陶瓷基板)

其制作首先將陶瓷基片進行前處理清洗，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/化學鍍方式增加線路厚度，待光刻膠去除后完成基板制作。

根據HNY research發布數據，2021年全球DPC陶瓷基板市場規模大約為21億美元，預計2027年將達到28.2億美元，2022-2027期間年復合增長率(CAGR)為5.07%。全球主要的DPC陶瓷基板供應商包括日本京瓷、日本丸和、臺灣同欣電子等。

該基板由陶瓷基片(Al2O3或AlN)與銅箔在高溫下(1065℃)共晶燒結而成，最后根據布線要求，以刻蝕方式形成線路。DBC具有導熱性好、絕緣性強、可靠性高等優點，已廣泛應用于IGBT、LD和CPV封裝。

QY Research調研顯示，2021年全球DBC陶瓷基板市場規模大約為3億美元，預計2028年將達到5.5億美元，2022-2028期間年復合增長率(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工藝的進一步發展，該工藝通過含有少量稀土元素的焊料來實現陶瓷基板與銅箔的連接，其鍵合強度高、可靠性好。該工藝相較于DBC工藝鍵合溫度低、易操作。

根據QY Research報告，2021年AMB陶瓷基板市場規模約為0.9億美元，預計2028年增長到3.8億美元，復合增長率高達22.7%。主要供應商包括美國Rogers、德國Heraeus、日本電化株式會社(Denka)、日本同和(DOWA)。

材料方面，氮化鋁、氮化硅將會起飛

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。氧化鋁陶瓷基板價格低廉(約為氮化鋁的1/10)，生產工藝成熟，目前產量最大，應用面最廣。但是，氧化鋁陶瓷基板的導熱性能已無法滿足大功率芯片的散熱要求。

氮化鋁的熱導率是氧化鋁的5倍，并且具備與硅材料相匹配的熱膨脹系數，在大功率電力電子，以及其他需要高熱傳導的器件中，逐漸替代氧化鋁陶瓷，是目前發展最快的陶瓷基板。氮化硅被認為是綜合性能最好的陶瓷基板材料，雖熱導率不如氮化鋁，但其抗彎強度、斷裂韌性都可達到氮化鋁的2倍以上。同時，氮化硅陶瓷基板的熱膨脹系數與第三代半導體碳化硅相近，使得其成為碳化硅導熱基板材料的首選。綜合來看，氮化鋁陶瓷基板與氮化硅陶瓷基板最具發展前景。2021年全球氮化硅陶瓷基板市場規模在4億美元左右，在新能源汽車等終端市場需求推動下，中國已經成為全球重要的氮化硅陶瓷基板消費國，國內產品主要依賴進口，國內市場規模從2017年的0.27億美元增長至2021年的1.20億美元，GAGR為45.2%。隨著IGBT和碳化硅MOS在新能源車領域的滲透率越來越高，市場空間有望進一步提升。

2017-2021年全球及中國氮化硅陶瓷基板市場規模(單位：億美元)

氮化鋁基板的生產能力主要集中于全球少數廠家，其中日本是全球最大的氮化鋁基板出口國，核心廠商為日本丸和、京瓷等。國內已涌現一批具備氮化鋁基板批量生產的企業，龍頭公司的產能已超50萬片/月，逐步接近日本丸和。隨著高質量氮化鋁基板的生產能力不斷提升，未來有望改變高性能陶瓷基板長期依賴進口的局面。
目前氮化鋁陶瓷基板的市場空間約10億元，2019年-2022年，國內氮化鋁陶瓷基板市場空間的復合增長率超20%。隨著下游大規模集成電路、IGBT、微波通訊、汽車電子及影像傳感等產業的迅速發展，以及在電子器件功率提升的大背景下，氮化鋁的應用規模將進一步擴大。根據行業專家預測，未來幾年，氮化鋁陶瓷基板的市場空間增速仍將保持在20%以上，按此增長速率計算，則2026年氮化鋁陶瓷基板的市場空間有望達到20億元。

參考來源：

[1]程浩等.電子封裝陶瓷基板

[2]陸琪等.陶瓷基板研究現狀及新進展

[3]程浩等.功率電子封裝用陶瓷基板技術與應用進展

[4]陶瓷封裝基板行業概況及其發展.合肥協同半導體產業研究院

[5]陶瓷封裝基板技術演進正當時.九派資本JPCapital

[6]粉體大數據研究

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