随着信息技术革命的到来，集成电路产业飞速发展，电子系统集成度的提高将导致功率密度升高，以及电子元件和系统整体工作产生的热量增加，因此，有效的电子封装必须解决电子系统的散热问题。
  一直以来，我国陶瓷基板生产企业规模较小，研发投入资金有限，技术人员较少且经验不足，导致我国陶瓷基板行业整体水平较低，以中低端产品为主，产品缺乏竞争力，尤其是高性能、大尺寸氮化铝薄基板依赖于进口。日本有多家企业研发和生产氮化铝陶瓷基板，是全球最大的氮化铝陶瓷基板生产国，主要研发生产氮化铝陶瓷基板产品的公司包括京瓷、日本特殊陶业、住友金属工业、富士通、东芝、日本电气等。由于特殊技术要求，加上设备投资大、制造工艺复杂，高性能、大尺寸氮化铝陶瓷基板核心制造技术被日本等国家的几个大公司掌控。
  1、突破“大尺寸”行业难题
  对陶瓷基板而言，“大尺寸薄片”是一个行业难题，这是因为随着尺寸的加大，曲翘、开裂等现象也随之出现。凭借先进的工艺与设备，正天新材在攻克大尺寸氮化铝基板方面已经走在了行业前列，目前公司已开发出了Φ308mm*1.0mm等大尺寸、低曲翘度（≤200μm）的成熟稳定产品。

  在IC行业，为了保证IC的制造质量，必须确保硅片在工艺设备之间的传输过程中保持绝对的平稳，同时还需保证硅片在加工载荷的作用下不会翘曲变形或偏移，这对硅片的夹持技术提出了严格的要求。同时，在半导体加工中，对硅片的散热工作相当重要，如果无法保证硅片表面的均温，则在对硅片的加工过程中将无法确保加工的均匀性，加工精度将受到极大的影响。静电吸盘作为现代半导体工业中应用最广的硅片夹持工具，目前主要是采用氧化铝陶瓷作为主体制造材料，但是氧化铝材料热导率及相关机械性能不及氮化铝陶瓷。这为正天新材的高性能、大尺寸氮化铝基板提供一片用武之地。
  随着功率器件特别是第三代半导体的崛起与应用，半导体器件逐渐向大功率、小型化、集成化、多功能等方向发展，对封装基板性能也提出了更高要求，尽管氮化铝陶瓷基板价格远高于其它种类基板，仍受到下游市场的高度认可，高性能氮化铝陶瓷基板市场需求将出现井喷式增长。据相关报告显示，2019年全球氮化铝陶瓷基板市场总值达到了100亿元左右，预计2026年可以增长到300亿元左右，年复合增长率20%以上。
  2、价格高起，为何还一片难求
  陶瓷基板具备优良的散热性能使得市场对其需求快速爆发，尤其是氮化铝陶瓷基板产品，尽管价格远高于其它基板，仍是供不应求甚至“一片难求”，这是为什么呢？
  原因很简单，小编认为有三点：其一，性能好，用起来“香”，物有所值，在某些领域无法替代，一分钱一分货的道理大家都懂。其二，生产过程”历经八十一难”，得之不易，对原材料要求高，制品制备工艺复杂，生产门槛较高。其三，市场发展迅速，产能扩张速度跟不上需求增速，供货周期长，价格自然水涨船高。今天我们就这三点进一步了解氮化铝陶瓷基板。
  出色的导热性能
  首先，封装基板主要利用材料本身具有的高热导率，将热量从芯片 (热源) 导出，实现与外界环境的热交换。对于功率半导体器件而言，封装基板必须满足以下要求：
  (1)热导率高，满足器件散热需求；
  (2)耐热性好，满足功率器件高温(大于200°C)应用需求；
  (3)热膨胀系数匹配，与芯片材料热膨胀系数匹配，降低封装热应力；
  (4)介电常数小，高频特性好，降低器件信号传输时间，提高信号传输速率；
  (5)机械强度高，满足器件封装与应用过程中力学性能要求；
  (6)耐腐蚀性好，能够耐受强酸、强碱、沸水、有机溶液等侵蚀；
  (7)结构致密，满足电子器件气密封装需求。
  氮化铝作为陶瓷基板材料其性能如下：
  （1）氮化铝的导热率较高，室温时理论导热率最高可达320W/(m·K)，是氧化铝陶瓷的8～10倍，实际生产的热导率也可高达200W/(m·K)，有利于LED中热量散发，提高LED性能；
  （2）氮化铝线膨胀系数较小，理论值为4.6×10-6/K，与LED常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近，变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外，氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率LED制备过程中芯片与基板的良好结合，这是高性能大功率LED的保障；
  （3）氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV，绝缘性好，应用于大功率LED时不需要绝缘处理，简化了工艺；
  （4）氮化铝为纤锌矿结构，以很强的共价键结合，所以具有高硬度和高强度，机械性能较好。另外，氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能，在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性，在真空中温度高达1400℃时稳定性较好，有利于在高温中烧结，且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。
  由以上看来，氮化铝陶瓷具有高热导率、高强度、高电阻率、密度小、低介电常数、无毒、以及与Si 相匹配的热膨胀系数等优异性能，是最具发展前途的一种陶瓷基板材料。
  3、市场状况
  在粉体方面，目前掌握高性能氮化铝粉生产技术的厂家并不多，主要分布在日本、德国和美国。日本的德山化工生产的氮化铝粉被全球公认为质量最好、性能最稳定，公司控制着高纯氮化铝全球市场75%的份额。日本东洋铝公司的氮化铝粉性能较好，在日本和中国受到不少客户的青睐。

  在国内，开展AlN粉研究、生产的厂家也有一些，主要有中电科第43所、国瓷材料、厦门钜瓷、宁夏艾森达新材料科技有限公司、宁夏时星科技有限公司、烟台同立高科新材料股份有限公司、辽宁德盛特种陶瓷制造有限公司、山东鹏程陶瓷新材料科技有限公司、三河燕郊新宇高新技术陶瓷材料有限公司、福建施诺瑞新材料有限公司、晋江华清新材料科技有限公司等。
  但是由于国内氮化铝粉末行业发展时间晚，产业化时间短，产量很低，粉体性能与国外相比也存在较大差距，只能满足国内部分市场的需求。
  而在陶瓷基片方面，我国氮化铝陶瓷基片生产企业规模较小，研发投入资金有限，技术人员较少且经验不足，导致我国氮化铝陶瓷基片行业整体水平较低，产品缺乏竞争力，以中低端产品为主，高端氮化铝基片同样依赖于进口。日本有多家企业研发和生产氮化铝陶瓷基片，是全球最大的氮化铝陶瓷基片生产国，主要研发生产氮化铝陶瓷基片产品的公司包括如京瓷、日本特殊陶业、住友金属工业、富士通、东芝、日本电气等。由于氮化铝陶瓷基片的特殊技术要求，加上设备投资大、制造工艺复杂，高端氮化铝陶瓷基片核心制造技术被日本等国家的几个大公司掌控。
  目前我国在加力追赶阶段，国内已有福建华清电子材料科技有限公司、中电科四十三所、三环集团、河北中瓷、合肥圣达电子、浙江正天新材料、深圳市佳日丰泰电子、宁夏艾森达、宁夏时星、福建臻璟、江苏富乐德、南京中江等多个企业实现了氮化铝陶瓷基板的国产化，随着中国下游电子产业的不断发展，未来氮化铝基板的市场需求也会随之增长；此外，随着我国氮化铝基板生产技术的不断提升，氮化铝基板产品也将不断升级，将会进一步推动其应用领域的拓展，需求规模也会得到扩张。整体来看，未来中国氮化铝基板行业发展前景十分广阔。

  文章来源： 中国粉体网，芯片失效分析
  原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_519726.html
  来源：贤集网
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