氮化铝陶瓷基片(AlN)是新型功能电子陶瓷材料,是以氮化铝粉作为原料,采用流延工艺,经高温烧结而制成的陶瓷基片。

氮化铝基板国产化进行时


性能优异 备受关注

氮化铝陶瓷基板主要有以下特性:

(1)热导率高,是氧化铝陶瓷的5倍以上;

(2)较低的热膨胀系数(4.5-10-6/℃)与半导体硅材料(3.5-4.0-10-6/℃)匹配;

(3)较低的介电常数

(4) 优良的绝缘性能

(5)优异的机械性能,抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷,可以常压烧结;

(6)耐热、耐熔融金属的侵蚀


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氮化铝陶瓷基板具有氮化铝材料的各种优异特性,符合封装电子基片应具备的性质,能高效地散除大型集成电路的热量,是高密度,大功率,多芯片组件等半导体器件和大功率,高亮度的LED基板及封装材料的关键材料,被认为是最理想的基板材料。

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图源自网络

广泛应用于功率晶体管模块基板、激光二极管安装基板、半导体制冷器件、大功率集成电路,以及作为高导热基板材料在IC封装中使用。

下游市场催生氮化铝基板需求上扬

据相关报告显示,2019年全球氮化铝(AlN)陶瓷基板市场总值达到了3.4亿元,预计2026年可以增长到6.2亿元,年复合增长率为8.4%。

氮化铝陶瓷基板的生产市场主要在海外,近年来,为了实现氮化铝陶瓷基板的国产化、自主研究优势和满足国内市场越加高涨的氮化铝基板需求,国内PCB企业纷纷提高重视。


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图源自丸和官网
 
氮化铝陶瓷基片制造并非易事

氮化铝的最大特点是热膨胀系数(CTE)与半导体硅(Si)相当,且热导率高,理论上氮化铝热导率可达到320W/(m·K),但成本很高。

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图源自德山官网

由于制备氮化铝陶瓷的核心原料氮化铝粉体制备工艺复杂、能耗高、周期长、价格昂贵,国内的氮化铝粉体很大程度上依赖进口,主要从日本德山、东洋铝业、陶氏化学等企业购买。原料的批次稳定性、成本也成为国内高端氮化铝陶瓷基片材料制造的瓶颈。

氮化铝基板生产呈地区集中状态

美国、日本、德国等国家和地区是全球最主要的电子元件生产和研发中心,在氮化铝陶瓷基片的研究已远早于国内。日本已有较多企业研发和生产氮化铝陶瓷基片,目前是全球最大的氮化铝陶瓷基片生产国。氮化铝陶瓷基片产品的公司有包括如日本丸和、特殊陶业、赛郎泰克、住友金属工业、富士通、东芝、日本电气等。

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图源自赛郎泰克

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。氮化铝陶瓷基片制备、烧结及后期加工等特殊要求较高,尤其是在高端产品领域对产品性能、稳定性等要求更高,再加上设备投资大、制造工艺复杂。

目前,我国氮化铝陶瓷基片生产企业缺乏核心技术,再加上我国大多数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整体技术水平较低,产品缺乏竞争力,主要集中在中低端产品。

氮化铝基板国产化趋势明显

近几年,中国氮化铝基板生产企业数量增长趋势很快,原有企业也积极扩大生产规模。氮化铝产量不断增长,增长速度有加快趋势,但是国内氮化铝产量仍然不足,不能满足国内需求,还需要从国外大量进口。
 
根据新思界产业研究中心发布关于氮化铝基板的报告显示,2017年,中国生产氮化铝400多万片,虽然同比大幅增长,但是随着中国电子工业的发展,中国对氮化铝产品的需求也迅速增长。2017年我国氮化铝需求量超过700万片,尤其是在高端产品领域,国内产品产量非常有限,需要进口大量的氮化铝产品,对外进口依赖度非常高。

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氮化铝裸基板 图源自中瓷电子

氮化铝基板制造需要庞大的资金,同时有着很高的技术壁垒,导致限制了部分小规模企业进入该行业。在当前阶段,在国内知名度较高氮化铝企业包括丸和、京瓷、日本精密陶瓷、特殊陶业、德国赛郎泰克、CoraynicTechnologyLimited、中瓷电子、潮州三环、福建华清、莱鼎电子、九豪、国瓷、海古德、六方钰成、正天等。其中进口品牌主要角逐于高端市场,本土厂家主要角逐于中低端市场。当前我国氮化铝行业生产技术水平还有待提升。进口替代在短期内仍然难以实现,实现高端化路线任重道远。

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为了进一步加强交流,艾邦建有陶瓷基板交流群,诚邀DBC、DPC、AMB、LAM、LTCC、HTCC陶瓷基板,氧化铝、氧化铍、氮化铝、氮化硅、碳化硅粉体陶瓷基片生产企业、设备、材料、辅助耗材,以及下游应用LED、VCSEL、IGBT、汽车、半导体、射频封装等需求企业参与。目前群友包括:三环集团、佳利电子、中电2所、13所、45所、55所、罗杰斯、申和、德汇、中瓷电子、东洋铝、福建华清、富乐德、艾森达、莱鼎、郑州中瓷、浙江新纳、博敏电子、珠海粤科京华、富力天晟、金瑞欣、沃晟微、大族激光、德龙激光、海古德、中铝山东、六方钰成、中鸣(宁德)、利之达、辽宁英冠等加入。


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作者 ab