中國(guó)粉體網(wǎng)訊

一、氮化鋁行業(yè)動(dòng)態(tài)

2024年進(jìn)度條已過(guò)半，在充滿挑戰(zhàn)與機(jī)遇的上半年，氮化鋁行業(yè)捷報(bào)頻傳，在多個(gè)方面成就卓越。

1.項(xiàng)目投資與擴(kuò)建

◈寧夏北瓷建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)430噸/年氮化鋁粉體生產(chǎn)線項(xiàng)目進(jìn)入設(shè)備調(diào)試安裝階段，部分燒結(jié)爐已安裝完成。

◈鉅瓷科技氮化鋁粉末產(chǎn)能及銷(xiāo)售規(guī)模全球第二，已完成B+輪融資，融資資金用于擴(kuò)充生產(chǎn)線及產(chǎn)能。

◈蕪湖微石新材料與達(dá)州高新區(qū)簽訂先進(jìn)陶瓷粉體項(xiàng)目，建設(shè)年產(chǎn)2000噸氮化鋁生產(chǎn)線。

2.工藝創(chuàng)新與突破

◈安徽壹石通申請(qǐng)一項(xiàng)名為“致密化球形氮化鋁及其制備方法與應(yīng)用”，顯著降低球形氮化鋁的比表面積，提高球形氮化鋁作為導(dǎo)熱填料的填充量。

◈日本化工企業(yè)旭化成子公司在功率半導(dǎo)體等用的氮化鋁基板方面，采用直徑4英寸的基板，將可使用面積從原來(lái)的80%擴(kuò)大至99%。

二、IGBT市場(chǎng)火爆，市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng)

捷報(bào)頻傳的背后，反映的是氮化鋁性能的不斷提高以及市場(chǎng)需求的持續(xù)增長(zhǎng)。氮化鋁因其卓越的熱導(dǎo)率、優(yōu)良的絕緣性能以及出色的化學(xué)穩(wěn)定性，在電子材料領(lǐng)域中占據(jù)了重要地位，同時(shí)在半導(dǎo)體和電子封裝領(lǐng)域也扮演著重要的角色。

當(dāng)今，以絕緣柵雙極晶體管（IGBT）為代表的新型電力電子器件是高頻電力電子線路和控制系統(tǒng)的核心開(kāi)關(guān)元器件，在國(guó)防軍事、軌道交通、航天航空、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。IGBT是目前發(fā)展最快的功率半導(dǎo)體器件之一，據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2022年全球IGBT的市場(chǎng)規(guī)模約為68億美元，受益于新能源汽車(chē)、新能源、工業(yè)控制等領(lǐng)域的需求大幅增加，預(yù)計(jì)到2026年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到84億美元。

2020-2026年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)趨勢(shì)圖（單位：億美元）

IGBT作為我國(guó)16個(gè)重大技術(shù)突破專(zhuān)項(xiàng)中的重點(diǎn)扶持項(xiàng)目，近年來(lái)市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)的數(shù)據(jù)，2022年，我國(guó)IGBT市場(chǎng)規(guī)模為224.6億元，預(yù)計(jì)2023年可達(dá)290.8億元，逼近300億元。

2014-2023年中國(guó)IGBT市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)趨勢(shì)圖（單位：億元）

三、氮化鋁基板是IGBT封裝的理想材料

在功率IGBT模塊封裝中，對(duì)電子封裝基板的要求除了應(yīng)具有高導(dǎo)熱率以提高器件的散熱特性以外，還必須具有與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)，此外強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、工藝簡(jiǎn)單也是高性能電子封裝基板所必需關(guān)注的問(wèn)題。

大功率IGBT模塊所產(chǎn)生的熱量主要是通過(guò)基板傳導(dǎo)出去的，基板的材料不同，其導(dǎo)熱率也不同，高導(dǎo)熱基板可以滿足自然冷卻的要求，如氮化鋁和氧化鈹基板，而導(dǎo)熱率較低的基板，如氧化鋁基板，則必須附加電風(fēng)扇、散熱片等強(qiáng)制冷卻的方法或盡量減小基片的厚度，以減小通道上的熱阻。幾種陶瓷材料的特性如下表所示：

在上表的幾種基片材料中，氧化鋁具有優(yōu)秀的絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，且價(jià)格低廉。然而氧化鋁陶瓷基片的熱導(dǎo)率偏低，且與硅的熱膨脹系數(shù)相差較大。作為高功率密度封裝材料，氧化鋁陶瓷基板存在一定的局限性。氧化鈹也是一種常用的電子封裝基片材料，制作工藝也比較成熟，并廣泛應(yīng)用于大功率模塊、高性能多芯片組件和球柵陣列封裝中，遺憾的是，氧化鈹是一種有毒物質(zhì)。

就導(dǎo)熱性而言，氮化鋁基片要遠(yuǎn)高于氧化鋁基片。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，氮化鋁陶瓷基片在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降低總熱阻、提高可靠性、增加布線密度和使基板與封裝一體化等方面更具有優(yōu)勢(shì)。氮化鋁陶瓷的熱膨脹系數(shù)與硅非常接近，各類(lèi)IC芯片和大功率器件可以直接附著在氮化鋁陶瓷基片上實(shí)現(xiàn)板上芯片封裝。因此，氮化鋁基板在功率IGBT模塊封裝中具有廣闊的應(yīng)用前景。

隨著新能源汽車(chē)滲透率的提高以及光伏風(fēng)電的發(fā)展，功率模塊帶動(dòng)了氮化鋁陶瓷基板需求的增長(zhǎng)。據(jù)貝哲斯資訊統(tǒng)計(jì)，2023年全球氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3.2億元人民幣，預(yù)計(jì)到2029年全球氮化鋁陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到5.24億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為8.56%。

四、適合IGBT氮化鋁陶瓷基板制備工藝

目前，IGBT封裝主要采用DBC陶瓷基板，DBC陶瓷基板制備首先在銅和氮化鋁陶瓷基片中引入氧元素，然后在1065°C形成Cu/O共晶相，進(jìn)而與陶瓷基片和銅箔發(fā)生反應(yīng)生成CuAlO2或Cu(AlO)，實(shí)現(xiàn)銅箔與陶瓷間的共晶鍵合。DBC基板金屬線路層較厚(一般為100μm~600μm)，具有載流能力大、耐高溫性好、可靠性高等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于絕緣柵雙極二極管(IGBT)、激光器(LD)和聚焦光伏(CPV)等器件封裝散熱中。

AMB基板制備技術(shù)是DBC基板工藝的改進(jìn)，采用活性焊料實(shí)現(xiàn)銅箔與陶瓷基片間的鍵合，結(jié)合強(qiáng)度高，可靠性好，但是AMB成本較高，合適的活性焊料較少。因此，DBC氮化鋁基板仍然是IGBT封裝的主流選擇。

參考來(lái)源：

[1]張曉云，功率IGBT模塊中的材料技術(shù)；

[2]錢(qián)建波，IGBT用氮化鋁覆銅襯板可靠性研究；

[3]侯美珍，IGBT模塊中不同金屬化方法覆銅氮化鋁陶瓷基板的可靠性研究；

[4]趙東亮，功率模塊用陶瓷覆銅基板研究進(jìn)展；

[5]中國(guó)粉體網(wǎng)、佳恩半導(dǎo)體