随着电子封装技术逐渐向着小型化、高密度、多功能和高可靠性方向发展，电子系统的功率密度随之增加，散热问题越来越严重。对于电子器件而言，通常温度每升高10°C，器件有效寿命就降低30%~50%。因此，选用合适的封装材料与工艺、提高器件散热能力就成为发展电子器件的技术瓶颈。
图片来源：Pexels其中，基板材料的选用是关键环节，直接影响到器件成本、性能与可靠性。常用的基板材料主要包括塑料基板、金属基板、陶瓷基板和复合基板四大类。目前，陶瓷基板虽然不是处于主导地位，但由于其良好的导热性、耐热性、绝缘性、低热膨胀系数和成本的不断降低，在电子封装特别是功率电子器件中的应用越来越广泛。陶瓷基板按照工艺主要分为DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。根据GII报告显示，2020年陶瓷基板全球市场规模约为65亿美元，预测在2020年～2027年间将以6%的年复合成长率成长，2027年之前将达到100亿美元。HTCC基板(高温共烧陶瓷)
HTCC基板制备过程中先将陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有机黏结剂，混合均匀后成为膏状陶瓷浆料，接着利用刮刀将陶瓷浆料刮成片状，再通过干燥工艺使片状浆料形成生胚;然后根据线路层设计钻导通孔，采用丝网印刷金属浆料进行布线和填孔，最后将各生胚层叠加，置于高温炉(1600℃)中烧结而成。目前已应用于高频无线通信领域、航空航天、存储器、驱动器、滤波器、传感器以及汽车电子等领域。
根据Market Watch的统计数据，2021年全球HTCC陶瓷基板市场规模约为22.12亿美元，预计2028年达到38.75亿美元，年复合增长率为8.3%左右。HTCC陶瓷基板行业市场集中度比较高，前三大厂商日本京瓷，日本丸和与日本特陶占据80%的全球HTCC陶瓷市场份额，行业内主要竞争者数量少，属于寡头竞争。LTCC基板(低温共烧陶瓷)
为了降低HTCC制备工艺温度，同时提高线路层导电性，业界开发了LTCC基板。与HTCC制备工艺类似，只是LTCC制备在陶瓷浆料中加入了一定量玻璃粉来降低烧结温度，同时使用导电性良好的Cu、Ag和Au等制备金属浆料。LTCC基板制备温度低，但生产效率高，可适应高温、高湿及大电流应用要求，在军工及航天电子器件中得到广泛应用。
根据Market Watch发布的报告，2022年LTCC陶瓷基板的市场规模预计可达12.949亿美元，预计2028年市场规模将达到18.682亿美元，年复合增长率为6.3%。全球LTCC陶瓷基板的主要供应商包括村田制作所，日本京瓷，TDK株式会社等。
DPC基板(直接电镀陶瓷基板)
其制作首先将陶瓷基片进行前处理清洗，利用真空溅射方式在基片表面沉积Ti/Cu层作为种子层，接着以光刻、显影、刻蚀工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀方式增加线路厚度，待光刻胶去除后完成基板制作。
根据HNY research发布数据，2021年全球DPC陶瓷基板市场规模大约为21亿美元，预计2027年将达到28.2亿美元，2022-2027期间年复合增长率(CAGR)为5.07%。全球主要的DPC陶瓷基板供应商包括日本京瓷、日本丸和、台湾同欣电子等。
DBC基板(直接键合铜陶瓷基板)
该基板由陶瓷基片(Al2O3或AlN)与铜箔在高温下(1065℃)共晶烧结而成，最后根据布线要求，以刻蚀方式形成线路。DBC具有导热性好、绝缘性强、可靠性高等优点，已广泛应用于IGBT、LD和CPV封装。
QY Research调研显示，2021年全球DBC陶瓷基板市场规模大约为3亿美元，预计2028年将达到5.5亿美元，2022-2028期间年复合增长率(CAGR)为9.0%。主要DBC陶瓷基板厂商包括美国Rogers、韩国KCC、日本Ferrotec旗下的江苏富乐华半导体科技股份有限公司等。
AMB基板(活性金属焊接陶瓷基板)
AMB陶瓷基板是DBC工艺的进一步发展，该工艺通过含有少量稀土元素的焊料来实现陶瓷基板与铜箔的连接，其键合强度高、可靠性好。该工艺相较于DBC工艺键合温度低、易操作。
根据QY Research报告，2021年AMB陶瓷基板市场规模约为0.9亿美元，预计2028年增长到3.8亿美元，复合增长率高达22.7%。主要供应商包括美国Rogers、德国Heraeus、日本电化株式会社(Denka)、日本同和(DOWA)。
材料方面，氮化铝、氮化硅将会起飞
目前陶瓷基板的主要材料以氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）和氮化硅（Si3N4）三类为主。氧化铝陶瓷基板价格低廉(约为氮化铝的1/10)，生产工艺成熟，目前产量最大，应用面最广。但是，氧化铝陶瓷基板的导热性能已无法满足大功率芯片的散热要求。
氮化铝的热导率是氧化铝的5倍，并且具备与硅材料相匹配的热膨胀系数，在大功率电力电子，以及其他需要高热传导的器件中，逐渐替代氧化铝陶瓷，是目前发展最快的陶瓷基板。氮化硅被认为是综合性能最好的陶瓷基板材料，虽热导率不如氮化铝，但其抗弯强度、断裂韧性都可达到氮化铝的2倍以上。同时，氮化硅陶瓷基板的热膨胀系数与第三代半导体碳化硅相近，使得其成为碳化硅导热基板材料的首选。综合来看，氮化铝陶瓷基板与氮化硅陶瓷基板最具发展前景。2021年全球氮化硅陶瓷基板市场规模在4亿美元左右，在新能源汽车等终端市场需求推动下，中国已经成为全球重要的氮化硅陶瓷基板消费国，国内产品主要依赖进口，国内市场规模从2017年的0.27亿美元增长至2021年的1.20亿美元，GAGR为45.2%。随着IGBT和碳化硅MOS在新能源车领域的渗透率越来越高，市场空间有望进一步提升。
2017-2021年全球及中国氮化硅陶瓷基板市场规模(单位：亿美元)氮化铝基板的生产能力主要集中于全球少数厂家，其中日本是全球最大的氮化铝基板出口国，核心厂商为日本丸和、京瓷等。国内已涌现一批具备氮化铝基板批量生产的企业，龙头公司的产能已超50万片/月，逐步接近日本丸和。随着高质量氮化铝基板的生产能力不断提升，未来有望改变高性能陶瓷基板长期依赖进口的局面。目前氮化铝陶瓷基板的市场空间约10亿元，2019年-2022年，国内氮化铝陶瓷基板市场空间的复合增长率超20%。随着下游大规模集成电路、IGBT、微波通讯、汽车电子及影像传感等产业的迅速发展，以及在电子器件功率提升的大背景下，氮化铝的应用规模将进一步扩大。根据行业专家预测，未来几年，氮化铝陶瓷基板的市场空间增速仍将保持在20%以上，按此增长速率计算，则2026年氮化铝陶瓷基板的市场空间有望达到20亿元。参考来源：[1]程浩等.电子封装陶瓷基板[2]陆琪等.陶瓷基板研究现状及新进展[3]程浩等.功率电子封装用陶瓷基板技术与应用进展[4]陶瓷封装基板行业概况及其发展.合肥协同半导体产业研究院[5]陶瓷封装基板技术演进正当时.九派资本JPCapital[6]粉体大数据研究
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当前，汽车产业进入百年一遇的大变革时期，汽车电动化正成为新的发展潮流和趋势。电动化浪潮下汽车的各大系统设计均发生了翻天覆地的变化，不仅发动机变速箱等这些大总成正经历一场变革，其零部件材料及设计的新旧更替也在迅速刷新着整条产业链。目前来看，先进陶瓷材料凭借特殊性能优势正在加速“上车”。从最基础的锂电材料用陶瓷窑具、电池隔膜涂层，到轴承、刹车片、基板、电容器、继电器等零部件，再到汽车零部件的高效切削加工，先进陶瓷材料的优势在新能源汽车产业中发挥得淋漓尽致。种种迹象表明，电动汽车已经成为先进陶瓷应用与发展的新风口。为此，中国粉体网将于2023年9月12日在合肥举办“第一届电动车用陶瓷材料技术研讨会”，会议诚邀先进陶瓷、新能源汽车行业研发与生产单位、设备制造企业等上下游产业人员参会交流，共同探讨新能源汽车用陶瓷材料与技术，推动我国新能源汽车产业的高质量发展。会务组联系人：卢铭旗电 话：18669538053（同微信）
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