氮化铝行业分析.docx

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1、氮化铝行业分析1 .氮化铝热导性绝缘性出众，其热膨胀系数与硅相匹配氮化铝因出众的热导性及与硅相匹配的热膨胀系数，成为电子领域备受关注的材料。氮化铝是一种六方晶系钎锌矿型结构形态的共价键化合物，其具有一系列优良特性,包括优良的热导性、可靠的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等。它既是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料，也可用于热交换器、压电陶瓷及薄膜、导热填料等，应用前景广阔。AIN的晶体结构决定了其出色的热导性和绝缘性。根据氮化铝陶瓷的流延成型及烧结体性能研究的研究中提到，由于组成AIN分子的两种元素的原子量小，晶体结构较为简单，简谐性好，形成的AI-N键键长

2、短，键能大，而且共价键的共振有利于声子传热机制，使得AIN材料具备优异于一般非金属材料的热传导性，此外A1N具备高熔点、高硬度以及较高的热导率，和较好的介电性能。AIN相较其他陶瓷材料，与硅相匹配的热膨胀系数，加上优秀的热导性，更有利于应用于电子产业。根据AIN陶瓷热导率及抗弯强度影响因素研究的新进展的研究中提到，AIN因其热膨胀系数与Si匹配度高而被广泛关注,而传统的基板材料如AI2O3由于其热导率低，其值约为AIN陶瓷的1/5且线膨胀系数与Si不匹配，已经不能够满足实际需求。Beo与SiC陶瓷基板的热导率也相对较高，但BeO毒性高，SiC绝缘性不好。而A1N作为一种新型高导热陶瓷材料，具有

3、热膨胀系数与Si接近、散热性能优良、无毒等特性，有望成为替代电子工业用陶瓷基板AI2O3、SiC和BeO的极佳材料。表1Jte常用由更材料的能AINA1aQJB0SK3.263.9293.1?发工务导隼/(mK)-,170-320203515027050270(0-1000C)/(xio-r,)448.B9.05.2直温比第/(j(fK),0.750.751.046一MKo,10“I0m10s是否看42 .半导体与新能源市场激发A1N需求增长氮化铝陶瓷因其多方面优异的性能，目前已经在多个民用和军用领域得到了广泛的应用。5G时代、新能源汽车时代以及人工智能时代的来临，使氮化铝陶瓷需求更多。AIN

4、应用广泛，因出色的热导性成为新一代散热基板和电子器件封装的理想材料。根据艾邦陶瓷展的信息，AIN还可用于热交换器、生期、保护管、浇注模具、压电陶瓷及薄膜、导热填料等。1 .散热基板及电子器件封装散热基板及电子器件封装是AIN陶瓷的主要应用。氮化铝陶瓷具有优异的导热性能，热胀系数接近硅，机械强度高，化学稳定性好而且环保无毒，被认为是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料，非常适合于混合功率开关的封装以及微波真空管封装壳体材料，同时也是大规模集成电路基片的理想材料。2 .结构陶瓷晶圆加工用静电吸盘就是常见的结构陶瓷应用。氮化铝结构陶瓷的机械性能好，硬度高，韧性好于AI2O3陶瓷，并且耐高温耐腐蚀。

5、利用A1N陶瓷耐热耐侵蚀性，可用于制作用烟、A1蒸发皿、半导体静电卡盘等高温耐蚀部件。3 .功能材料氮化铝可用于制造能够在高温或者存在一定辐射的场景下使用的高频大功率器件，如高功率电子器件、高密度固态存储器等。作为第三代半导体材料之一的氮化铝，具有宽带隙、高热导率、高电阻率、良好的紫外透过率、高击穿场强等优良性能。AIN的禁带宽度为6.2eV,极化作用较强,在机械、微电子、光学以及声表面波器件(SAW)制造、高频宽带通信等领域都有应用，如氮化铝压电陶瓷及薄膜等。另外,高纯度的AIN陶瓷是透明的，具有优良的光学性能，再结合其电学性能，可制作红外导流罩、传感器等功能器件。4 .惰性耐热材料AIN作

6、为耐热材料可用其作用烟、保护管、浇注模具等。氮化铝可在2000。(:非氧化气氛下，仍具有稳定的性能，是一种优良的高温耐火材料，抗熔融金属侵蚀的能力强。5 .热交换器件氮化铝陶瓷热导率高、热膨胀系数低，导热效率和抗热冲击性能优良,可用作理想的耐热冲和热交换材料，例如氮化铝陶瓷可以作为船用燃气轮机的热交换器材料和内燃机的耐热部件。由于氮化铝材料的优良导热性能，有效提高了热交换器的传热能力。6 .填充材料氮化铝具有优良的电绝缘性，高导热，介电性能良好，与高分子材料相容性好，是电子产品高分子材料的优秀添加剂，可用于T1M填料、FCC1导热介电层填料，广泛应用于电子器件的热传递介质，进而提高工作效率，如

7、CPU与散热器填隙、大功率三极管和可控硅元件与基材接触的细缝处的热传递介质。全球陶瓷基板市场火爆，市场规模稳步增长。AIN陶瓷材料可用作覆铜基板材料、电子封装材料、超高温器件封装材料、高功率器件平台材料、高频器件材料、传感器薄膜材料、光学电子器件材料、涂层及功能增强材料等。根据MaXrniZeMarketReSearCh报告显示，2023年全球陶瓷基板市场规模达到65.9亿美元，预计2029年全球规模将达到109.6亿美元，年均增长率约为6.57%。根据陶瓷基板的不同工艺，可将陶瓷基板市场分为平面陶瓷基板和多层陶瓷基板市场，并进一步细分。DPC陶瓷基板市场广阔。DPC陶瓷基板凭借其电路精度高且

8、制备温度低的特点，被广泛用于高精度、小体积封装产品中，在高功率发光二极管中被广泛使用。根据G11研究数据显示，2023年DPC陶瓷基板全球市场规模达到12亿美元，预计2026年达到17亿美元，CAGR为5.2%。目前主要生产厂家有日本丸和、同欣电子、九豪精密等。功率模块带动DBC、AMB陶瓷基板市场扩大。DBC陶瓷基板具有高强度、导热性能强以及结合稳定的优质性能，而AMB陶瓷基板是在DBC的基础上发展而来的，结合强度相对更高。近年来随着新能源汽车、光伏储能行业的快速发展，IGBT功率模块的需求快速增长，对于DBC、AMB陶瓷基板的需求也不断增加。根据半邦导体网，2023年DBC陶瓷基板市场规模

9、为2.89亿美元，预计2027年可达到4.03亿美元，CAGR为8.6%。而根据GI1预测，2023年AMB陶瓷基板市场规模为065亿美元，预计2027年可达到3.06亿美元，CAGR分别为22.7%。目前DBC陶瓷基板主要生产厂家有罗杰斯、贺利氏集团、高丽化工等；AMB陶瓷基板主要生产厂家有罗杰斯、日本京瓷、日本丸和等。射频组件封装促进多层陶瓷基板先进封装需求增长。多层陶瓷基板主要包括高温共烧陶瓷基板（HTCC）以及低温共烧陶瓷基板（1TCC）。HTCC和1TCC技术具有良好的微波、导热、密封以及机械等性能，被广泛使用在射频电子元器件的封装中，在航空航天、卫星通信以及民用通信等领域应用广泛，

10、因此占据了不小的市场份额。根据G11预测，2023年HTCC和1TCC陶瓷基板全球市场规模达到29亿美元,未来几年将以4%的复合增长率持续稳定增长。目前生产HTCC和1TCC陶瓷基板的主要生产厂家有日本京瓷、杜邦公司、村田制造株式会社等。4周无品板市场交间(亿美元)室用电X、1ED射M*MARUWA际;7；48亿英七306亿美山0.65AIN和Si3N4陶瓷基板，AIN和Si3N4逐渐开始采用AMB工艺。根据范彬彬在陶瓷与金属连接的研究及应用进展对陶瓷的研究发现，基板覆铜的具体工艺因陶瓷材料的种类不同而有所差异，对于AI2O3陶瓷基板主要采用直接覆铜工艺(DBC),A1N陶瓷基板可采用DBC或

11、AMB工艺，Si3N4陶瓷基板在生产中较为广泛使用的是AMB工艺。自上世纪50年代以来，电力电子器件从晶闸管过渡到GTRGTOMOSFET,逐渐发展到绝缘栅双极晶体管(InSUIate-GateBipo1arTransistorJGBT)o与前两代相比，第三代电力电子器件(如IGBT)具有频率高、功率大和开关速度快等优势，在国防军事、航天航空、电动牵引、轨道交通、新能源汽车以及家用电子器件领域得到广泛应用。由于IGBT输出功率高，发热量大，散热不良将损坏IGBT芯片，因此对IGBT封装而言，散热是关键，必须选用陶瓷基板强化散热。氮化铝、氮化硅陶瓷基板具有热导率高、与硅匹配的热膨胀系数、高电绝缘

12、等优点，非常适用于IGBT以及功率模块的封装。广泛应用于轨道交通、航天航空、电动汽车、智能电网、太阳能发电、变频家电、UPS等领域。根据陶瓷与金属连接的研究及应用进展的信息，国内高铁上IGBT模块,主要使用的是由丸和提供的氮化铝陶瓷基板。根据电子封装陶瓷基板的研究显示，目前IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板。主要因为DBC基板金属线路层较厚(一般为100m-600m),具有载流能力大、耐高温性好及可靠性高等特点。DBC陶瓷基板制备首先在(CU)和陶瓷基片(AI2O3或A1N)引入氧元素,然后在1065。C形成Cu/O共晶相(金属铜熔点为1083。,进而与陶瓷基片和铜箔发生反应生成CuAI02或

13、Cu(AIO),实现铜箔与陶瓷间共晶键合。由于陶瓷和铜具有良好的导热性，且铜箔与陶瓷间共晶键合强度高，因此DBC基板具有较高的热稳定性，已广泛应用于绝缘栅双极二极管(IGBT)、激光器(1D)和聚焦光伏(CPV)等器件封装散热中。6DBC的制备运用表元素由于DBC陶瓷基板制备工艺温度高，金属-陶瓷界面应力大，因此AMB技术越来越受到业界关注,特别是采用低温活性焊料。并且AMB方法比较简单，封接件性能也比较可靠，因此后来发展较快，成为电子器件中常用的陶瓷一金属接合方法之一，而且，如今特别适合于非氧化物陶瓷的接合，可以设想，日后AMB技术将在电子、电力、航空、航天等工业上发挥很大的作用。根据电子封

14、装陶瓷基板的研究中显示，DBC和AMB制备中除了工艺不同，是否有氧元素参与是主要区别之一，因此AI2O3不适用AMB法。AMB陶瓷基板利用含少量活性元素的活性金属焊料实现铜箔与陶瓷基片间的焊接。活性焊料通过在普通金属焊料中添加Ti、Zr.Hf、V、Nb或Ta等稀土元素制备，由于稀土元素具有高活性，可提高焊料熔化后对陶瓷的润湿性，使陶瓷表面可与金属实现焊接。AMB基板制备技术是DBC基板工艺的改进（DBC基板制备中铜箔与陶瓷在高温下直接键合，而AMB基板采用活性焊料实现铜箔与陶瓷基片间键合），通过选用活性焊料可降低键合温度（低于800P）,进而降低陶瓷基板内部热应力。此外，AMB基板依靠活性焊料与陶瓷发生化学反应实现键合，因此结合强度高，可靠性好。但是该方法成本较高，合适的活性焊料较少，且焊料成分与工艺对焊接质量影响较大。而随着光伏、风电蓬勃发展，新能源汽车渗透率提高，功率模块带动AIN陶瓷基板需求增长。IGBT功率器件是光伏、风力发电时电能转换与电路控制的核心，同时也在新能源汽车的电动机等核心部件中起着关键作用，随着光伏、风电占比的不断提高，功率器件以及封装所用陶瓷基板的需求将迎来大规模增长。在传统的IGBT模块中，氧化铝陶瓷基板是最常用的陶瓷基板，但氧化铝陶瓷基片相对低的热导率、与硅的热膨胀系数匹配不好，随着新能源汽车向着高压化、高功