中國粉體網(wǎng)訊

一、氮化鋁行業(yè)動態(tài)

2024年進度條已過半，在充滿挑戰(zhàn)與機遇的上半年，氮化鋁行業(yè)捷報頻傳，在多個方面成就卓越。

1.項目投資與擴建

◈寧夏北瓷建設高標準430噸/年氮化鋁粉體生產(chǎn)線項目進入設備調(diào)試安裝階段，部分燒結爐已安裝完成。

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

◈蕪湖微石新材料與達州高新區(qū)簽訂先進陶瓷粉體項目，建設年產(chǎn)2000噸氮化鋁生產(chǎn)線。

2.工藝創(chuàng)新與突破

◈安徽壹石通申請一項名為“致密化球形氮化鋁及其制備方法與應用”，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的80%擴大至99%。

二、IGBT市場火爆，市場規(guī)模穩(wěn)定增長

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

當今，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)的核心開關元器件，在國防軍事、軌道交通、航天航空、新能源汽車等領域得到廣泛應用。IGBT是目前發(fā)展最快的功率半導體器件之一，據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2022年全球IGBT的市場規(guī)模約為68億美元，受益于新能源汽車、新能源、工業(yè)控制等領域的需求大幅增加，預計到2026年全球IGBT市場規(guī)模將達到84億美元。

2020-2026年全球IGBT市場規(guī)模預測趨勢圖（單位：億美元）

IGBT作為我國16個重大技術突破專項中的重點扶持項目，近年來市場規(guī)模持續(xù)保持高速增長態(tài)勢。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)的數(shù)據(jù)，2022年，我國IGBT市場規(guī)模為224.6億元，預計2023年可達290.8億元，逼近300億元。

2014-2023年中國IGBT市場規(guī)模預測趨勢圖（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，對電子封裝基板的要求除了應具有高導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)，此外強度高、質(zhì)量輕、工藝簡單也是高性能電子封裝基板所必需關注的問題。

大功率IGBT模塊所產(chǎn)生的熱量主要是通過基板傳導出去的，基板的材料不同，其導熱率也不同，高導熱基板可以滿足自然冷卻的要求，如氮化鋁和氧化鈹基板，而導熱率較低的基板，如氧化鋁基板，則必須附加電風扇、散熱片等強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、化學穩(wěn)定性和力學性能，且價格低廉。然而氧化鋁陶瓷基片的熱導率偏低，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)。

就導熱性而言，氮化鋁基片要遠高于氧化鋁基片。從結構上來看，氮化鋁陶瓷基片在簡化結構設計、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。氮化鋁陶瓷的熱膨脹系數(shù)與硅非常接近，各類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用前景。

隨著新能源汽車滲透率的提高以及光伏風電的發(fā)展，功率模塊帶動了氮化鋁陶瓷基板需求的增長。據(jù)貝哲斯資訊統(tǒng)計，2023年全球氮化鋁陶瓷基板市場規(guī)模達到3.2億元人民幣，預計到2029年全球氮化鋁陶瓷基板市場規(guī)模將達到5.24億元，年復合增長率預計為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，進而與陶瓷基片和銅箔發(fā)生反應生成CuAlO2或Cu(AlO)，實現(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，因此廣泛應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基板制備技術是DBC基板工藝的改進，采用活性焊料實現(xiàn)銅箔與陶瓷基片間的鍵合，結合強度高，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。

參考來源：

[1]張曉云，功率IGBT模塊中的材料技術；

[2]錢建波，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展；

[5]中國粉體網(wǎng)、佳恩半導體