基片材料市场规模扩大 氮化硅基片优势凸显

　　摘要：陶瓷材料优异的化学稳定性、良好的力学性能，是作为半导体器件基片的重要材料。本文重点分析了封装基片材料新要求、陶瓷基片材料的研究热点以及国内陶瓷基片的现状三个方面，阐述了氮化硅陶瓷在电子电力领域上的应用优势。

　　半导体器件领域扩大 对封装基片材料要求更高

　　近年来，半导体器件的应用范围更加广泛，在光伏产业、电动汽车领域和风力发电领域等等占据着重要的地位，半导体器件的发展趋势正走向大功率化、集成化和高频化。

　　半导体封装基片材料是承载电子元件及相互联线，对承载电子元件的基片提出了几点基本要求：1.良好的绝缘性和抗电击穿能力。高电阻率是电子元件对基片最基本的性能，通常情况下，基片材料的电阻率越大，电子封装基片材料的安全性越高;2.良好的高频特性。介电常数和介质损耗较低。这两者直接数值较低，将提高信号的传输速度，减少信号的传输时间;3.热膨胀系数。基片的热膨胀系数要与封装材料内使用的其他材料相匹配;4.高的热导率。基片材料良好的导热性能，能够及时的将半导体器件工作时产生的热量排出去，保证半导体器件的运行状况和使用寿命;5.表面光滑，光滑一致。这项要求便于在基片表面印刷电路，并确保印刷电路的厚度均匀性。

　　随着第三代半导体器件的发展和应用，半导体器件在各个领域的应用深入。在军事领域，半导体器件对装备的信息探测能力、信息传输能力、信息处理能力和信息发射能力起着决定性的作用;在民用领域，5G通讯提供更高的上传下载速度，这都要求半导体器件的输出功率更大。功率的不断提高，使用环境更加宽泛，致使传统的器件封装基片已经不能满足其需求，对封装基片材料提出了更高的要求，要求基片材料更高的热导率，更高的抗震、抗弯曲强度等。

　　基片材料更新换代 氮化硅陶瓷成为热点

　　在第三代半导体芯片技术领域内，除了需要快速散热之外，还需要满足过大电流的需求，通常采用的方法是在陶瓷上覆铜基板。最早使用的是在Al₂O₃陶瓷上覆铜基板。Al₂O₃陶瓷和铜基板具有良好的结合力，但是限制于Al₂O₃陶瓷的低热导率(20 W/mK)。为了解决散热的问题，多家公司又开发了在氮化铝陶瓷上覆铜基板的技术，这很好的解决了散热的问题。然而，氮化铝陶瓷和铜基板的结合力太弱，在高低温循环后结合强度大大减弱，极大的缩短了半导体器件的使用寿命。

　　基于以上原因，氮化硅陶瓷覆铜基板成为研究热点。其优异抗弯曲性能，抗弯曲强度高达800MPa。此外，氮化硅陶瓷的导热性能极佳，其理论导热性高达320 W/mK，目前国外企业，东芝和罗杰斯已将氮化硅陶瓷实际工作热导率提升至90 W/mK，国内相关高校和研究所对氮化硅材料热导率的提升研究工作接近国外先进水平，但是在量产方面还不成熟。在国家政策的大力支持下，氮化硅陶瓷在一定时间内，定能实现国产化。

　　表1 三种陶瓷基板材料性能对比

　　(数据来源：中国知网)

　　全球半导体市场巨大 陶瓷基基片依赖进口

　　根据市场调研机构Gartner的最新报告显示，2018年全球半导体营收总额为4767亿美元，和2017年相比，增长了13.4%。半导体器件的增长主要是由于新兴功率器件的需求。

　　半导体市场的扩大，也自然带动着基片的需求拉大。QY Research统计数据显示，2017年，全球电子封装材料的总市场规模为4885.6百万美元，并且近年来有稳步增长的趋势，根据QY Research预测，到2023年底电子封装材料市场将达到6104.9百万美元。国内对陶瓷基片的市场需求也十分巨大，我国目前陶瓷基片的年需求量超过10⁶ m²，其中接近九成的产品都需要进口。

　　结语

　　随着半导体器件在光伏产业、电动汽车领域以及风力发电领域等应用逐渐深入，其对基片材料的性能的要求越来越高。在第三代半导体技术领域，要求传输速度更，更大的电流通过，经过几代的更新技术，氮化硅陶瓷成为目前的研究热点。未来随着基片技术不断发展，氮化硅陶瓷作为基片材料有良好的产业前景。