氧化铝陶瓷基板行业分析报告 2022年氧化铝陶瓷基板行业发展前景及规模分析.docx

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1、氧化铝陶瓷基板行业分析报告 2022年氧化铝陶瓷基板行业发展前景及规模分析产品概述氧化铝陶瓷基板的核心成分是氧化铝陶瓷，具有良好的导电性、机械强度和耐高温性能。氧化铝基板由于其优越的性能，在现代社会得到了广泛的应用，满足了日常使用和特殊性能行业的需求。一般来说，氧化铝陶瓷基板是以氧化铝为主要原料，主要以氧化铝的结晶相存在，占各类陶瓷的75%以上。是一种综合性能良好的陶瓷基板材料，如原料丰富、成本低、机械强度和硬度高、绝缘性能好、抗热震性好、耐化学腐蚀性高、尺寸精度高、与金属的附着力好等。氧化铝基板广泛应用于电子行业，占陶瓷基板总量的90%，已成为电子行业不可或缺的材料。虽然氧化铝衬底产量大，应

2、用广泛，但其热导率高于单晶硅，因此在高频、大功率和超大规模集成电路中的应用受到限制。陶瓷基板的现状与发展分析随着近年来科技的不断升级，芯片的输入功率越来越高。对于大功率产品，封装基板应具有高电绝缘、高导热、热膨胀系数与芯片匹配等特性。随着功率器件(包括LED、LD、IGBT、CPV等)的发展。)，散热成为影响器件性能和可靠性的关键技术。对于电子器件来说，温度每升高10c，器件的有效寿命就会下降30% 50%，因此发展功率器件的技术瓶颈是选择合适的封装材料和工艺，提高器件的散热能力。以大功率LED封装为例，由于输入功率的70%-80%转化为热量(只有约20%-30%转化为光能)，且LED芯片面积

3、小，器件功率密度很高(100W/cm2以上)，因此散热成为大功率LED封装必须解决的关键问题。如果芯片产生的热量不能及时散发，LED内部会聚集大量的热量，芯片的结温会逐渐升高，一方面会降低LED的性能(如发光效率降低、波长红移等。)，另一方面会在LED器件内部产生热应力，引起一系列可靠性问题(如使用寿命、色温变化等。).陶瓷基板主要包括平面陶瓷基板和多层陶瓷基板。制造高纯度的陶瓷基板非常困难。大多数陶瓷的熔点和硬度都很高，这就限制了陶瓷加工的可能性。因此，低熔点玻璃常被掺入陶瓷基板中进行助熔或粘接，使得最终产品易于加工。Al2O3、BeO和AlN衬底的制备过程非常相似。将基料研磨成直径几微米的

4、粉末，混合不同的玻璃助熔剂和粘结剂(包括粉末的MgO和CaO)。另外在混合物中加入一些有机粘合剂和不同的增塑剂，然后球磨防止团聚，使成分均匀。生瓷件成型，最后高温烧结。陶瓷基板按工艺主要分为DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。目前国内常用的陶瓷基板材料主要是Al2O3、AlN和Si3N4。Al2O3陶瓷基板主要采用DBC工艺，AlN陶瓷基板主要采用DBC和AMB工艺，Si3N4陶瓷基板大多采用AMB工艺。近年来，随着半导体照明和新型传感器市场的不断扩大，对陶瓷基板的需求不断增加。特别是采用激光打孔和电镀填孔技术制备的DPC陶瓷基板，具有图形精度高、垂直封装的优点，大大提高了电子器

5、件的封装集成度，有望在未来的功率器件封装中发挥更大的作用。高温共烧多层陶瓷基板(HTCC)HTCC又称高温共烧多层陶瓷基板。在制备过程中，先在陶瓷粉体中加入有机粘结剂，然后均匀混合成糊状浆料，再用刮刀将浆料刮成片状，然后通过干燥工艺将片状浆料制成生坯；然后根据每一层的设计，钻通孔，用丝网印刷金属浆料进行布线和填孔，最后将所有的生坯层叠放在高温炉(1600)中烧结。在这种制备工艺中，由于烧结温度高，金属导体材料的选择受到限制(主要是钨、钼、锰等熔点高但导电性差的金属)，制造成本高，导热系数一般为20 200 w/(m3)。低温共烧陶瓷基板(LTCC)LTCC又称低温共烧陶瓷基板，其制备工艺与HT

6、CC相似，只是在陶瓷粉体中掺入30%50%的低熔点玻璃粉，将烧结温度降至850900。因此，导电性好的金和银可以用作电极材料和布线材料。LTCC采用丝网印刷技术制作金属电路，可能会因丝网拉伸造成对准误差；而且多层陶瓷层压烧结时存在收缩率差异的问题，影响成品率。为了提高LTCC的导热性能，可以在贴片区域增加导热孔或导电孔，但成本会增加。厚膜陶瓷基板(TFC)与LTCC和HTCC相比，TFC是一种后烧陶瓷基板。利用丝网印刷技术将金属浆料涂覆在陶瓷基板表面，然后干燥并在高温(700800)下烧结。金属浆料一般由金属粉末、有机树脂、玻璃等成分组成。高温烧结后，树脂粘结剂被烧掉，剩下的几乎是纯金属，由于

7、玻璃质的结合而附着在陶瓷基板表面。烧结金属层厚度为1020 m，最小线宽为0.3mm，由于技术成熟、工艺简单、成本低廉，TFC在对图形精度要求不高的电子封装中得到了一定程度的应用。直接粘结的铜陶瓷基板(DBC)陶瓷基片和铜箔在高温(1065)下共晶烧结。最后根据布线要求，通过刻蚀形成电路。由于铜箔具有良好的导电性和导热性，氧化铝可以有效地控制Cu-Al2O3- Cu复合材料的膨胀，因此DBC基板具有与氧化铝相似的热膨胀系数。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封装中。DBC的缺点是利用Cu和Al2O3在高温下的共晶反应，对设备和工艺控制要求较高，衬底

8、成本较高。由于Al2O3和Cu之间容易产生微孔，降低了产品的抗热震性。由于铜箔在高温下容易翘曲，DBC表面的铜箔厚度一般在100m以上；。同时，由于化学蚀刻工艺，DBC衬底图案的最小线宽一般大于100m。直接镀铜陶瓷基板(DPC)首先对陶瓷基板进行预处理和清洗，通过真空溅射在基板表面沉积Ti/Cu层作为种子层，然后通过光刻、显影和刻蚀制作电路，最后通过电镀/化学镀增加电路厚度，去除光刻胶后制作基板。活性钎焊陶瓷基板(AMB)AMB技术是指含有活性元素Ti和Zr的AgCu钎料在800左右的高温下，在陶瓷与金属的界面润湿并发生反应，从而实现陶瓷与金属的非均相结合的一种工艺技术。AMB陶瓷基板一般是

9、这样制作的:先在陶瓷板表面丝网印刷活性金属焊料，然后夹上无氧铜层，在真空钎焊炉中高温焊接，然后蚀刻制作电路，最后表面图案化学镀。与DBC陶瓷基板相比，AMB陶瓷基板具有更高的结合强度和热循环特性。目前，随着电力电子技术的快速发展，高速铁路上的大功率器件控制模块对陶瓷覆铜板有着巨大的需求，陶瓷覆铜板是IGBT模块封装的关键材料，尤其是AMB基板逐渐成为主流应用。京瓷在日本采用活性金属焊接工艺制作氮化硅陶瓷覆铜基板，可承受5000次温度循环(-40125)，可承载300A以上电流。已应用于电动汽车、航空航天等领域。特别是该产品利用活性金属焊接技术将多层无氧铜与氮化硅陶瓷键合，利用铜柱焊接实现垂直互

10、连，对IGBT模块的小型化和高可靠性有很好的促进作用。在需求方面，根据GII报告，受疫情影响，2020年估计为66亿美元的陶瓷基板全球市场将有652亿美元的全球PCB产值，渗透率为10%。据预测，2020-2027年陶瓷基板市场将以6%的年复合增长率增长，2027年前将达到100亿美元。随着微电子封装产业的蓬勃发展，电子封装技术正朝着小型化、高密度、高功率效率和高可靠性方向发展，电子封装材料逐渐成为一个技术含量高、经济效益高的重要产业领域。目前常用的基板材料主要有塑料基板、金属基板、陶瓷基板和复合基板。在供应方面，全球陶瓷基板市场竞争激烈。GII调查数据显示，2019年，村田和京瓷的市场份额分

11、列第一和第二，总营收约占全球总量的33.15%。日本是全球最大的陶瓷基板生产市场，核心厂商包括村田、京瓷、丸叶等。是欧洲第二大生产市场，以罗杰斯为核心制造商，全球排名第三。氧化铝陶瓷基板是收入最高的产品类型，2019年收入约占全球总额的76.41%。中国正在成为世界上电子元件的生产和出口大国。随着国际电子信息产品制造业加速向中国转移，下游企业出于相关采购和运输成本的考虑，势必会加大本地化采购的比例。随着近年来LED、IGBT等大功率半导体元器件的快速发展和使用，高端陶瓷电路板将会有很好的发展前景。由于其特殊的技术要求、庞大的设备投资和复杂的制造工艺，目前全球核心制造技术主要被罗杰斯、韩国KCC

12、、神河、博世等少数知名企业所控制。国内的技术还不能实现高端陶瓷基板的大规模工业化生产，但面对LED、IGBT功率器件、汽车、CPV、通信、航空航天等领域的迫切需求，无论是国家政府还是国内企业都希望在技术上实现突破，改变陶瓷基板长期依赖进口的局面。氧化铝陶瓷基板行业产业链概述上游氧化铝陶瓷基板产业链主要由氧化铝、陶瓷粉体、金属材料、设备、助剂、耗材等相关产业构成，上游产业链由陶瓷基板产业构成，下游产业链主要由电子元器件构成，最终应用于终端产品。其应用领域非常广泛，包括光通信、无线通信、工业激光、消费电子、汽车电子等。，主要用于各种电子整机中的振荡、耦合、滤波等电路。图表:氧化铝陶瓷基板行业产业链

13、资料来源：氧化铝陶瓷基板发展趋势分析(1)氧化铝陶瓷基板技术装备水平将快速提升。计算机技术和数字控制技术的发展推动了先进陶瓷材料产业的技术进步和快速发展。自动控制连续烧结窑、大功率大容量粉磨设备、高性能制粉造粒设备等先进成套设备。促进了行业整体水平的提高。同时，氧化铝陶瓷基板的生产效率和产品质量也有了显著提高。(2)氧化铝陶瓷基板产品质量水平不断提高。国内氧化铝陶瓷基板产品从无到有，产业规模从小到大，产品质量经历了一个快速发展的过程。(3)氧化铝陶瓷基板产业规模将迅速扩大。氧化铝产品作为其他行业或领域的基础材料，受到其他行业发展水平的影响和制约。从氧化铝陶瓷结构件的应用情况来看，应用范围越来越广，用量越来越大，特别是在抗磨工程和建筑陶瓷生产中。氧化铝基板作为一种特种陶瓷，其应用已经成为现代科技应用领域中不可或缺的一部分，其发展趋势不可估量。图表:氧化铝陶瓷基板发展趋势资料来源：氧化铝陶瓷基板市场前景分析随着陶瓷基板产品的出现，开始了散热应用行业的发展，其中，由于氧化铝陶瓷基板的散热特性及其高散热、低热阻、长寿命、耐电压的优势，随着生产技术和设备的提高，产品价格加速合理化，从而拓展了LED行业的应用领域，如家电指示灯、车灯、路灯、户外大型广告牌等。氧化铝基板的研制成功，将为室内照明和室外照明产品提供服务，拓宽未来LED产业的市场。氧化铝陶瓷基板行业市场前景如何？