摘要：陶瓷材料優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的力學(xué)性能，是作為半導(dǎo)體器件基片的重要材料。本文重點(diǎn)分析了封裝基片材料新要求、陶瓷基片材料的研究熱點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)陶瓷基片的現(xiàn)狀三個(gè)方面，闡述了氮化硅陶瓷在電子電力領(lǐng)域上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

　　半導(dǎo)體器件領(lǐng)域擴(kuò)大 對(duì)封裝基片材料要求更高

　　近年來(lái)，半導(dǎo)體器件的應(yīng)用范圍更加廣泛，在光伏產(chǎn)業(yè)、電動(dòng)汽車領(lǐng)域和風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域等等占據(jù)著重要的地位，半導(dǎo)體器件的發(fā)展趨勢(shì)正走向大功率化、集成化和高頻化。

　　半導(dǎo)體封裝基片材料是承載電子元件及相互聯(lián)線，對(duì)承載電子元件的基片提出了幾點(diǎn)基本要求：1.良好的絕緣性和抗電擊穿能力。高電阻率是電子元件對(duì)基片最基本的性能，通常情況下，基片材料的電阻率越大，電子封裝基片材料的安全性越高;2.良好的高頻特性。介電常數(shù)和介質(zhì)損耗較低。這兩者直接數(shù)值較低，將提高信號(hào)的傳輸速度，減少信號(hào)的傳輸時(shí)間;3.熱膨脹系數(shù)?；臒崤蛎浵禂?shù)要與封裝材料內(nèi)使用的其他材料相匹配;4.高的熱導(dǎo)率。基片材料良好的導(dǎo)熱性能，能夠及時(shí)的將半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量排出去，保證半導(dǎo)體器件的運(yùn)行狀況和使用壽命;5.表面光滑，光滑一致。這項(xiàng)要求便于在基片表面印刷電路，并確保印刷電路的厚度均勻性。

　　隨著第三代半導(dǎo)體器件的發(fā)展和應(yīng)用，半導(dǎo)體器件在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用深入。在軍事領(lǐng)域，半導(dǎo)體器件對(duì)裝備的信息探測(cè)能力、信息傳輸能力、信息處理能力和信息發(fā)射能力起著決定性的作用;在民用領(lǐng)域，5G通訊提供更高的上傳下載速度，這都要求半導(dǎo)體器件的輸出功率更大。功率的不斷提高，使用環(huán)境更加寬泛，致使傳統(tǒng)的器件封裝基片已經(jīng)不能滿足其需求，對(duì)封裝基片材料提出了更高的要求，要求基片材料更高的熱導(dǎo)率，更高的抗震、抗彎曲強(qiáng)度等。

　　基片材料更新?lián)Q代 氮化硅陶瓷成為熱點(diǎn)

　　在第三代半導(dǎo)體芯片技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，除了需要快速散熱之外，還需要滿足過(guò)大電流的需求，通常采用的方法是在陶瓷上覆銅基板。最早使用的是在Al₂O₃陶瓷上覆銅基板。Al₂O₃陶瓷和銅基板具有良好的結(jié)合力，但是限制于Al₂O₃陶瓷的低熱導(dǎo)率(20 W/mK)。為了解決散熱的問(wèn)題，多家公司又開(kāi)發(fā)了在氮化鋁陶瓷上覆銅基板的技術(shù)，這很好的解決了散熱的問(wèn)題。然而，氮化鋁陶瓷和銅基板的結(jié)合力太弱，在高低溫循環(huán)后結(jié)合強(qiáng)度大大減弱，極大的縮短了半導(dǎo)體器件的使用壽命。

　　基于以上原因，氮化硅陶瓷覆銅基板成為研究熱點(diǎn)。其優(yōu)異抗彎曲性能，抗彎曲強(qiáng)度高達(dá)800MPa。此外，氮化硅陶瓷的導(dǎo)熱性能極佳，其理論導(dǎo)熱性高達(dá)320 W/mK，目前國(guó)外企業(yè)，東芝和羅杰斯已將氮化硅陶瓷實(shí)際工作熱導(dǎo)率提升至90 W/mK，國(guó)內(nèi)相關(guān)高校和研究所對(duì)氮化硅材料熱導(dǎo)率的提升研究工作接近國(guó)外先進(jìn)水平，但是在量產(chǎn)方面還不成熟。在國(guó)家政策的大力支持下，氮化硅陶瓷在一定時(shí)間內(nèi)，定能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

　　表1 三種陶瓷基板材料性能對(duì)比

　　(數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng))

　　全球半導(dǎo)體市場(chǎng)巨大 陶瓷基基片依賴進(jìn)口

　　根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner的最新報(bào)告顯示，2018年全球半導(dǎo)體營(yíng)收總額為4767億美元，和2017年相比，增長(zhǎng)了13.4%。半導(dǎo)體器件的增長(zhǎng)主要是由于新興功率器件的需求。

　　半導(dǎo)體市場(chǎng)的擴(kuò)大，也自然帶動(dòng)著基片的需求拉大。QY Research統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年，全球電子封裝材料的總市場(chǎng)規(guī)模為4885.6百萬(wàn)美元，并且近年來(lái)有穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，根據(jù)QY Research預(yù)測(cè)，到2023年底電子封裝材料市場(chǎng)將達(dá)到6104.9百萬(wàn)美元。國(guó)內(nèi)對(duì)陶瓷基片的市場(chǎng)需求也十分巨大，我國(guó)目前陶瓷基片的年需求量超過(guò)10⁶ m²，其中接近九成的產(chǎn)品都需要進(jìn)口。

　　結(jié)語(yǔ)

　　隨著半導(dǎo)體器件在光伏產(chǎn)業(yè)、電動(dòng)汽車領(lǐng)域以及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域等應(yīng)用逐漸深入，其對(duì)基片材料的性能的要求越來(lái)越高。在第三代半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，要求傳輸速度更，更大的電流通過(guò)，經(jīng)過(guò)幾代的更新技術(shù)，氮化硅陶瓷成為目前的研究熱點(diǎn)。未來(lái)隨著基片技術(shù)不斷發(fā)展，氮化硅陶瓷作為基片材料有良好的產(chǎn)業(yè)前景。