一、相較于普通基板和金屬基板，陶瓷基板導熱、散熱性能突出
觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國陶瓷基板行業(yè)發(fā)展深度研究與未來(lái)前景預測報告（2024-2031年）》顯示，封裝基板是半導體封裝重要組成材料，常用的封裝基板材料包括塑封料、金屬封裝基片、陶瓷基板三類(lèi)。提升散熱能力、保證高功率電子器件穩定性是陶瓷基板相較于其他基板最主要的優(yōu)勢。
電子器件目前正朝著(zhù)集成化、大功率化、高頻化的方向發(fā)展，元器件工作會(huì )產(chǎn)生大量熱量，一般溫度提升 10℃，電子器件的有效壽命就要降低 30%-50%，因此對元器件的散熱要求進(jìn)一步提高。相較于普通基板和金屬基板，陶瓷基板導熱性能突出，更符合高功率器件的散熱要求，一般主要應用在功率電子器件如大功率 LED（發(fā)光二極管）、LD（激光二極管）、IGBT（絕緣柵雙極晶體管）等。
陶瓷封裝基板核心是幫助功率芯片熱量向外傳導，很大程度上決定了功率電子器件的穩定性。
陶瓷基板用材料需滿(mǎn)足的性能要求
| 性能要求 | 性能要求 |
| 高熱導率 | 滿(mǎn)足器件散熱需求 |
| 耐熱性好 | 滿(mǎn)足功率器件高溫（大于200℃）應用需求 |
| 熱膨脹系數匹配 | 與芯片材料熱膨脹系數匹配，降低封裝熱應力 |
| 介電常數小 | 高頻特性好，降低器件信號傳輸時(shí)間，提高信號傳輸速率 |
| 機械強度高 | 滿(mǎn)足器件封裝與應用過(guò)程中力學(xué)性能要求 |
| 耐腐蝕性好 | 能夠耐受強酸、強堿、沸水、有機溶液等侵蝕 |
| 結構致密 | 滿(mǎn)足電子器件氣密封裝需求 |
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二、陶瓷粉體是陶瓷基板關(guān)鍵原材料，氧化鋁粉體應用最為廣泛
陶瓷粉體是影響陶瓷基板物理、力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。粉體的純度、粒度、物相、氧含量等會(huì )對陶瓷基板的熱導率、力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響，其特性也決定了基板成型工藝、燒結工藝的選擇。陶瓷粉體占陶瓷基板成本的10%-15%。
目前常用的陶瓷基板粉體材料有氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）、氮化硅（Si3N4）等。Al2O3 優(yōu)勢主要體現在低成本、耐熱沖擊性好，因此應用最為廣泛，缺點(diǎn)在熱導率相對其他粉體不夠高，且熱膨脹系數與芯片不夠匹配，粉體價(jià)格一般不超過(guò) 20000 元/噸，普通產(chǎn)品為6000-7000 元/噸；AlN 相較于 Al2O3 有著(zhù)更高的熱導率，熱膨脹系數更低，但成本高于 Al2O3，一般更適用于對導熱性能要求較高的領(lǐng)域，粉體價(jià)格一般國內 30-40 萬(wàn)元/噸，進(jìn)口一般單噸上百萬(wàn)元；Si3N4 硬度大、強度高、熱膨脹系數小、耐腐蝕性高，整體綜合性能較強，但其制備難度大，價(jià)格高，主要應用在 SiC 功率器件封裝；另 BeO 雖然熱導率較高，但存在毒性及高生產(chǎn)成本限制，影響其應用。
陶瓷基板用粉體材料分類(lèi)及性能對比
| 材 料 | 純 度/% | 熱導率/(W·m- 1·K- 1) | 熱膨脹系數/(10- 6·℃- 1） | 電阻率/(Ω·m) | 相對介電常 數 | 損耗角正切 值 | 擊穿電場(chǎng)強度/(kV·mm- 1) | 抗彎強度/Mpa | 抗彎強度/Mpa |
| AL2O3 | 99 | 29 | 7.2 | >1015 | 9.7 | 1 | 10 | 25 | 370 |
| ALN | 99 | 150 | 4 | >1014 | 8.9 | 5 | 15 | 12 | 310 |
| BeO | 99 | 310 | 7.5 | >1014 | 6.7 | 4 | 10 | 12 | 350 |
| Si3N4 | 99 | 106 | 3 | >1014 | 9.4 | 8 | 100 | 20 | 320 |
| SiC | 99 | 270 | 3.7 | >1014 | 40 | 50 | 0.07 | 25 | 450 |
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三、陶瓷基板市場(chǎng)規模保持增長(cháng)，其中DPC、HTCC發(fā)展速度較快
陶瓷基板按照工藝可分為平面陶瓷基板和三維陶瓷基板，應用場(chǎng)景領(lǐng)域有所差異。DBC、DPC、AMB 分別為直接覆銅陶瓷基板、直接鍍銅陶瓷基板、活性金屬焊接陶瓷基板，均屬于平面陶瓷基板，主要應用于 IGBT、LED、高溫傳感器等領(lǐng)域。LTCC 和 HTCC 采用了多層疊壓共燒工藝，可以制備出含腔體的多層結構，體現的是三維工藝，滿(mǎn)足電子器件的氣密封裝要求，因此一般也被稱(chēng)之為陶瓷管殼，主要應用在航空航天等環(huán)境惡劣以及對可靠性要求高的光通信等領(lǐng)域。
陶瓷基板分類(lèi)及性能對比
性能指標
HTCC
LTCC
TFC
DBC
DPC
綜合熱導率/W·(m·℃)- 1
16~20
2.0~3.0
20~25
20~25
20~25
CTE/10-
6℃- 1
5.0~6.0
6.0~8.0
6.0~8.0
6.0~8.0
6.0~8.0
制備工藝溫度/℃
1300~1600
850~900
強
1065
200~300
金屬層厚度/μm
-
-
10~20
100~600
10~100
金屬層附著(zhù)力
-
-
強
強
較強
載流能力
良
良
良
優(yōu)
良
表面平整度（翹曲）
-
-
良
一般
優(yōu)
耐熱沖擊性
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
良
良
圖形精度/μm
>200
>200
200
>100
10~30
耐熱性/攝氏度
500
500
300~500
500~800
500~600
通孔垂直集成
可以
可以
可以，困難
不可以
可以
主要應用領(lǐng)域
航空航天、光通信、氣密封裝
航空航天、光通信、氣密封裝
汽車(chē)電子、高溫傳感器/LED
IGBT/LD/CPV
LED
綜合成本
很高
高
較低
高
較高
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近年來(lái)全球陶瓷基板市場(chǎng)規?？焖僭鲩L(cháng)，2021年達62.8億美元，其中DPC、HTCC市場(chǎng)規模較高，均超20億美元，分別為21億美元、22億美元，分別占比33.4%、35.0%。隨著(zhù)下游市場(chǎng)向好，預計全球陶瓷基板市場(chǎng)規模將保持增長(cháng)，2029年達110.8億美元，其中DPC、HTCC市場(chǎng)規模分別增至29.6億美元、38.7億美元，分別占比26.7%、34.9%。
數據來(lái)源：觀(guān)研天下數據中心整理
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四、日本企業(yè)占據陶瓷基板產(chǎn)業(yè)鏈主導，國產(chǎn)替代空間大
縱觀(guān)陶瓷基板產(chǎn)業(yè)鏈，鮮有企業(yè)能夠打通垂直產(chǎn)業(yè)鏈，形成粉體、基片、基板的一體化優(yōu)勢。陶瓷基板的工藝壁壘體現在粉體制備、陶瓷基片制備、陶瓷基板制備三大環(huán)節，且靠近上游壁壘越高，粉體制備一般是技術(shù)難度最高的環(huán)節。
日本企業(yè)占據陶瓷基板產(chǎn)業(yè)鏈主要份額，國產(chǎn)替代空間大。從粉體制備角度來(lái)看，日本廠(chǎng)商占據全球份額 70%，國瓷材料預計市場(chǎng)份額在 5%左右。從各細分品類(lèi)來(lái)看，目前國內氧化鋁已經(jīng)基本實(shí)現了國產(chǎn)替代，氮化鋁粉體仍舊高度依賴(lài)于日本進(jìn)口（占中國市場(chǎng)份額 60%），進(jìn)口粉體雖然質(zhì)量?jì)?yōu)良，但是價(jià)格更高、且存在原材料斷供風(fēng)險；氮化硅粉體目前國內主要有少數幾家廠(chǎng)商量產(chǎn)。下游基板領(lǐng)域目前仍主要被日本京瓷、東芝材料等企業(yè)占據，氮化硅基板基本由日本企業(yè)主導（占全球產(chǎn)量 60%）。
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