在陶瓷材料方面，美国等西方国家很早就开始了 Al2O3 陶瓷的研究和应用，并在 Al2O3 陶瓷金属化等领域开展了研究，这为 Al2O3 陶瓷在电子封装领域的应用提供了较为完善的技术支持和应用。应用性能更可靠。
陶瓷基底的现状：材料多样化、结构一体化
近年来，电动汽车、电力机车、半导体照明、航空航天、卫星通信等进入快速发展阶段。电子设备正朝着大功率、高频率、集成化的方向发展。其元件在工作过程中会产生大量热量。如果这些热量不能及时散发，就会影响芯片的工作效率，甚至造成半导体器件的损坏和失效。对于电子器件来说，通常温度每升高 10℃，器件的有效寿命就会减少 30% 至 50%。
因此，为了保证电子设备工作过程的稳定性，对电路板的散热能力提出了更高的要求。传统的普通基板和金属基板已无法满足当前工作环境下的应用需求。陶瓷基板因其绝缘性能好、强度高、热膨胀系数小、化学稳定性和导热性能优异而脱颖而出，满足了当前大功率设备对性能的要求。
| 材料构成 | 熔点 (℃) | 密度（克/立方厘米） | 导热系数（瓦-（米-℃）^1） | cte (10^-6 ℃^-1) | 概述 |
|---|---|---|---|---|---|
| 氧化铝 | 1860 | 3.63 | 20~30 | 6.0~8.0 | 性价比高，应用广泛 |
| 氮化铝 | 2470 | 3.26 | 140~240 | 3.3~5.0 | 性能卓越，价格昂贵 |
| 氧化铍 | 2350 | 3.03 | 200~240 | 6.8 | 粉末有毒，限制定制用途 |
| 碳化硅 | 2830 | 3.2 | 250~270 | 3.7~4.2 | 硬度高，绝缘性差 |
| 氮化硼 | 3000 | 2.27 | 55~60 | 2.0~3.0 | 硬度高，难以加工 |
氧化铝陶瓷 has the advantages of rich sources of raw materials, low price, high insulation, thermal shock resistance, chemical corrosion resistance and high mechanical strength. It is a ceramic substrate material with good comprehensive performance, accounting for 80% of the total ceramic substrate materials. %above. However, due to its relatively low thermal conductivity (the thermal conductivity of 99% alumina is about 30W/(m·K)) and high thermal expansion coefficient, it is generally used in automotive electronics, semiconductor lighting, electrical equipment and other fields.
随着应用研究的不断深入，更多的陶瓷材料引起了科研和工业界的关注。
的热导率 氮化铝陶瓷 是氧化铝陶瓷的 6 至 8 倍，但其热膨胀系数仅为 50%。此外，它还具有绝缘强度高、介电常数低、耐腐蚀性好等优点。除了成本较高之外，氮化铝陶瓷比氧化铝陶瓷具有更好的综合性能。它是一种理想的电子封装基底材料，尤其适用于对热传导率要求较高的领域。
在现有的陶瓷基底材料中 Si3N4 陶瓷衬底 由于其具有高硬度、高机械强度、耐高温和热稳定性、低介电常数和介电损耗、耐磨性和耐腐蚀性等优异性能，因此被认为是一种综合性能优异的陶瓷材料。具有最佳性能的陶瓷材料目前在 IGBT 模块封装中受到青睐，并逐渐取代 Al2O3 和 AlN 陶瓷基板。
除上述陶瓷材料外，氧化铍（BeO）、碳化硅（SiC）、氮化硼（BN）等也可用作陶瓷基底材料。
其中，氧化铍粉末的毒性和较高的烧结温度限制了氧化铍的推广应用；SiC 多晶体的导热系数仅为 67W/（m-K）。此外，SiC 材料的介电常数为 40，是 AlN 陶瓷的 1.4 倍，限制了其高频应用。BN 材料具有良好的综合性能，但作为衬底材料，其优势并不突出，价格昂贵，热膨胀系数与半导体材料不匹配。目前仍在研究之中。
陶瓷基板自开发以来，在结构和制造工艺方面已发展成 HTCC、LTCC、TFC、DBC 和 DPC 等多种形式。
| 金属化工艺 | 导热系数（瓦/（米-千克） | 印制电路工艺温度 (℃) | 电路制作方法 | 费用 |
|---|---|---|---|---|
| DPC | 20-200 | 200-300 | 薄膜 + 电镀 | 更高 |
| DBC | 20-200 | 1065-1085 | 高温粘接 | 高 |
| AMB | 20-220 | 800 | 高温纤维焊接+蚀刻+无电镀 | 最高 |
| HTCC | 16-17 | 1300-1600 | 厚膜烧结 | 最高 |
| LTCC | 2-3 | 850-900 | 厚膜烧结 | 高 |
HTCC/LTCC 底物 通过叠加多层绿色薄片（金属通孔排列）然后烧结制备，可实现基板内部的垂直互连，提高封装集成度。DPC 陶瓷基板可采用激光钻孔（孔径一般为 60μm~120μm）和电镀孔填充技术制备金属通孔。由于孔内电镀填充了致密的铜柱，导电导热性能良好，因此可以实现陶瓷基板上上下电路层之间的垂直互连。在此基础上，通过电镀加厚等技术制备坝体，就可以得到含有坝体结构的三维陶瓷基板。
广阔的市场前景
全球陶瓷基板市场蓬勃发展，市场规模稳步增长。
根据华西证券研究所的报告，2020 年全球陶瓷基板市场规模将达到 $89 亿美元。预计2026年全球规模将达到$172.9亿美元，同比增长94.27%，市场前景广阔。
大功率 IGBT 模块继续推动 DBC/AMB 陶瓷基板市场的扩张
DBC 陶瓷基板具有强度高、导热性强、结合稳定等特点，而 AMB 陶瓷基板是在 DBC 的基础上发展起来的，结合强度相对更高。近年来，随着新能源汽车和光伏储能产业的快速发展，IGBT 功率模块的需求增长迅速，对 DBC 和 AMB 陶瓷基板的需求也持续增加。目前，DBC 陶瓷基板的主要生产商有罗杰斯、贺利氏集团、韩国化学工业等；AMB 陶瓷基板的主要生产商有罗杰斯、日本京瓷、日本丸和等。
LED 需求增加
LED 芯片对散热要求极高，汽车照明将进一步增加对氮化铝基板的需求。目前，单芯片 1W 大功率 LED 已实现产业化，3W、5W 甚至 10W 单芯片大功率 LED 也已推出，部分已进入市场。这使得超高亮度 LED 的应用范围不断扩大，逐渐从特殊照明市场走向普通照明市场。随着 LED 芯片输入功率的不断提高，对这些功率 LED 的封装技术也提出了更高的要求。传统基板无法承载大功率热能，而氮化铝陶瓷具有良好的导热性和绝缘性，可以提高 LED 的功率水平和发光效率。功率 LED 已广泛应用于大型户外广告牌、小型显示屏背光、车辆照明、室内和特殊照明等领域。
第三代半导体 SIC 正在加速发展 - AMB 正迅速从中受益
SiC 正在加速发展，AMB 也从中受益。Si3N4陶瓷基板的热膨胀系数接近第三代半导体基板SiC晶体的热膨胀系数，与SiC晶体材料匹配更稳定。虽然国内 AMB 技术已有一定积累，但产品主要是 AIN-AMB 衬底。由于 Si3N4 衬底技术的滞后，我国尚未实现 Si3N4-AMB 的商业化生产。核心技术由美国、德国、日本等国家掌握。
总结
鉴于陶瓷具有良好的导热性、耐热性、高绝缘性、高强度、低热膨胀性、耐腐蚀性和抗辐射性等优点，陶瓷基板被广泛应用于功率器件和高温电子器件封装中。目前，陶瓷基底材料主要包括 Al2O3、AlN、Si3N4、SiC、BeO 和 BN。由于 Al2O3 和 AlN 具有较好的综合性能，因此分别占据了低端和高端陶瓷基板市场的主流。Si3N4 基板由于具有较高的弯曲强度，未来有望应用于大功率、高温电力电子器件（如 IGBT）。封装领域发挥着重要作用。在技术和结构方面，未来陶瓷基板将主要朝着高精度、微型化和集成化的方向继续发展。
