陶瓷基板行业：全球市场保持增长 DPC、HTCC规模较大日本企业占产业链主导

2024-09-17 09:12

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一、相较于普通基板和金属基板，陶瓷基板导热、散热性能突出

观研报告网发布的《中国陶瓷基板行业发展深度研究与未来前景预测报告（2024-2031年）》显示，封装基板是半导体封装重要组成材料，常用的封装基板材料包括塑封料、金属封装基片、陶瓷基板三类。提升散热能力、保证高功率电子器件稳定性是陶瓷基板相较于其他基板最主要的优势。

电子器件目前正朝着集成化、大功率化、高频化的方向发展，元器件工作会产生大量热量，一般温度提升 10℃，电子器件的有效寿命就要降低 30%-50%，因此对元器件的散热要求进一步提高。相较于普通基板和金属基板，陶瓷基板导热性能突出，更符合高功率器件的散热要求，一般主要应用在功率电子器件如大功率 LED（发光二极管）、LD（激光二极管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）等。

陶瓷封装基板核心是帮助功率芯片热量向外传导，很大程度上决定了功率电子器件的稳定性。

陶瓷基板用材料需满足的性能要求

性能要求	性能要求
高热导率	满足器件散热需求
耐热性好	满足功率器件高温（大于200℃）应用需求
热膨胀系数匹配	与芯片材料热膨胀系数匹配，降低封装热应力
介电常数小	高频特性好，降低器件信号传输时间，提高信号传输速率
机械强度高	满足器件封装与应用过程中力学性能要求
耐腐蚀性好	能够耐受强酸、强碱、沸水、有机溶液等侵蚀
结构致密	满足电子器件气密封装需求

资料来源：观研天下整理

二、陶瓷粉体是陶瓷基板关键原材料，氧化铝粉体应用最为广泛

陶瓷粉体是影响陶瓷基板物理、力学性能的关键因素。粉体的纯度、粒度、物相、氧含量等会对陶瓷基板的热导率、力学性能产生重要影响，其特性也决定了基板成型工艺、烧结工艺的选择。陶瓷粉体占陶瓷基板成本的10%-15%。

目前常用的陶瓷基板粉体材料有氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）、氮化硅（Si3N4）等。Al2O3 优势主要体现在低成本、耐热冲击性好，因此应用最为广泛，缺点在热导率相对其他粉体不够高，且热膨胀系数与芯片不够匹配，粉体价格一般不超过 20000 元/吨，普通产品为6000-7000 元/吨；AlN 相较于 Al2O3 有着更高的热导率，热膨胀系数更低，但成本高于 Al2O3，一般更适用于对导热性能要求较高的领域，粉体价格一般国内 30-40 万元/吨，进口一般单吨上百万元；Si3N4 硬度大、强度高、热膨胀系数小、耐腐蚀性高，整体综合性能较强，但其制备难度大，价格高，主要应用在 SiC 功率器件封装；另 BeO 虽然热导率较高，但存在毒性及高生产成本限制，影响其应用。

陶瓷基板用粉体材料分类及性能对比

材料	纯度/%	热导率/(W·m- 1·K- 1)	热膨胀系数/(10- 6·℃- 1）	电阻率/(Ω·m)	相对介电常数	损耗角正切值	击穿电场强度/(kV·mm- 1)	抗弯强度/Mpa	抗弯强度/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

资料来源：观研天下整理

三、陶瓷基板市场规模保持增长，其中DPC、HTCC发展速度较快

陶瓷基板按照工艺可分为平面陶瓷基板和三维陶瓷基板，应用场景领域有所差异。DBC、DPC、AMB 分别为直接覆铜陶瓷基板、直接镀铜陶瓷基板、活性金属焊接陶瓷基板，均属于平面陶瓷基板，主要应用于 IGBT、LED、高温传感器等领域。LTCC 和 HTCC 采用了多层叠压共烧工艺，可以制备出含腔体的多层结构，体现的是三维工艺，满足电子器件的气密封装要求，因此一般也被称之为陶瓷管壳，主要应用在航空航天等环境恶劣以及对可靠性要求高的光通信等领域。

陶瓷基板分类及性能对比

性能指标	HTCC	LTCC	TFC	DBC	DPC
综合热导率/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
制备工艺温度/℃	1300~1600	850~900	强	1065	200~300
金属层厚度/μm	-	-	10~20	100~600	10~100
金属层附着力	-	-	强	强	较强
载流能力	良	良	良	优	良
表面平整度（翘曲）	-	-	良	一般	优
耐热冲击性	优	优	优	良	良
图形精度/μm	>200	>200	200	>100	10~30
耐热性/摄氏度	500	500	300~500	500~800	500~600
通孔垂直集成	可以	可以	可以，困难	不可以	可以
主要应用领域	航空航天、光通信、气密封装	航空航天、光通信、气密封装	汽车电子、高温传感器/LED	IGBT/LD/CPV	LED
综合成本	很高	高	较低	高	较高

资料来源：观研天下整理

近年来全球陶瓷基板市场规模快速增长，2021年达62.8亿美元，其中DPC、HTCC市场规模较高，均超20亿美元，分别为21亿美元、22亿美元，分别占比33.4%、35.0%。随着下游市场向好，预计全球陶瓷基板市场规模将保持增长，2029年达110.8亿美元，其中DPC、HTCC市场规模分别增至29.6亿美元、38.7亿美元，分别占比26.7%、34.9%。

数据来源：观研天下数据中心整理

四、日本企业占据陶瓷基板产业链主导，国产替代空间大

纵观陶瓷基板产业链，鲜有企业能够打通垂直产业链，形成粉体、基片、基板的一体化优势。陶瓷基板的工艺壁垒体现在粉体制备、陶瓷基片制备、陶瓷基板制备三大环节，且靠近上游壁垒越高，粉体制备一般是技术难度最高的环节。

日本企业占据陶瓷基板产业链主要份额，国产替代空间大。从粉体制备角度来看，日本厂商占据全球份额 70%，国瓷材料预计市场份额在 5%左右。从各细分品类来看，目前国内氧化铝已经基本实现了国产替代，氮化铝粉体仍旧高度依赖于日本进口（占中国市场份额 60%），进口粉体虽然质量优良，但是价格更高、且存在原材料断供风险；氮化硅粉体目前国内主要有少数几家厂商量产。下游基板领域目前仍主要被日本京瓷、东芝材料等企业占据，氮化硅基板基本由日本企业主导（占全球产量 60%）。