陶瓷基板工藝升，成為我國行業(yè)突破的關(guān)鍵！

陶瓷基板工藝

在目前的陶瓷基板行業(yè)，日本占據(jù)全球絕大市場份額。在關(guān)鍵材料方面，氮化鋁、氮化硅粉體仍依賴進(jìn)口，大部分市場份額被日本企業(yè)占據(jù)。此外，用于金屬化工藝的銅箔，國內(nèi)尚無企業(yè)能夠生產(chǎn)替代，完全依賴進(jìn)口。金屬化陶瓷基板

陶瓷粉體、陶瓷裸片和陶瓷基板三個(gè)環(huán)節(jié)均有較高的工藝壁壘，從工藝難度上:粉體制備>陶瓷裸片制備>陶瓷基板制備。

國內(nèi)陶瓷基板行業(yè)起步較晚，目前多數(shù)企業(yè)僅具備粉體、裸片、基板中某一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力，導(dǎo)致整體產(chǎn)業(yè)鏈較為零散。目前國內(nèi)雖有上市公司涉及陶瓷基板業(yè)務(wù)，但基板業(yè)務(wù)營收占比較小，發(fā)展還處于較為初級(jí)階段。

整體來看，陶瓷基板行業(yè)壁壘主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是工藝壁壘，二是下游客戶認(rèn)證壁壘，企業(yè)若想獲得高質(zhì)量的發(fā)展，突破兩大壁壘勢在必行。

一、工藝壁壘

1、粉體制備

由于陶瓷材料多為共價(jià)晶體，有些不易產(chǎn)生變形且經(jīng)常發(fā)生脆性斷裂，需要先制備出適合用于金屬化的晶體相。目前常用的陶瓷基板粉體包括氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化鈹?shù)?。其中BeO粉體因具有毒性逐步退出歷史舞臺(tái)。在粉體制備層面，產(chǎn)業(yè)化主要面臨以下難點(diǎn)：

（1）原料中的氧會(huì)嚴(yán)重影響晶體質(zhì)量和性質(zhì)，成為降低材料熱導(dǎo)率的主要因素。為此，需要選用低氧含量的高品質(zhì)氧化鋁粉體原料，同時(shí)合理選擇燒結(jié)助劑，促進(jìn)氧原子向坯體外遷移，盡可能降低燒結(jié)基板中的氧含量。

（2）目前市售AlN粉體的純度普遍不高，主要是容易存在硅、鈣、鐵、鈉、鉀等五種雜質(zhì)。雜質(zhì)的存在影響粉體顏色及電學(xué)性能。

（3）粒徑影響粉體的燒結(jié)活性和燒結(jié)質(zhì)量。故而要求粉體顆粒具有高的球形度，粒徑分布呈單峰正態(tài)分布且盡可能窄。粉體顆粒度越均勻，燒結(jié)均勻性也越高。

2、陶瓷裸片

各粉體制備基片的工藝大體一致，在從粉體到基片的過程中難度最大的是在燒結(jié)這一道工藝，主要技術(shù)壁壘體現(xiàn)在：

（1）燒結(jié)助劑的選擇與用量。相同工藝下，添加不同種類、不同用量的燒結(jié)助劑對(duì)粉體熱導(dǎo)率均有不同影響。因此燒結(jié)助劑的選擇不僅是需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)來證實(shí)合適的方案，還需要結(jié)合后續(xù)的工藝來全局考慮。

（2）反應(yīng)條件。以制備氮化硅粉體為例，需要通過一定的氣流氣壓將其中的氧氣保持在較低水平、氮?dú)獗３衷谳^高水平，同時(shí)還需將CO氣體排除，故對(duì)設(shè)備的氣場控制成為燒結(jié)產(chǎn)物是否達(dá)標(biāo)的決定因素。

目前，制備陶瓷裸片產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用最為成熟的是流延成型法。該工藝限制因素較多，有機(jī)添加劑的含量往往是由經(jīng)驗(yàn)確定，而不是由發(fā)生在顆粒表面的物理化學(xué)過程和它們之間的相互作用計(jì)算得到。陶瓷薄片對(duì)環(huán)境變量非常敏感，過程中變量的改變往往影響產(chǎn)品性能。此外，陶瓷薄片的厚度不易控制，應(yīng)仔細(xì)分析影響陶瓷薄片厚度的因素，可以采取有限元模擬等手段，制備出厚度均勻、質(zhì)量優(yōu)異的薄片。

3、金屬化

金屬化機(jī)理涉及到化學(xué)和物理反應(yīng)、物質(zhì)的塑性流動(dòng)、顆粒重排等。各種物質(zhì)在不同燒結(jié)階段中其原子或分子發(fā)生擴(kuò)散遷移，重新排列后實(shí)現(xiàn)金屬化層的致密化。

目前主流的金屬化工藝包含DPC、DBC、AMB、LTCC/HTCC。從不同的金屬化工藝來看，日本京瓷在主流陶瓷基板技術(shù)應(yīng)用上占絕對(duì)優(yōu)勢，占據(jù)全球38.4%的市場份額。其它國外企業(yè)如德國賀利士、美國羅杰斯也在全球陶瓷基板領(lǐng)域占據(jù)重要位置。國內(nèi)企業(yè)方面，富樂華、同欣電子等均實(shí)現(xiàn)了在主流陶瓷基板技術(shù)上的全覆蓋。

陶瓷與金屬的封接工藝中最大的難點(diǎn)就在于：

（1）陶瓷與金屬熱膨脹系數(shù)相差太大，不匹配導(dǎo)致的熱應(yīng)力問題；

（2）金屬與接觸面共鍵結(jié)晶化過程中帶來的氧含量問題；

（3）陶瓷本身的特性，導(dǎo)致金屬與陶瓷連接難度較高，釬料的選擇和制備很重要。

陶瓷基板用于封裝工藝中，在器件封裝完成后如發(fā)生故障一般無法返修，只能對(duì)整個(gè)器件進(jìn)行更換，因此下游客戶對(duì)于陶瓷基板的選用和認(rèn)證謹(jǐn)慎而嚴(yán)苛。尤其體現(xiàn)在汽車及軍工領(lǐng)域，其對(duì)陶瓷基板的抗老化性能、耐極端環(huán)境能力和強(qiáng)度性能的測試需進(jìn)行數(shù)千小時(shí)，周期長達(dá)半年至1年。

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