随着激光、LED、IGBT、SiC等芯片功率的不断增加,散热问题已经变得不容忽视。陶瓷基板因其出色的导热性、绝缘性以及低热膨胀系数而广泛用于封装这些高功率芯片。
根据Maxmize Market Research的报告,2021年全球陶瓷基板市场规模已达到65.9亿美元,并预计到2029年,市场规模将达到109.6亿美元,年均增长率约为6.57%。可见陶瓷基板在未来电子科技发展起着十分重要的作用。
目前,国内常用陶瓷基板材料主要为Al2O3、AlN和Si3N4。无论哪种材料的陶瓷基板,在烧结成型之后,需对其表面实施金属化,然后通过影像转移的方法完成表面图形的制作,以实现陶瓷基板的电气连接性能。金属化陶瓷基板按照工艺主要分为DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。氧化铝陶瓷基板主要采用DBC、DPC工艺,氮化铝陶瓷基板主要采用DBC和AMB工艺,氮化硅陶瓷基板主要采用AMB工艺(金属化价格为白板基板价格*3倍以上)。
据GII数据显示,2020年全球陶瓷基板(金属化后)总市场空间为66亿美元,约合人民币442.2亿元,2026年全球市场空间预计达到130.7亿美元,约合人民币875.7亿元,GAGR为12.06%。
① DBC基板(直接覆铜)
其主要用途十分普遍,主要应用于IGBT功率器件、汽车领域、聚光光伏(CPV)、航天航空及其他领域。随着HEV和EV车辆销量的增加,IGBT逆变器/PIM/PIM转换器/Mos Modules的电源模块的用量则备受瞩目。就DBC陶瓷基板的中下游运用而言,现阶段关键是在IGBT控制模块行业运用范围广,将来在轿车、航天航空、诊疗、工业生产、太阳能发电太阳能、风力等行业将有大量的运用。据研究显示,2020年全球DBC陶瓷基板收入大约2.89亿美元,预计2026年达到4.03亿美元,2021至2026期间年复合增长率为8.6%。
② DPC基板(直接电镀铜)
DPC目前应用最为广泛,工艺方式类似PCB,包含图形电镀、填孔、刻蚀等,优势在于线路精度高(30-50um),并且可垂直互联(含金属孔),劣势是电镀的排污许可获取困难,并且电镀的铜层较薄,无法承载大电流。因此,DPC主要用于大功率LED封装、激光器LD、VCSEL等。2020年,全球DPC陶瓷基板市场规模达到了12亿元,预计2026年将达到17亿元,年复合增长率(CAGR)为5.2%。
AMB陶瓷基板具有较高的结合强度和冷热循环特性。目前,随着电力电子技术的高速发展,高铁上的大功率器件控制模块对IGBT模块封装的关键材料——陶瓷覆铜板形成巨大需求,尤其是AMB基板逐渐成为主流应用。可应用于IGBT功率器件、汽车行业、家用电器、航空航天。AMB陶瓷基板增长最为迅速,总市场规模由2020年的28.14亿元增加至2026年的109.88亿元,GAGR达到25.5%。
现已广泛应用于各种制式的手机、汽车、蓝牙、GPS模块、WLAN模块、WIFI模块等;此外,LTCC技术在汽车电子领域的应用也非常广泛。由于LTCC器件具有密封性能优、耐高温和抗振动等性能优势。因此其可以被应用在汽车发动机控制ECU模块、制动防抱死ABS模块和各类传感器模块中。2020年LTCC市场规模为29.4亿元,预计2027年达到70.7亿元,年复合增长率为10.4%。
⑤ HTCC基板(高温共烧陶瓷)
HTCC基板可应用于对热稳定性、基体机械强度、导热性、密封性、可靠性要求较高的大功率封装领域。目前已应用于高频无线通信领域、航空航天、存储器、驱动器、滤波器、传感器以及汽车电子等领域。2020年HTCC在规模为5.06亿元,未来几年年复合增速为7.0%,预计到2027年达到8.9亿元。
据GII调研数据显示,我国正成为世界电子元件的生产大国和出口大国。随着国际电子信息产品制造业加速向中国转移,下游企业出于相关采购和运输成本的考虑,势必会加大本地化采购比例。