摘要：陶瓷材料優異的化學穩定性、良好的力學性能，是作為半導體器件基片的重要材料。本文重點分析了封裝基片材料新要求、陶瓷基片材料的研究熱點以及國內陶瓷基片的現狀三個方面，闡述了氮化硅陶瓷在電子電力領域上的應用優勢。

　　半導體器件領域擴大 對封裝基片材料要求更高

　　近年來，半導體器件的應用范圍更加廣泛，在光伏產業、電動汽車領域和風力發電領域等等占據著重要的地位，半導體器件的發展趨勢正走向大功率化、集成化和高頻化。

　　半導體封裝基片材料是承載電子元件及相互聯線，對承載電子元件的基片提出了幾點基本要求：1.良好的絕緣性和抗電擊穿能力。高電阻率是電子元件對基片最基本的性能，通常情況下，基片材料的電阻率越大，電子封裝基片材料的安全性越高;2.良好的高頻特性。介電常數和介質損耗較低。這兩者直接數值較低，將提高信號的傳輸速度，減少信號的傳輸時間;3.熱膨脹系數。基片的熱膨脹系數要與封裝材料內使用的其他材料相匹配;4.高的熱導率。基片材料良好的導熱性能，能夠及時的將半導體器件工作時產生的熱量排出去，保證半導體器件的運行狀況和使用壽命;5.表面光滑，光滑一致。這項要求便于在基片表面印刷電路，并確保印刷電路的厚度均勻性。

　　隨著第三代半導體器件的發展和應用，半導體器件在各個領域的應用深入。在軍事領域，半導體器件對裝備的信息探測能力、信息傳輸能力、信息處理能力和信息發射能力起著決定性的作用;在民用領域，5G通訊提供更高的上傳下載速度，這都要求半導體器件的輸出功率更大。功率的不斷提高，使用環境更加寬泛，致使傳統的器件封裝基片已經不能滿足其需求，對封裝基片材料提出了更高的要求，要求基片材料更高的熱導率，更高的抗震、抗彎曲強度等。

　　基片材料更新換代 氮化硅陶瓷成為熱點

　　在第三代半導體芯片技術領域內，除了需要快速散熱之外，還需要滿足過大電流的需求，通常采用的方法是在陶瓷上覆銅基板。最早使用的是在Al₂O₃陶瓷上覆銅基板。Al₂O₃陶瓷和銅基板具有良好的結合力，但是限制于Al₂O₃陶瓷的低熱導率(20 W/mK)。為了解決散熱的問題，多家公司又開發了在氮化鋁陶瓷上覆銅基板的技術，這很好的解決了散熱的問題。然而，氮化鋁陶瓷和銅基板的結合力太弱，在高低溫循環后結合強度大大減弱，極大的縮短了半導體器件的使用壽命。

　　基于以上原因，氮化硅陶瓷覆銅基板成為研究熱點。其優異抗彎曲性能，抗彎曲強度高達800MPa。此外，氮化硅陶瓷的導熱性能極佳，其理論導熱性高達320 W/mK，目前國外企業，東芝和羅杰斯已將氮化硅陶瓷實際工作熱導率提升至90 W/mK，國內相關高校和研究所對氮化硅材料熱導率的提升研究工作接近國外先進水平，但是在量產方面還不成熟。在國家政策的大力支持下，氮化硅陶瓷在一定時間內，定能實現國產化。

　　表1 三種陶瓷基板材料性能對比

　　(數據來源：中國知網)

　　全球半導體市場巨大 陶瓷基基片依賴進口

　　根據市場調研機構Gartner的最新報告顯示，2018年全球半導體營收總額為4767億美元，和2017年相比，增長了13.4%。半導體器件的增長主要是由于新興功率器件的需求。

　　半導體市場的擴大，也自然帶動著基片的需求拉大。QY Research統計數據顯示，2017年，全球電子封裝材料的總市場規模為4885.6百萬美元，并且近年來有穩步增長的趨勢，根據QY Research預測，到2023年底電子封裝材料市場將達到6104.9百萬美元。國內對陶瓷基片的市場需求也十分巨大，我國目前陶瓷基片的年需求量超過10⁶ m²，其中接近九成的產品都需要進口。

　　結語

　　隨著半導體器件在光伏產業、電動汽車領域以及風力發電領域等應用逐漸深入，其對基片材料的性能的要求越來越高。在第三代半導體技術領域，要求傳輸速度更，更大的電流通過，經過幾代的更新技術，氮化硅陶瓷成為目前的研究熱點。未來隨著基片技術不斷發展，氮化硅陶瓷作為基片材料有良好的產業前景。