陶瓷散热基板投资图谱

原创 科创之道 2023-08-22 12:23

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科技项目融资,请联系riseen



说来惭愧,陶瓷散热基板是最近才关注的领域,以前知道有市场需求和产业前景,但是因为半导体产业链过于复杂,心有余而力不足,加上陶瓷封装又属于芯片封装的小众领域,所有有意识地把这个细分品类给忽略掉了,归到了新材料的范畴当中。

最近因为机缘巧合,接连接触了几个相关项目,所以重点关注了这个门类的未来市场前景,抽时间整理了一下(公开信息整理,如有遗漏,请联系riseen)。

陶瓷散热基板中的“陶瓷”,并非我们通常认知中的陶瓷,属于电子陶瓷材料,主要用于陶瓷封装壳体和陶瓷基板,主要成分包括氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化铍(BeO)等。与传统的陶瓷有个共性,主要化学成分都是硅、铝、氧三种元素。

为什么芯片封装中需要用到陶瓷散热基板,价值还是体现在陶瓷的“散热”性能上,主要把芯片工作中产生的热量及时从芯片体内导出,防止热量聚集,所以主要用于功率芯片、半导体照明、激光与光通信、汽车电子等领域。

本文力求通过6个要点,展示出整个行业的全貌:

1)陶瓷散热基板投资图谱

2)陶瓷散热基板投资逻辑

陶瓷散热基板属于芯片封装基板中的小众领域,大头主要还是有机基板,各种树脂材料为主(环氧树脂,聚苯醚树脂,聚酰亚胺树脂),量大、适用范围广,也是之前资本市场关注重点。

陶瓷散热基板虽然小众,但是针对的是高发热量的芯片,高发热量对应的是高功率,高功率对应的是高算力和高压、大电流,如果你认同高算力芯片的未来,高功率电子电力芯片的未来,以及汽车电子芯片的前景,那么这就是陶瓷散热基板的基本投资逻辑。

3)关注那些技术指标

三个重要的技术指标:热导率、热膨胀系数、抗弯强度,决定了不同的陶瓷散热材料的应用场景和未来前景。

热导率,单位W/(mk),主要就是衡量散热性能的,热导率越高,热量越容易散发,氮化铝热导率在200W/(m·K)左右,氮化硅热导率在100W/(m·K)左右。

热膨胀系数,热胀冷缩,单位温度变化所导致的长度量值的变化,陶瓷散热基板的热膨胀系数最好与芯片的热膨胀系数相匹配的,可以防止高温下出现错位和裂痕。

抗弯强度,指材料抵抗弯曲不断裂的能力,主要用于考察陶瓷等脆性材料的强度,体现的是机械强度。

4)为什么重点关注氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)

常用电子级陶瓷散热基板材料包括氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氧化铍(BeO)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)等,各自有不同的特性和应用场景,本文主要关注氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)。

综合各种材料的特性看,首先氧化铝(Al2O3)虽然工艺最成熟,价格低,但是存在热导率较低、热膨胀系数与Si不太匹配等劣势,限制了应用;碳化硅(SiC)热导率很高,但需要单晶状态,制备难,成本高;氧化铍(BeO)的热导率会随着温度升高大幅下降,而且有剧毒,并不适合大规模推广。

所以未来比较看好的还是氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4),这二者综合性能突出,氮化铝(AlN)陶瓷散热基板热导率较高,热膨胀系数与Si、SiC和GaAs等半导体材料相匹配。而氮化硅(Si3N4)性能更为全面性,抗弯强度高(大于800MPa),耐磨性好,在机械性能要求较高的场景,比如汽车电子领域,更为适用。

5)陶瓷覆铜载板的技术路线(DBC、AMB、DPC)

陶瓷覆铜载板,将铜箔与陶瓷基板耦合,在通过刻蚀的形式,去除掉多余铜箔,将电路图印刷到载板上,形成有电路的陶瓷覆铜载板。主要技术路线有三种:

DBC( Direct Bonding Copper),通过热熔式粘合法,在高温下将铜箔直接烧结到Al2O3和AlN陶瓷表面而制成复合基板。

AMB( Active Metal Brazing),是陶瓷与含有活性元素Ti、Zr 的Ag、Cu焊料在高温下进行化学反应实现铜瓷结合。

DPC( Direct Plating Copper),采用溅镀工艺于基板表面复合金属层,并以电镀和光刻工艺形成电路。

6)一张图展示陶瓷封装

这部分不再赘述,一张图直观展示,陶瓷覆铜载板在IGBT封装中的位置。

作者简介:步日欣

创道硬科技创始人,北京邮电大学经管学院特聘导师、天津市集成电路行业协会顾问、浙商证券研究院专家。电子工程本科、计算机硕士学位,具有证券从业资格、基金从业资格,先后就职于亚信咨询、中科院赛新资本、东旭金控集团等,拥有IT研发、咨询、投融资十五年以上经验,关注投资领域为半导体、智能制造、新能源等。



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