随着功率器件特别是第三代半导体的崛起，半导体器件正向着大功率、小型化、集成化方向飞速发展，对封装基板的性能提出了前所未有的高要求，在电子封装和功率器件领域，高频、高功率、小型化趋势愈演愈烈，传统材料逐渐显现“力不从心”，新型陶瓷材料正加快进入核心舞台。
[ 氧化铝 ] 性价比之王面临淘汰危机
氧化铝陶瓷是目前应用最成熟、使用范围最广的陶瓷基板材料。其原料丰富、价格低廉，同时具备良好的绝缘性、化学稳定性和机械强度。
然而氧化铝的致命短板在于热导率——仅有约24W/(m·K)。随着芯片功率密度不断提升，这一数值已难以满足高端器件的散热需求。在要求严苛的大功率应用中，氧化铝正逐渐让位给性能更优异的材料。
氧化铍陶瓷曾被视为散热解决方案的巅峰。其室温热导率可达惊人的310W/(m·K)，接近金属铝的导热性能。同时具备优异的机械强度和介电特性，综合性能令人瞩目。
但氧化铍在生产过程中会产生剧毒的Be(OH)₂气体，对工人健康构成严重威胁。这一致命缺陷导致其在消费电子领域基本被淘汰，目前仅限用于军工、核能等特殊领域。
碳化硅陶瓷在室温下热导率高达270W/(m·K)，且热膨胀系数与蓝宝石基板接近，是大功率LED的理想选择之一。在极端高温环境下，碳化硅表现尤其出色。
然而碳化硅的介电常数是氮化铝的四倍，导致其无法满足高频应用需求。同时高温下热导率会显著下降，且绝缘耐压性能不足，限制了其在高端半导体领域的应用前景。
氮化铝被认为是目前最具发展前途的高导热陶瓷材料。其理论热导率可达320W/(m·K)，实际产品也能达到200W/(m·K)以上，是氧化铝的8-10倍。
更难得的是，氮化铝的热膨胀系数（4.6×10⁻⁶/K）与硅芯片（3.5×10⁻⁶/K）高度匹配，能有效降低封装热应力。同时具备优异的绝缘性和化学稳定性。
但氮化铝的制备工艺复杂，生产成本居高不下，成为制约其大规模应用的主要障碍。目前国内量产水平在150-220W/m·K之间，与国际先进水平仍有差距。
氮化硅陶瓷拥有五大材料中最出色的机械性能——抗弯强度高达920MPa，断裂韧性是氮化铝的两倍以上。同时热膨胀系数最低（3.2×10⁻⁶/℃），耐磨性和高温稳定性极佳。
早期氮化硅热导率仅为15-30W/(m·K)，但近年通过工艺优化取得突破。日本已成功制备出热导率达177W/(m·K)的氮化硅基板，逼近其理论极限320W/(m·K)。这一进展使氮化硅成为高可靠性应用的热门候选。
2024年全球半导体用结构陶瓷零部件市场规模达到约211.2亿元，预计到2031年将接近362.5亿元，年复合增长率达8.1%。这一增长主要由新能源汽车、5G通信等下游需求驱动。
日本企业占据全球50%以上市场份额，京瓷、NGK、Ferrotec等公司在高端部件领域技术领先。美国CoorsTek则在耐腐蚀陶瓷涂层领域优势显著。国内企业如珂玛科技在部分产品线已接近国际水平，但大尺寸、复杂结构部件仍依赖进口。
在细分材料领域，碳化硅衬底市场增长迅猛。2024年全球市场规模达92亿元，预计2025年将增长至123亿元。国内天科合达、三安光电等企业正加速追赶，在6英寸衬底量产及8英寸研发上取得突破。
氮化铝陶瓷基板市场前景更为广阔。预计2025年全球市场规模将超15亿美元，年复合增长率达12%。国内金瑞欣、天岳先进等企业采用先进激光切割技术，实现最小10μm精度加工，成本较国外产品低30%，正加速国产替代进程。
上一篇：硅基陶瓷材料：从基础研究到工业应用的跨越 下一篇：追投508亿元！英飞凌建造全球最大8寸碳化硅工厂