中國(guó)粉體網(wǎng)訊  眾所周知，氮化硅陶瓷被譽(yù)為“先進(jìn)陶瓷材料皇冠上的明珠”，是結(jié)構(gòu)陶瓷家族中綜合性能最為優(yōu)良的一類材料。隨著第三代半導(dǎo)體的大力發(fā)展，SiC功率器件集成度和功率密度的明顯提高，相應(yīng)工作產(chǎn)生的熱量急劇增加。因此，電子封裝系統(tǒng)的散熱問題已成為影響其性能和壽命的關(guān)鍵，要有效解決器件的散熱問題，必須選擇高導(dǎo)熱的基板材料。

Si₃N₄陶瓷憑借優(yōu)異的性能成為SiC功率器件導(dǎo)熱基板材料首選。原因在于：

第一，Si₃N₄陶瓷是綜合性能最好的陶瓷基板材料，熱導(dǎo)率可達(dá)90～120W/(m·k)，熱膨脹系數(shù)為3.2×10^-6/℃，并具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗熱沖擊性。

第二，第盡管Si₃N₄陶瓷基板具有略低于AlN的導(dǎo)熱性，但其抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性都可達(dá)到AlN的２倍以上。

第三，同時(shí)，Si₃N₄陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)與第三代半導(dǎo)體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配性更穩(wěn)定。使其能夠與 SiC 晶體材料匹配更穩(wěn)定，AMB氮化硅基板主要用于電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力車（HV）功率半導(dǎo)體，特別在800V 以上高端新能源汽車中應(yīng)用中不可或缺。

目前，隨著以SiC為襯底的第三代半導(dǎo)體芯片在新能源汽車、5G、新能源領(lǐng)域的快速推廣，Si₃N₄陶瓷基板需求也迎來(lái)了快速發(fā)展階段。2024年隨著碳化硅加速?gòu)?英寸邁向8英寸，需求端新能源車+光伏上量與供給端良率突破或?qū)⒂瓉?lái)共振，SiC有望迎接大規(guī)模放量，帶動(dòng)氮化硅陶瓷基板的快速發(fā)展。

從宏觀數(shù)據(jù)可以看出，日本處于領(lǐng)先地位，這就導(dǎo)致了氮化硅基片呈極度寡頭壟斷局勢(shì)，同時(shí)全球氮化硅基片市場(chǎng)也都由日本主導(dǎo)。由于Si₃N₄基板還需要進(jìn)行覆銅處理及應(yīng)用端考核，因此國(guó)內(nèi)Si₃N₄基板要達(dá)到應(yīng)用化水平還有一段距離。

目前，中材高新開發(fā)的高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板性能達(dá)到日本同類產(chǎn)品，采用特殊的配方和工藝，導(dǎo)熱系數(shù)>80W/(m·k)，產(chǎn)品已通過國(guó)際頭部企業(yè)質(zhì)量檢測(cè)，2023年建成年產(chǎn)70萬(wàn)片中試線。

此外，除了作半導(dǎo)體封裝材料，氮化硅作為其他半導(dǎo)體零部件如：半導(dǎo)體泵輔用陶瓷球軸承、加熱器、晶圓轉(zhuǎn)移用精密陶瓷吸盤等也展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。

中國(guó)粉體網(wǎng)將于2024年4月25日在江蘇蘇州舉辦“第三屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)暨第三代半導(dǎo)體SiC晶體生長(zhǎng)技術(shù)交流會(huì)”，屆時(shí)，中材高新材料股份有限公司張偉儒教授將帶來(lái)題為《氮化硅陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用及發(fā)展重點(diǎn)》的報(bào)告。張教授將針對(duì)行業(yè)對(duì)氮化硅陶瓷零部件需求，重點(diǎn)論述了高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板國(guó)內(nèi)外研究、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用進(jìn)展。

來(lái)源：

楊凌艷等：半導(dǎo)體功率器件用氮化硅基片專利技術(shù)專利現(xiàn)狀

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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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