中国粉体网讯
一、氮化铝行业动态
2024年进度条已过半，在充满挑战与机遇的上半年，氮化铝行业捷报频传，在多个方面成就卓越。
1.项目投资与扩建
◈宁夏北瓷建设高标准430吨/年氮化铝粉体生产线项目进入设备调试安装阶段，部分烧结炉已安装完成。
◈钜瓷科技氮化铝粉末产能及销售规模全球第二，已完成B+轮融资，融资资金用于扩充生产线及产能。
◈芜湖微石新材料与达州高新区签订先进陶瓷粉体项目，建设年产2000吨氮化铝生产线。
2.工艺创新与突破
◈安徽壹石通申请一项名为“致密化球形氮化铝及其制备方法与应用”，显著降低球形氮化铝的比表面积，提高球形氮化铝作为导热填料的填充量。
◈日本化工企业旭化成子公司在功率半导体等用的氮化铝基板方面，采用直径4英寸的基板，将可使用面积从原来的80%扩大至99%。
二、IGBT市场火爆，市场规模稳定增长
捷报频传的背后，反映的是氮化铝性能的不断提高以及市场需求的持续增长。氮化铝因其卓越的热导率、优良的绝缘性能以及出色的化学稳定性，在电子材料领域中占据了重要地位，同时在半导体和电子封装领域也扮演着重要的角色。
当今，以绝缘栅双极晶体管（IGBT）为代表的新型电力电子器件是高频电力电子线路和控制系统的核心开关元器件，在国防军事、轨道交通、航天航空、新能源汽车等领域得到广泛应用。IGBT是目前发展最快的功率半导体器件之一，据中商产业研究院数据显示，2022年全球IGBT的市场规模约为68亿美元，受益于新能源汽车、新能源、工业控制等领域的需求大幅增加，预计到2026年全球IGBT市场规模将达到84亿美元。
2020-2026年全球IGBT市场规模预测趋势图（单位：亿美元）
IGBT作为我国16个重大技术突破专项中的重点扶持项目，近年来市场规模持续保持高速增长态势。根据中国产业信息研究网的数据，2022年，我国IGBT市场规模为224.6亿元，预计2023年可达290.8亿元，逼近300亿元。
2014-2023年中国IGBT市场规模预测趋势图（单位：亿元）
三、氮化铝基板是IGBT封装的理想材料
在功率IGBT模块封装中，对电子封装基板的要求除了应具有高导热率以提高器件的散热特性以外，还必须具有与硅相匹配的热膨胀系数，此外强度高、质量轻、工艺简单也是高性能电子封装基板所必需关注的问题。
大功率IGBT模块所产生的热量主要是通过基板传导出去的，基板的材料不同，其导热率也不同，高导热基板可以满足自然冷却的要求，如氮化铝和氧化铍基板，而导热率较低的基板，如氧化铝基板，则必须附加电风扇、散热片等强制冷却的方法或尽量减小基片的厚度，以减小通道上的热阻。几种陶瓷材料的特性如下表所示：
在上表的几种基片材料中，氧化铝具有优秀的绝缘性、化学稳定性和力学性能，且价格低廉。然而氧化铝陶瓷基片的热导率偏低，且与硅的热膨胀系数相差较大。作为高功率密度封装材料，氧化铝陶瓷基板存在一定的局限性。氧化铍也是一种常用的电子封装基片材料，制作工艺也比较成熟，并广泛应用于大功率模块、高性能多芯片组件和球栅阵列封装中，遗憾的是，氧化铍是一种有毒物质。
就导热性而言，氮化铝基片要远高于氧化铝基片。从结构上来看，氮化铝陶瓷基片在简化结构设计、降低总热阻、提高可靠性、增加布线密度和使基板与封装一体化等方面更具有优势。氮化铝陶瓷的热膨胀系数与硅非常接近，各类IC芯片和大功率器件可以直接附着在氮化铝陶瓷基片上实现板上芯片封装。因此，氮化铝基板在功率IGBT模块封装中具有广阔的应用前景。
随着新能源汽车渗透率的提高以及光伏风电的发展，功率模块带动了氮化铝陶瓷基板需求的增长。据贝哲斯资讯统计，2023年全球氮化铝陶瓷基板市场规模达到3.2亿元人民币，预计到2029年全球氮化铝陶瓷基板市场规模将达到5.24亿元，年复合增长率预计为8.56%。
四、适合IGBT氮化铝陶瓷基板制备工艺
目前，IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板，DBC陶瓷基板制备首先在铜和氮化铝陶瓷基片中引入氧元素，然后在1065°C形成Cu/O共晶相，进而与陶瓷基片和铜箔发生反应生成CuAlO2或Cu(AlO)，实现铜箔与陶瓷间的共晶键合。DBC基板金属线路层较厚(一般为100μm~600μm)，具有载流能力大、耐高温性好、可靠性高等特点，因此广泛应用于绝缘栅双极二极管(IGBT)、激光器(LD)和聚焦光伏(CPV)等器件封装散热中。
AMB基板制备技术是DBC基板工艺的改进，采用活性焊料实现铜箔与陶瓷基片间的键合，结合强度高，可靠性好，但是AMB成本较高，合适的活性焊料较少。因此，DBC氮化铝基板仍然是IGBT封装的主流选择。
参考来源：
[1]张晓云，功率IGBT模块中的材料技术；
[2]钱建波，IGBT用氮化铝覆铜衬板可靠性研究；
[3]侯美珍，IGBT模块中不同金属化方法覆铜氮化铝陶瓷基板的可靠性研究；
[4]赵东亮，功率模块用陶瓷覆铜基板研究进展；
[5]中国粉体网、佳恩半导体
