高导热氮化硅基板的工艺介绍与市场分析

Si3N4具有高导热、高强度、高韧性、低密度、自润滑性、优异的抗热震性，是国内外公认兼具高导热、高可靠性等综合性能最好的陶瓷基板材料，而根据已有的资料表面，晶格氧是影响瓷片从80W到110W最关键影响因素，降低晶格氧量的方法从原料粉体的角度来看，一种是直接使用氮化硅粉进行烧结；另一种是使用高纯度的硅粉为原料，经过硅粉的氮化和重烧结两步工艺获得高致密、高导热的氮化硅陶瓷，本文将介绍后者。

△氮化硅陶瓷基板

从粉体材料方面来看，高纯硅粉可达成99.99%纯度，极低氧含量，低廉成本；从工艺来看，反应烧结是实现110W瓷片量产的最佳途径，过程氧的控制（重点是球磨/排胶要实现低氧增工艺）是关键因素。

因此, 反应烧结+低氧过程工艺是瓷片超高导热特性实现的基础。

1、反应烧结：超高热导率氮化硅陶瓷片量产烧结技术

氮化硅陶瓷基板在实验室制备中热导率可达170 W/（m•K）, 而在实际产品中却难以达到100 W/（m•K），制约因素主要是晶格氧含量大，首先要优选氧含量低的原料，氧含量低的硅粉需要采取反应烧结的方式，反应烧结属于氮化-烧结一体工艺，对烧结过程的控制要求极高，一方面要实现均匀的氮化，一方面烧结工艺要和氮化工艺匹配后，瓷片才会致密化。

实施方案： 

（1）采用离子减薄+场发射扫描电镜+高分辨率EDS研究瓷片；

（2）进行氮化实验及氮化机理研究，得到稳定的氮化工艺；

（3）在稳定的氮化工艺的基础上进行烧结工艺优化，调整晶粒尺寸和二相量的方式得到热导率和抗弯强度合格的超高导热氮化硅瓷片。

2、低氧过程工艺：超高导热氮化硅陶瓷坯体排胶技术（低氧增量排胶工艺开发）

纯氮气排胶可实现低氧增量，但PVB在氮气下非常容易出现排胶不尽，对PVB进行精细化DSC实验，克服了在氮气下排胶不尽的问题，成功开发低氧增量排胶工艺。

在低PVB胶体系生坯的基础上，对生坯进行纯氮气排胶（氧含量100PPm以下），改变温度改变时间仍然会排胶不尽，纯氮气无法实现该体系的排胶；通过不断调整氮气中的氧含量，进行DSC实验，找到了该体系最佳排胶氧含量，优化排胶工艺后可实现20片/叠的排胶，排胶良率在99%以上。

1、电子封装

IGBT模块：氮化硅裸板广泛应用于IGBT模块，提供高效的散热性能并确保电子器件的稳定性。（更多关于陶瓷基板与功率半导体的最新进展，敬请关于艾邦第八届精密陶瓷展同期论坛——陶瓷基板暨功率半导体论坛）

△功率模块封装结构示意图（图源：阿基米德半导体）

MOSFET应用：在MOSFET等功率电子设备中，氮化硅材料能够有效提高散热效率，延长器件寿命。

封装技术：氮化硅材料在功率半导体封装中的应用，提升了整个系统的性能和可靠性。

2、电动汽车（EV）和新能源汽车

电池管理系统（BMS） ：氮化硅裸板在电动汽车的电池管理系统中广泛应用，提高能源效率，延长使用寿命。

驱动电机控制：在电动汽车的驱动电机控制系统中，氮化硅材料的应用能够显著提升系统的响应速度和稳定性。

来源：李少鹏《新一代 IGBT 模块用高可靠氮化硅陶瓷覆铜基板研究进展》

高功率电源模块和充电系统：特别是在电动汽车的功率控制单元和充电桩中，氮化硅材料的使用能够有效提高能源效率，延长使用寿命。

据环洋市场咨询调研团队最新关于Si3N4氮化硅陶瓷基板(白板)报告显示，按收入计，2024年全球Si3N4氮化硅陶瓷基板(白板)收入大约204百万美元，预计2031年达到619百万美元，2025至2031期间，年复合增长率CAGR为16.6%。

就产品类型而言，目前0.32mm是最主要的细分产品，占据大约86.3%的份额，就产品应用而言，目前汽车是最主要的需求来源，占据大约84.5%的份额。

制约氮化硅陶瓷基板增长因素主要有：

● 在传统材料因其已知性能和较低成本而更受青睐的成熟市场中，站稳脚跟可能是一项重大挑战

● 氮化硅陶瓷硬度高且脆性大，难以加工成复杂形状，这可能会限制其应用或因需要专用设备而增加生产成本

● 对先进陶瓷材料的制造和使用的严格监管

目前国内氮化硅基板（产品有高导热/超高、标准热导氮化硅基板）的企业：中材高新氮化物、江苏富乐华半导体、成都旭瓷、宜宾红星电子、福建臻璟新材料、无锡海古德新技术、株洲艾森达新材料、浙江多面体新材料、浙江正天新材料科技、威海圆环先进陶瓷股份、山东厚发新材料、西安澳秦新材料、江西中科上宇科技、江苏方达正塬电子材料、江西创科、苏州博胜材料、能鹏半导体等。

内容参考来源：《富乐华在氮化硅陶瓷基板领域研究的最新进展》、《2025年全球市场Si3N4氮化硅陶瓷基板(白板)总体规模、主要生产商、主要地区、产品和应用细分研究报告--环洋市场咨询(Global Info Research)》

·展出范围（包括但不限于以下内容）

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二、展位预定

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