AlSIC的性能特点分析及其应用范围
AlSIC材料具有优异的力学与物理特性,然而,其高体积分数 SiC的SiCp/Al材料的制备的实现一直是制约该行业发展的难题。如何实现经济、快速、高品质、低次品率的工业化生产,是铝基碳化硅材料行业发展的机遇与挑战。
AlSIC具有高导热率(170~200W/mK)和可调的热膨胀系数(6.5~9.5×10-6/K),可提升器件散热性能的同时,其热膨胀系数与半导体芯片和陶瓷基片实现良好的匹配,能够防止疲劳失效的产生,甚至可以将功率芯片直接安装到AlSIC基板上;
AlSIC是复合材料,其热膨胀系数等性能可通过改变其组成而加以调整,因此电子产品可按用户的具体要求而灵活地设计,这是传统的金属材料或陶瓷材料无法作到的;
AlSIC的密度与铝相当,比铜和Kovar轻得多,还不到Cu/W的五分之一,特别适合于便携式器件、航空航天和其他对重量敏感领域的应用;
AlSIC的比刚度(刚度除以密度)是所有电子材料中最高的:是铝的3倍,是W-Cu和Kovar的5倍,是铜的25倍,另外AlSIC的抗震性比陶瓷好,因此是恶劣环境(震动较大,如航天、汽车等领域)下的首选材料;
AlSIC可以大批量加工,但加工的工艺取决于碳化硅的含量,可以用电火花、金刚石、激光等加工;
(6)AlSIC可以镀镍、金、锡等,表面也可以进行阳极氧化处理;
金属化的陶瓷基片可以钎焊到镀好的AlSIC基板上,用粘结剂、树脂可以将印制电路板芯与AlSIC粘合;
AlSIC本身具有较好的气密性;
AlSIC的物理性能及力学性能都是各向同性的,其产品性能均匀度较高。
由于AlSIC电子封装材料及构件具有高弹性模量、高热导率、低密度的优点, 而且可通过SiC体积分数和粘接剂添加量等来调整膨胀系数,实现与GaAs芯片和氧化铝、氮化铝等基板的热匹配;同时可近净成形形状复杂的构件,因此生产成本也较低,使其在微波集成电路、功率模块和微处器盖板及散热板等领域得到广泛应用。
随着物联网、大数据和人工智能驱动的新计算时代的发展,对半导体器件的需求日益增长,同时也催生了市场对半导体材料的需求,半导体材料行业迎来快速发展的黄金期。在国家鼓励半导体材料国产化的政策导向下,本土半导体材料厂商不断提升半导体产品技术水平和研发能力,逐渐打破了国外半导体厂商的垄断格局,推进中国半导体材料国产化进程,促进中国半导体材料行业的发展。
数据显示,2017-2019年中国半导体材料市场规模逐年增长,从2017年的76亿美元增长至2020年的94亿美元。据统计,2017-2020年全球62座新投产的晶圆厂中有26座来自中国大陆,占比超过40%,成为增速最快的地区。伴随着5G时代的来临,汽车电动化进程拉动IGBT规模增长。得益于对清洁能源高速增长的需求,IGBT市场规模将持续增长,IGBT市场在2020年的规模为54亿美元,从2020年到2026年将以7.5%的复合年增长率(CAGR)增长,预计2026年市场规模为84亿美元。新能源车应用作为IGBT市场规模的重要增量,2020年市场规模为为5.09亿美元,2020-2026年的复合年增长率为23%,预计2026年新能源车用IGBT市场规模为17亿美元。
随着5G、智慧物联网时代的到来,中国大陆的半导体产业得以在众多领域实现快速与全面布局,正逐步驱使全球半导体产业从韩国、中国台湾向中国大陆转移。目前,我国已经成为最大的半导体市场,并且继续保持最快的增速,预计半导体市场增长将持续带动半导体材料行业快速发展。