覆铜陶瓷基板:电子封装的 “导热神器” 凭啥走红?
覆铜陶瓷基板(金属化陶瓷基板)凭借高强度、优绝缘、高导热及低热线胀系数等特性,在与芯片材料的热匹配性能上表现突出,成为功率器件封装的理想选择,已大范围的应用于半导体照明、激光通信、航空航天、汽车电子等领域,尤其在新能源车加快速度进行发展的推动下,其在车载功率器件(IGBT、SiC 器件)及大功率 LED 车灯中的应用需求快速增长。
在此背景下,我们本次分享紫金港资本《覆铜陶瓷基板行业报告》报告,希望对大家进一步了解行业有帮助。
随着电子封装技术逐渐向着小型化、高密度、多功能和高可靠性方向发展,选用合适的封装材料与工艺、提高器件散热能力成为发展电子器件的技术瓶颈。陶瓷基板由于具备良好的导热性、耐热性、绝缘性、低热线胀系数,在电子封装特别是功率电子器件中的应用越来越广泛。
目前电子封装基板材料主要有塑料、金属及金属基复合材料和陶瓷三大类,其结构特点如下:
陶瓷基板因其强度高、绝缘性能好、导热性能优、热线胀系数小等特性,有着非常明显优势。其与芯片材料热匹配等性能,更为适合作为功率器件封装基板。目前已在半导体照明、激光与光通信、航空航天、汽车电子等领域得到普遍应用。尤其近年新能源车的加快速度进行发展,陶瓷基板随着车载功率器件(IGBT、SiC功率器件)、车灯(大功率LED)中的应用快速增长。
平面陶瓷基板工艺可分为薄膜陶瓷基板(TFC)、厚膜印刷陶瓷基板(TPC)、直接键合铜陶瓷基板(DBC)、活性金属焊接陶瓷基板(AMB)、直接电镀铜陶瓷基板(DPC);三维陶瓷基板分为高温共烧陶瓷基板(HTCC)和低温共烧陶瓷基板(LTCC)。
2、陶瓷基板材料主要有:氧化铍(BeO)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)。其主要材料性能比对如下:
下游主要使用在是功率模块、大功率LED、制冷片等应用,大多数都用在新能源汽车、轨道交通、光伏发电、风力发电、航空航天、医疗等领域。
覆铜陶瓷基板(金属化的陶瓷基板)按照大致工艺不同又可大致分为DPC(直接电镀铜陶瓷板)、DBC(直接键合铜陶瓷板)和 AMB(活性金属焊接陶瓷板):
陶瓷基板市场下游市场多元化且需求强劲,尤其是新能源车领域的应用将会保持稳定、迅速增加:
1)高功率IGBT模块持续推动DBC/AMB陶瓷基板市场扩大:新能源汽车对IGBT功率模块的需求快速增长,对于DBC、AMB陶瓷基板的需求也不断增加;
2)LED需求量快速提升:LED芯片对散热要求极为苛刻,车载照明将逐步提升氮化铝DPC基板的需求加速扩大;
QYResearch调研显示,2022年全球陶瓷基板市场规模大约为77亿元,预计2029年将达到282亿元,2023-2029期间年复合增长率(CAGR)为18.2%。
全球五大陶瓷基板(Ceramic Substrate)制造商分别是罗杰斯、富乐华半导体、贺利氏、电化Denka和宁波江丰同芯,占比超过60%。其中,罗杰斯是领先者,市场占有率约为22%。中国是最大的市场,份额超过35%,其次是日本和欧洲,份额分别约为20%和22%。就产品类型而言,AMB陶瓷基板占据了整个市场的最大份额,超过38%。就应用而言,最大的应用是汽车和电动汽车/混合动力汽车,其次是工业、光伏和风能。
就陶瓷基板金属化工艺来看:京瓷在主流陶瓷基板技术应用上占非常大的优势,占据全球近39%市场占有率,贺利士、罗杰斯、同欣电子、富乐华(日资控股)占了重要位置;国内陶瓷基板行业起步较晚,目前发展还处于较为初级阶段。多数企业只具备粉体、白板、基板中某一环节的生产能力,整体产业链较为零散。但随着产业链转移和国内新能源车的加快速度进行发展,国内惠州芯瓷、赛创电气、南京中江、合肥圣达、浙江精瓷等企业技术工艺逐渐成熟,国产化进程开启。
陶瓷基板中的金属化环节,竞争壁垒最重要的包含:技术工艺壁垒、环评资质壁垒、资金门槛壁垒。这三方面的竞争壁垒最终会形成一个更强大的壁垒,即客户认证壁垒。
陶瓷基板金属化的成熟的生产的基本工艺依靠长期的经验积累,需要在实践中不断摸索才能取得掌握,只有真正端到端做过的人团队才有能力实现高品质的稳定交付;
在金属化生产的基本工艺中涉及到排污许可等环评资质,因此企业扩大产能需要得到地方政府的全力支持;
金属化工艺流程环节复杂,需要涉及蚀刻线、填孔电镀线、高速电镀线、化银线、烧结炉、激光切割机、真空溅射线、真空钎焊炉等大量设备投资,因此对企业初始投资的资金门槛较高,进一步扩产也需要相应的资产金额的投入,同时只有实现了大规模稳定的生产,才能最终实现良率稳定和毛利提升;
客户认证导入的结果是技术工艺壁垒、环评资质壁垒、资金门槛壁垒的最终体现。客户对于陶瓷基板的选用和认证严格、认证周期长,一旦完成认证和准入,不会轻易更换陶瓷基板供应商。
据QYResearch数据,2022年全球陶瓷基板市场规模为11.3亿美元,预计到2029年将增长到41.5亿美元,预计2023年至2029年复合增长率(CAGR)为18.23%。
其中2022年全球AMB陶瓷基板市场销售额为4.33亿美元,预计到2029年将增长到28.72亿美元,2023年至2029年复合增长率(CAGR)为26.0%,有望占据市场主体地位。当前,AMB基板供应商主要为欧美日韩企业,国内AMB 陶瓷衬板主要依赖于进口,国内产能还比较小。面对当前人工智能、IGBT功率器件、汽车领域、聚光光伏(CPV)、通信、航天航空及其他领域市场迫切增长的需求,无论是国家政府还是国产企业,均希望能实现重大技术突破,以改变陶瓷基板长期依赖进口的局面。
2022年全球DBC陶瓷基板市场销售额达到了4.4亿美元,预计2029年将达到8.24亿美元,年复合增长率(CAGR)为7.75%(2023-2029)。
2022年全球DPC陶瓷基板市场销售额达到了2.40亿美元,预计2029年将达到3.27亿美元,年复合增长率(CAGR)为4.43%(2023-2029)。
2022年全球DBA陶瓷基板市场销售额达到了0.16亿美元,预计2029年将达到1.27亿美元,年复合增长率(CAGR)为32.47%(2023-2029)。
生产方面来看,中国市场在过去几年变化较快,2022年中国陶瓷基板产量约占全球的35.9%,预计2029年占比将达到54.9%。欧洲是第二大市场地区,2022年份额为33%,预计2029年为21.99%。日本、东南亚、韩国和中国台湾也是重要的生产地区,其中日本是全球最大的AMB陶瓷基板生产地区,2022年份额为36%,东南亚(日本NGK DBC和AMB产地在马来西亚,韩国KCC在越南建厂生产DBC)也是重要的DBC和AMB生产地区。
从产品市场应用情况去看,目前汽车是最大的下游市场,2022年占据大约45%的市场占有率,预计2029年将进一步达到69%。
从生产厂家来看,总的来看,陶瓷基板第一梯队厂商主要是罗杰斯、富乐华、电化Denka和同欣电子等。其中AMB陶瓷基板核心厂商主要是罗杰斯、富乐华、电化Denka、贺利氏和比亚迪等。DBC方面核心厂商主要是罗杰斯、富乐华、NGK Electronics Devices、合肥圣达和比亚迪等。DPC核心厂商主要是同欣电子,国内随着芯瓷、赛创、精瓷等技术进步,产品替代趋势正在呈现。DBA方面主要是东芝材料,未来几年预计富乐华和福建华清电在DBA领域占了重要地位。
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