HTCC：半导体封装的理想方式

半导体集成电路中封装是必不可少的环节，封装可以理解为给芯片穿上“衣服”，保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增强芯片的散热性能。芯片封装在选择上，更倾向于陶瓷封装，HTCC陶瓷封装是其中一种。同时，HTCC陶瓷也是电子陶瓷封装领域重要的分支。

关于HTCC

HTCC又称为高温共烧多层陶瓷，是指在1450℃以上与熔点较高的金属一并烧结的具有电气互连特性的陶瓷。HTCC一般在900℃以下先进行排胶处理，然后再到更高的1500-1800℃高温环境中将多层叠压的瓷片共烧成一体。HTCC电路工艺采用丝网印刷制作，所选的导体材料一般为熔点较高的钨、钼、锰等金属或贵金属。

高温共烧陶瓷流程图

HTCC具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、高效节能、温度均匀、导热性能良好、热补偿速度快等优点。因其烧结温度高，HTCC不能采用金、银、铜等低熔点金属材料，必须采用钨、钼、锰等难熔金属材料，这些材料电导率低，会造成信号延迟等缺陷，所以不适合做高速或高频微组装电路的基板。但是，由于HTCC基板具有结构强度高、热导率高、化学稳定性好和布线密度高等优点，因此在大功率微组装电路中具有广泛的应用前景。

HTCC的分类

常用的高温共烧多层陶瓷体系有Al2O3、AlN、莫来石等陶瓷材料。

氧化铝（Al2O3）

氧化铝具有成本低、机械强度好，绝缘性好等优点，是目前HTCC产品市场的主力军。氧化铝陶瓷技术是一种比较成熟的微电子封装技术，该基板介质材料成本低，热导率和抗弯强度高。此外，半导体集成电路通常具有明显的光敏性，基于HTCC工艺制备的Al2O3黑瓷，不仅具有遮光性，能实现在厚膜金属化电路等领域的应用，还具有工艺简单、节省成本等优点，在成本控制和简化工艺等方面表现出明显的优势。

氮化铝（AlN）

氮化铝（AlN）陶瓷具有高热导率、低介电常数、高强度、高硬度、无毒性、热膨胀系数与Si相近等良好的物理性能，且具有优异的化学稳定性和耐腐蚀性能，采用AlN作为介质隔离材料制备的AlN多层布线共烧基板，是大功率模块、大规模集成电路的理想散热和封装材料。

莫来石

莫来石的介电常数为7.3-7.5，而氧化铝(96%)的介电常数为9.4，高于莫来石，所以莫来石的信号传输延迟时间比氧化铝小17%左右。并且，莫来石的热膨胀系数与硅很接近，所以这种基板材料得到了快速发展。

例如日立、Shinko等公司均开发了莫来石多层陶瓷基板，并且其产品具有良好的性能指标。不过此基板的布线导体只能采用钨、镍、钼等材料，电阻率较大而且热导率低于氧化铝基板。

HTCC陶瓷的应用

在HTCC的应用领域中，从产品分类方面来看，HTCC封装管壳占有重要地位，占有大约77%的市场份额，之后是HTCC封装基座，大概占比17.5%。同时就应用来看，通信封装是第一大市场，占有大约32%的市场份额。

HTCC陶瓷封装管壳

HTCC陶瓷管壳主要应用在光通信、图像传感器、红外线/紫外线传感器、无线功率器件、工业激光器、固体继电器、光耦器件、微波器件、霍尔器件、电源、MEMS等封装，满足这些电子器件能在耐恶劣环境下的使用可靠性。在材料方面，通常选择Al2O3和AlN。

HTCC陶瓷基板

HTCC多层基板具有机械强度较高、导热系数较高、材料成本较低、化学性能稳定、布线密度高等特点，HTCC基板已被广泛应用于高可靠性微电子集成电路、大功率微组装电路、车载大功率电路等产品领域。其中，AlN HTCC多层基板材料热导率高达（170~190）W/（m·K），热膨胀系数仅为4.2×10-6/°C，与硅（Si）、砷化镓（GaAs）及氮化镓（GaN）等半导体材料器件接近；力学强度高、致密性好，能够满足封装气密性要求，是高功率MCM首选的基板材料和封装材料。

HTCC市场发展迅猛

如今，HTCC技术受到下游大功率集成电路以及芯片等产品的更新换代所影响，市场需求较高。根据YH Research的数据，2021年全球HTCC陶瓷封装市场销售额达到180亿元人民币，预计2028年将达到293亿元人民币，年复合增长率为6.75%（2022-2028）。

但HTCC技术壁垒极高，全球陶瓷封装市场集中。纵观全球电子陶瓷市场，2019年数据显示日本占据近一半的市场份额，约为49.8%，美国和欧洲分别占据约30.4%和10.2%。

目前国内针对HTCC陶瓷真正实现量产的企业并不多，主要有中电科13所、中瓷电子、佳丽电子等企业。预计未来几年，得益于国内活跃的市场环境和强大的需求，中国地区将保持快速增长，预计2028年中国市场产值份额将达到32%。在未来，HTCC封装技术将极大地促进电子元器件的使用可靠度。

审核编辑：刘清