2025年7月29日，由中国粉体网主办的“2025高性能陶瓷基板关键材料技术大会”在江苏无锡成功举办！大会期间，中国粉体网邀请到多位业内专家学者做客“对话”栏目，就高性能陶瓷基板关键材料的研究进展及产业现在的状况进行了访谈交流。本期，我们邀请到的是
中国粉体网：傅教授，您能粗略地介绍一下目前陶瓷基板的制备和金属化工艺面临哪些挑战吗？
傅教授：非常荣幸有机会参加本次粉体网组织的高性能陶瓷基板交流论坛，也很荣幸接受粉体网的采访。我们参加类似粉体网或者其他的组织论坛、学术会议，也确实感受到我们的祖国在陶瓷基板，包括陶瓷基板金属化、相关电子封装等方面有长足的进步，但是从整体来讲，目前是在低端产品上面有较大的投入、较大的进展，但是在高端水平，特别是高性能的器件（军用或民用）上面确实存在短板，这些短板其实就是陶瓷基板的制备以及金属化工艺的挑战，包括关键技术的掌握。
在上下游产业协作中，目前还没形成稳定的协作关系，更多是一种竞争关系或者是低端重复现象，像高性能粉体制备，特别是4N、5N这种高纯氧化铝粉体还有所欠缺。因我们要研究面向高端，比如说低空低轨卫星的通讯，也就是6G甚至6G以上的通信，那么新的通讯技术对器件的封装材料要求慢慢的升高，因此对粉体的要求也越高，因为粉体的纯度越高，它的烧结助剂就越少，烧结过程中烧结温度的控制就越难，并且不可以通过添加烧结助剂的方式来解决，只可以通过降低粉体的粒度，但粉体粒度降低以后，在流延成型或烧结过程中会面临一些新的问题和技术挑战。
从装备来讲，制造陶瓷基板的树脂体系要求对粉体有良好的润湿性、流变特性等等，这也会对环境有一定的影响，我们大家都希望使用一些环保的溶剂体系，但目前使用的环保溶剂体系未必能够很好的满足陶瓷基板流延的要求，所以这是一个巨大的挑战。
再就是人才教育培训，对于陶瓷基板来讲，目前国内存在相关行业，但并没有开设相关专业，所以人才的培养也很关键，这都是我们应该面临的挑战。此外，我注意到国家工信部关键材料目录中已经列入陶瓷基板，但是在相关地方政府的配套政策，包括产业的相互协作，我认为做的还是不够的。
中国粉体网：傅教授，超薄氧化铝陶瓷基板和氧化铝陶瓷基板的金属化工艺存在哪些区别？
傅教授：这与陶瓷基板本身特性有关系。因为两种材料的膨胀系数相差10倍，在复合过程中会因为巨大的膨胀系数差异，导致在热循环中不可避免的产生热应力，甚至是形变，而翘曲就是形变导致。材料整体的刚度是跟它的尺寸有关，如果强度不变，厚度减小，刚度就必然减小，那么它抵抗金属变形的抗力减小。所以怎样有效的把金属覆接上去，同时改善翘曲，这是跟传统的陶瓷基板完全不同的工艺。
我们尝试过薄膜工艺、电镀工艺等等，这能实现金属层制备，但不能有效改善翘曲。目前我们尝试用新的氧化还原方式先在陶瓷表面构造多孔的铜层，然后再进行致密化的工艺，能解决以上问题。但目前只是在实验室中进行研究和探索，真正批量生产时，它是不是适合工业化生产是未知的，所以这里还有很多具有挑战性的技术层面、学术层面的问题。
中国粉体网：傅教授，目前陶瓷基板种类有氧化铝、氮化硅、氮化铝等等，课题组深入研究的氮化铝陶瓷基板和超薄氧化铝陶瓷基板的应用场景主要有哪些？
傅教授：目前来讲它跟半导体器件的发展紧密关联。就半导体而言，按现在的分类方法，分为第一代半导体、第二代半导体和第三代半导体，第一代半导体是以锗、硅等单质元素半导体为主；第二代半导体以化合物半导体为核心，比如砷化镓、磷化铟；第三代半导体以氮化镓和碳化硅为代表，甚至现在又提出基于氧化镓和金刚石的第四代半导体。另外，从工作的状态去区分的，第一代半导体是低频、低功率，一般来讲处理的主要是弱电，是微电子的信号，这叫低频、低功率，第二代半导体能处理高功率，叫低频、高功率，那么第三代半导体是高频、高功率，比如说氮化镓、碳化硅都是处理高频信号，而且是大电流。那么从这个方面来讲，对频率的要求、对介质的介电性能的要求、对导热性能的要求，甚至对强度的要求都比原有器件提升很多，就像盖房子一样，早期一个土屋就能满足基础要求，但现在必须要住别墅是一样的道理。
因此，高频、高功率要满足它的信号传输、热传导以及使用场景下的力学性能要求，这必然对封装材料提出了更高的要求，所以研究从氧化铝至氮化铝、氮化硅，未来还可能会出现新的封装材料。
那么从大的角度来讲，没有一种材料能够覆盖所有器件封装，它都存在针对性。目前适用高频高功率的是氮化铝和氮化硅陶瓷基板，如果对导热性能要求不高，可以用氧化锆增韧氧化铝陶瓷基板（ZTA），但如果对导热性能要求高、对强度要求高，现在普遍采用氮化硅，特别是车载用、高铁用。所以材料特性不一样，金属化的要求和工艺也不一样。
另外一个显著问题是成本，如果只要求性能，不控制成本，也难以得到市场的认可，所以我们在这方面做了多探索，我们课题组主要瞄准先进功率半导体、先进电子封装，就涉及的关键技术问题或是科学问题开展研究工作。当然，目前研究的工作还比较基础，希望能够通过论坛有机会跟更多的上下游企业合作。我们同目前合作企业的合作成效显著，跟企业合作的核心难点是要充分信任，这和行业之间协作是一样的道理，若企业对你不信任，那很难达成合作，所以在起步阶段，我们并没有急于寻求经费支持，而是帮企业进行相关探索性工作来奠定信任基础，后面进一步合作就水到渠成。
傅教授：刚才也有提及，目前我们课题组从事相关研究有二、三十年，从基板制备，氧化铝到氮化铝到氮化硅。我们除了流延成型、电子浆料的制备、丝印工艺，目前向陶瓷3D打印、集成封装拓展。集成封装是课题组目前的关注重点，针对现在人工智能的发展，比如台积电提出的CoWoS工艺，关键就是玻璃载板，我们课题组也聚焦于玻璃载板金属化开发，进行TGV工艺研究。另外针对集成封装进行低温共烧粉体、低温共烧工艺的研究，我们也在和企业合作进行高温共烧的研究。总的来说，我们的研究领域涵盖整个微电子，特别是功率电器件封装的制程。但是坦白讲，我们目前的工作侧重于基础层面，器件级层面做的不够充分。我觉得我们的核心职能，也是高校的核心职能是为行业培养人才，目前来讲，课题组毕业近100多名学生，都是在行业中作为关键的技术人员，这是我认为我们最突出的贡献。
中国粉体网：傅教授，您认为未来陶瓷基板的发展趋势如何？会呈现出一个怎样的技术更迭？
傅教授：简单来讲，现在提出了新模式。目前人工智能方面，机器人特别是家用机器人、服务机器人不断出现，那也就从另一方面代表着要突破传统。比如脑机结合是需要跟生物体结合，传统的基板必然会有新的挑战。目前在满足现有封装要求的技术之上，肯定要结合需求牵引，任何一个技术的发展都是需求牵引，也就是行业的变化来自于市场的需求，比如针对人工智能的加快速度进行发展、家用机器人的加快速度进行发展，甚至将来面对移民太空的计划、建立月球基地的计划，都需要相关技术探讨研究支持，适应太空环境、特殊场景的新材料，或是新材料的组合，这一些都会不断涌现，所以我认为传统基板不会消失，但肯定会有新发展以及新材料的出现。
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