我国碳化硅、氮化镓模块封装在封装材料和封装工艺远远落后于国外,随着《中国制造2015》、《工业绿色发展专项行动实施方案》、《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》以及“特高压规划”等一系列的政策密集出台,我国的高速铁路、城市轨道交通、新能源汽车、智能电网和风能发电等项目成为未来几年“绿色经济”的热点。而这些项目对碳化硅、氮化镓模块的需求迫切且数量巨大,将极大促进我国碳化硅、氮化镓模块的发展,未来我国碳化硅、氮化镓模块封装发展首先要突破的瓶颈是DBC基板和银烧结技术。根据新思界产业研究中心公布的《2017-2022年中国碳化硅半导体封装技术专项调研报告》显示,目前国内碳化硅封装基板及界面连接技术呈现以下特点:
1、DBC基板 。2016年全球直接覆铜(DBC)陶瓷基板市场规模达到了4.42亿元,其中中国、德国(欧洲)、韩国、日本、美国和台湾地区等是主要的生产和消费地区。目前高端产品主要有德国、韩国、日本等企业生产,主要公司有丸和电子、罗杰斯、同欣电子、KCC和Remtec等,中国企业除了上海申和(日企)外,其他规模相对较小,且产品处于低端水平。中国碳化硅、氮化镓模块封装产业的发展迫切需要基础材料的突破,DBC技术已列入《中国制造2025》的重大攻关项目。
我国DBC基板的研发集中在高校、科研院所,国内部分公司已经掌握了AIN-DBC的生产技术。国内DBC生产工艺和技术在不断取得突破,2017年3月以杨会生为骨干的北京科技大学材料学院表面与界面梯队,经过多年研究在活性金属钎焊(AMB)陶瓷覆铜基板工程化制造领域取得突破,在国内率先研制成功大面积(4.5”*4.5”)氮化铝覆铜基板。该团队在研制过程中先后突破了高精度钎料涂覆技术,建立了降低焊接应力的理论,实现了高纯度焊接和焊接层组织精密控制等工艺过程,该项目已投资1000万元建设年产10000片的生产线。
2、银烧结技术 。传统的软钎料焊接方式已经不能适应碳化硅、氮化镓模块封装要求,作为第三代半导体封装的核心技术,银烧结技术可以实现“低温烧结,高温服役”,已经成为碳化硅、氮化镓模块封装的必备技术。目前国内的银烧结技术尚处于探索阶段,银烧结的关键设备、原材料均依赖进口,尚没有实现商业化的应用,随着电力电子半导体的迅速发展,银烧结技术在国内的关注度越来越高,银烧结技术逐步进入实验探索阶段,电子科技集团公司第55研究所和51所是国内银烧结技术的主要机构,在国内拥有领先优势。
新思界
产业研究员认为,碳化硅、氮化镓(射频/非射频)模块封装涉及设备、材料各个方面,已有部分国内企业在相关领域开展了研究,但比较分散,加强企业间的联系,积极与科研院所联合开发增强企业研发实力的有效途径。三菱电机株式会社的CTO为GourabMajumdar博士,是一名美国人,在技术更替迅速的半导体封装产业,国外碳化硅、氮化镓(射频/非射频)模块封装企业对人才高度重视,研发体系非常成熟,国内企业在碳化硅、氮化镓(射频/非射频)模块封装中应建立完善的人才培养引进体制,建立完善的研发体制。