无线充电产品开发

  • 无线电能传输是不通过导线或导体,直接由供电设备将电能(电力)传送至用电装置, 用于对电池充电,或同时供其本身运作之用。无线传电通常可利用电磁场耦合效应运作,包括感应耦合(Inductive Coupling)和共振耦合(Resonant Coupling)。 广义而言,所有无线电波的传播都是一种能量传输,区别在无线传电的「效率」和「功率」较高。

    应科院研发的中等距离无线电能传输方案是基于磁场耦合共振理论,此中等距离无线充电模块的设计可发射功率大于33瓦,充电距离约15厘米,及支持多个接收器同时工作,此外,模块可成为支持用于不同类型产品的无线充电技术平台。

    应科院的无线充电模块

    特点

    • 覆盖中等距离(高达线圈直径的7-8倍)
    • 灵活对准位置
    • 多款设备同时充电ging
    • 安全性高,无电磁辐射,低电磁感应发热

    应用

    • 消费电子例如可在家里(A)、在餐厅及快餐店(B)、在车上(C)等地方随时随地进行无线充电
    • 其他应用例如汽车充电(D)、机器人(E)、军事(F)、植入式医疗装置(G)等。
    无线充电的应用

    三维封装及硅通孔技术

  • 应科院的三维封装平台已建立了全面的三维封装方案, 包括封装设计(如堆叠封装POP, 硅通孔TSV等)、工艺建模与仿真(如通孔形成、通孔填充等)及表现特性分析, 均可应用於不同电子产品上 (如记忆体、中央处理器等)。

    用于三维互联工艺的软件

    三维集成电路能够广泛应用到众多的电子产品中,如记忆体、CMOS图像传感器(CIS)、射频集成电路(RFIC)和微机电系统(MEMS)等。作为主要的三维互连制造工艺,铜电镀工艺会受到诸多参数(如硅通孔尺寸、电化学和物理现象)的影响,工业界只能通过试错法来优化工艺及确定配比参数,此方法不仅耗时,而且成本高昂。

    应科院开发了一套软件模拟铜电镀工艺,以确定三维互连制造的精确优化工艺窗口,从而缩短基于三维集成电路的电子产品进入市场的周期。此软件嵌入了通过众多实验验证过的数值模型,包括四个主要的组件:用户界面、计算引擎、优化工艺视窗和结果显示。此模拟和优化软件对于铜电镀工艺的优化工艺窗口的预测准确度能够达到90%以上。

    特点

    • 硅通孔级别、晶圆级别及铜电镀工艺的协同模拟仿真引擎
    • 二维和三维模拟结果显示

    应用

    • 作为离线或线上模拟工具来帮助硅通孔制造商优化其工艺参数
    • 作为线上预测器来帮助电镀设备供应商确定其设备最佳工艺窗口
    • 作为离线模拟器来帮助硅通孔电镀材料供应商开发新型的添加剂
    ASTRI’s software user interface, including wafer pattern input (upper left), 3D simulation result visualization (upper right), key factor analysis (bottom left), and optimal process window (bottom right)
    应科院软件的用户界面,包括晶圆图形的输入(左上)、三维模拟结果的显示(右上)、主要参数的分析(左下)和优化工艺窗口(右下)

    硅通孔CMOS图像传感器晶圆级封装

    利用高分子材料进行硅通孔绝缘的CMOS图像传感器是首个低成本的硅通孔图像传感器,成功用于0.3MP 及 5MP,良率高于95%。利用低温沉积技术的优势, 生产良率因此大幅提升, 亦能保持原有性能而不逊于任何传统封装技术。

    特点

    • 廉价和成熟的生产技术
    • 低温绝缘层沉积技术 – 常温化学气相沉积聚合物绝缘
    • 特殊晶圆级封装设计达成完全或接近防水气渗透
    • 能通过市场上的常规可靠性测试
    • 兼容表面焊接技术

    应用

    • 移动电子产品
    • 无限手持设备,例如内存及处理器等电子应用

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    电力电子技术

  • 三维功率电子模块

    功率半导体主要在逆变器和转换器电路中作为高速和长寿命的换向开关,并已广泛应用于家电、电动汽车、风力及太阳能发电等领域。 除芯片本身的设计外,模块封装于最终产品的电性能、热性能及可靠性等方面都扮演决定性的角色。

    三维功率模块的应用领域
    三维功率模块的应用领域及其对应的开关功率与频率

    针对于传统的线焊封装模块,应科院成功开发全新的无引线封装技术,并于2015年进一步研发三维全塑封技术以大幅度提升IGBT模块整体电热性能及可靠性。

    与传统模块相比,应科院技术可以大幅度降低封装互连的电寄生参数以减低由其产生的过冲电压,并提供双向散热接口以提高整体散热效能。此外,应科院与香港科学园共同组建了一条功率半导体封装中试线,除具备传统的上芯、打粗铝线、真空回流焊炉之外,亦引入母线排超声焊接等新技术。其目的在于:

    • 为业界提供技术转移包括有关工艺参数的整套技术方案;
    • 亦提供小批量IGBT模块的生产支持。
    三维功率电子模块原型产品 (A. 传统线焊封装; B. 三维无引线封装; C. 三维全塑封封装)

     

    系统级封装中试线
    应科院系统级封装中试线

    应科院的先进封装技术团队同时提供封装及系统级多物理场耦合设计、分析及测试服务, 如电寄生参数评估、封装热阻评估、系统级电/热/机械性能优化设计及各种材料参数测试服务等。

    大功率水冷散热IGBT模块比较
    大功率水冷散热IGBT模块比较(侧视截面图)
    IGBT模块之水冷散热模拟
    IGBT模块之水冷散热模拟:水流及温度分布(俯视截面图)

    特点

    • 电压: 650V/1200V
    • 电流: 200A/400A
    • 功率密度:³ 10KW/cm3
    • 开关损耗降低:³ 40%
    • 封装结构热阻:0.1℃/ W
    • 寿命: 10年以上

    应用

    • 电动汽车
    • 动车
    • 马达控制
    • 太阳能/风能发电
    • 通讯设备/数据中心

     

    集成功率电源模块

    功率电源模块是电源系统的核心组件,其作用是将市电转换成实际应用所需要的不同电压电流等级。高度集成及小型化的电源模块通过增加功率密度、电能转换效率及更好的散热设计等手段,使整个系统的性能和可靠性有效地提升。

    应科院成功研发一款单一封装化的集成功率电源模块,此电源模块可广泛应用于通讯及网络设备、铁路、航空航天、医疗及工业设备。通过系统级封装技术可实现三个等级的系统集成:(一)在低温共烧陶瓷LTCC基板中嵌入小型无源组件;(二)把开关器件、驱动及控制电路集成封装;(三)把大型无源组件集成封装。与市场上的产品相比,在符合工业/军工标准的前提下,此电源模块可提升功率密度500%及散热性能100%,用以满足下一代高能耗领域的市场需求。

    应科院的集成功率电源模块

    特点

    • 采用工业标准1/8或1/4砖式结构
    • 输入范围36V-75V
    • 输出电压3.3V-12V
    • 输出电流0-33A
    • 高电能转换效率~95%及高功率密度
    • 宽幅工作温度范围 -55°C ~100°C
    • 高可靠性
    • 卓越的散热性能
    • 全面自我保护

    应用

    • 通信与网络设备、高性能服务器、微处理器
    • 工控设备、铁路、医疗、航空航天
    • 其他对电源功率密度、电能转化效率和散热性能有特殊需求之领域
    集成功率电源模块应用

    高密度互连基板技术

  • 应用于下一代高密度互连基板的微孔电镀添加剂

    高密度互连基板中的微孔在系统集成中有着很多优势,例如性能改进和产品微型化。在铜电沉积制造高密度基板中的微孔时, 电镀添加剂的使用最为重要。现时只有少数电子材料公司能提供先进新型的添加剂并且获利率极高。随着现今先进电子产品微型化和多功能化的趋势,对下一代微孔(<75微米)制造提出了更高的电镀技术要求,包括更薄的表面沉积层和更小的凹坑,因此市场上极需要新型电镀添加剂。

    基于机理性电镀仿真软件的研发,应科院开发了一套快速筛选电镀添加剂的方法,用来缩短材料开发时间和减少开发成本。通过此方法,应科院成功研发了一系列具有精密分子分布的新型电镀抑制剂,以及具有更小质荷比及均衡功能组的新型电镀整平剂,电镀表现更胜于现有的商用添加剂,以满足下一代微孔制造的更高要求。

    特点

    • 微孔中凹坑深度不大于5微米; 铜厚度薄至10微米
    • 高T / P性能的通孔填充
    • 优良的附着力、均匀性和可靠性
    采用应科院开发的添加剂对于50及30微米微孔的填充表现

     

    应用

    • 应用于先进电子设备的高密度、多层、超薄互连基板(例如智能电话、穿戴式电子产品等)
    • 应用于高I/O和高速芯片的微间距IC基板(包括微处理器、存储芯片等)
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    应科院开发可应用于高密度基板之添加剂

     

    应用于下一代高密度互连基板的蚀刻添加剂

    近年来,高密度互连基板日益精细的线宽、图形要求,使得半加成法(SAP)和改良式半加成法(MSAP) 取代传统的减成法成为主流电路制造技术。然而,SAP和MSAP技术仍面对很大的挑战及有很大的提升空间。其中两个挑战性的步骤便是MSAP技术中在完成电路及移除铜籽晶层时采用的差分蚀刻工艺。

    应科院研发了一种解决上述问题的创新方法,即利用新型蚀刻添加剂来克服精细电路中,蚀刻狭窄及高纵横比沟道时的严重底切(undercut)问题。新型的护岸剂(banking agent)可提高沟道侧壁高的蚀刻速率。加速剂亦将被加入在沟道蚀刻中用以加快蚀刻速度,以及与护岸剂一起发挥作用减小底切现象。另外,应科院的最新微通孔及微盲孔的电沉积配方可迎合市场上多个电沉积方案的需求,连同蚀刻添加剂的研制及相关工艺可广泛应用于高密度互连相关应用。

     

    特点

    • 可用于精细电路蚀刻包含双氧水及硫酸制的闪存蚀刻剂
    • 适用于SAP / MSAP工艺
    • 线位/虚位可以达到15微米/15微米
    • 高蚀刻因子,没有底切问题
    • 短蚀刻时间,高蚀刻速率
    • 良好的表面形状和均匀性

    应用

    应用于先进电子设备的高密度、多层、超薄互连基板(智能电话、穿戴式电子产品等)
    • 应用于高I/O和高速芯片的微间距IC基板(微处理器、存储芯片等)

     

    通过使用应科院的护岸剂后的蚀刻结果

     

    良好的均匀性和表面粗糙度

    鋰離子電池

  • 先进的锂离子电池(LIB)技术

    为了满足新型高耗能电子产品应用的需求,现有锂离子电池(LIB)技术的发展必须解决多重技术挑战,其中包括提升电池能量及安全性、降低体积和重量等。这些需求使新型电池材料的研发成为必要。

    高容量活性材料

    应科院专注于下一代锂电池用锡基高容量阳极材料及富锂阴极材料之研究,有望将成为提升未来锂电池电容量的重要成分。该材料兼具高能量密度、良好性价比及低环境污染等商业化电池应用的重要特性。

    特点

    • 富锂镍锰正极活性材料
    • 锡基负极活性材料
    • 兼容电池规格要求
    • 能提高能量密度且降低活性材料成本

    应用

    • 流行电子产品
    • 穿戴式电子产品
    • 先进电子产品
    • 便携电风扇、遥控飞机、相机
    锂离子电池技术应用
    锂离子电池材料製造

     

    锂离子电池内的自动封闭层

    电池安全是一项受到社会大众相当关注的问题。随着锂电池的广泛应用,锂离子电池的使用安全性备受重视。应科院主力研究在锂离子电池内设置自动封闭层,一旦感应到电池内部温度升高到超出安全范围时,其孔隙将即时封闭阻断电池反应,亦即透过抑制电池内连锁反应以免产生爆炸危险。

    特点

    • 在隔膜和极片之间提供良好的粘结性
    • 自动封闭层来控制电池过热

    应用

    • 轻型电动汽车
    • 无人机/机械人
    • 家庭电器
    • 手机/电脑等消费类电子
    多孔涂层

     

    低的自闭孔温度