无线电能传输技术

  • 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系统的设计可实现发射功率大于33瓦及充电距离远至15厘米,并支持多个接收器同时工作,成为支持用于不同类型产品的无线充电技术平台。

     

    特点

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

     

    应用

    • 消费类电子应用、智能家居、传感器及致动器等;
    • 其他应用,例如机器人、电动汽车、军工、无人船及无人水下装置、植入式医疗装置等
    应科院的无线充电系统展示套件
    无线充电技术的典型应用

    先进电力电子技术

  • 硅基半导体技术在上个世纪点燃了电子行业的星星之火,促成了英特尔,IBM和其他世界半导体巨头在“硅谷”的诞生。如今,全球40%的能源消耗与电力的使用相关,而电力主要由功率半导体设备消耗,因而促使电力电子成为现代电子工业的基础。然而,传统的硅基功率器件难以满足当今应用端对高效率、高密度和高可靠性的需求,以应对恶劣的环境和轻量化及小型化的趋势。随着材料及工艺的成熟,以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体器件取得了突破性的进展,被数据中心、5G通讯、电动汽车、机器人、智慧能源、智能电网,智能交通,智能移动,智能制造等智能城市相关行业广泛接受为下一代的能源解决方案,以支持国家及地方政府的节能环保措施,而与其相关的所有技术可归类为先进电力电子技术。

    根据Global Market Insights发布的市场调研数据,预计到2024年全球电力电子市场份额将超过450亿美元,而亚太地区(APAC),特别是因其不断创新和制造活动而成为全球制造业中心的中国,预计将占据最大份额。此外,第三代半导体器件及其相关封装和应用的发展已定位为中国“十三五”和“十四五”规划的主要方向之一,并有望在实施“中国制造2025”和“一带一路”的国家战略中发挥主导作用。应科院的电子元件技术部与中国第三代半导体产业联盟(CASA)已合作3年以上,并被联盟指定为连接内地和海外的副理事长单位。

    专注于将第三代半导体器件应用于先进电力电子技术中,应科院在过去的5年里成功构建了一系列的技术平台,其中包括:

     

    1. 三维高功率电子模块封装技术平台

     

    基于三维无引线封装技术和大规模塑封成型技术,应科院于2015年成功展示了一种新型的三维全塑封无引线封装形式。该模块封装具有双面散热界面及超低的电寄生参数,可以有效解决现有模块的可靠性及散热性能的瓶颈。该模块技术受到6项美国及中国专利的保护,是将第三代半导体器件应用于电动汽车中的理想封装平台。

     

    2. 集成功率模块技术平台

     

    通过采用器件、基板和模块三个等级的系统级封装技术,应科院已成功开发出为下一代网络和电信设备提供更高功率密度、电性及散热性能的集成功率模块。所有开发的平台技术,包括设计、建模仿真、工艺配方和测试等,都已成功地转移到工业伙伴手中,并在客户的产线上实现量产。该项技术受到5项中国专利的保护。

     

    3. 基于氮化镓的高密度电能转换技术平台

     

    该技术平台旨在通过开发“垂直驱动氮化镓”封装技术来实现一种新型的模块化功率开关封装,以解决栅极高速和高效率的驱动及氮化镓器件互连的长期可靠性挑战,为数据中心、电信设备、机器人、军事和航空航天工业中广泛采用的下一代直流-直流功率转换模块提供解决方案。该产品的部分技术参数已被收录于第三代半导体产业联盟于2018年发布的第三代半导体电力电子技术路线图中,且已开发的技术受到10项美国及中国专利的保护。

     

    4. 三维系统级封装中试线

     

    作为开发上述各项平台技术的基础,应科院与香港科技园公司于2014年共同建成了三维系统级功率半导体封装中试线。该中试线包含24套主要封装设备,目的是支持各项新产品及封装形式的工艺研发及技术转移,并为当地企业提供小批量生产服务。

     

    应科院的先进电力电子产品与方案

     

    应科院的系统级封装中试线

    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