先進電力電子技術

矽基半導體技術在上個世紀點燃了電子行業的星星之火,促成了英特爾,IBM和其他世界半導體巨頭在「矽谷」的誕生。 如今,全球40%的能源消耗與電力的使用相關,而電力主要由功率半導體設備消耗,因而促使電力電子成為現代電子工業的基礎。 然而,傳統的矽基功率器件難以滿足當今應用端對高效率、高密度和高可靠性的需求,以應對惡劣的環境和輕量化及小型化的趨勢。 隨著材料及工藝的成熟,以氮化鎵和碳化矽為代表的第三代半導體器件取得了突破性的進展,被資料中心、5G通訊、電動汽車、機器人、智慧能源、智慧電網,智慧交通,智慧移動,智慧製造等智慧城市相關行業廣泛接受為下一代的能源解決方案,以支援國家及地方政府的節能環保措施,而與其相關的所有技術可歸類為先進電力電子技術。

根據Global Market Insights發佈的市場調研資料,預計到2024年全球電力電子市場份額將超過450億美元,而亞太地區(APAC),特別是因其不斷創新和製造活動而成為全球製造業中心的中國,預計將佔據最大份額。 此外,第三代半導體器件及其相關封裝和應用的發展已定位為中國「十三五」和「十四五」規劃的主要方向之一,並有望在實施「中國製造2025」和「一帶一路」的國家戰略中發揮主導作用。 應科院的電子元件技術部與中國第三代半導體產業聯盟(CASA)已合作3年以上,並被聯盟指定為連接內地和海外的副理事長單位。

專注于將第三代半導體器件應用於先進電力電子技術中,應科院在過去的5年裡成功構建了一系列的技術平台,其中包括:

 

1. 三維高功率電子模塊封裝技術平台

 

基於三維無引線封裝技術和大規模塑封成型技術,應科院于2015年成功展示了一種新型的三維全塑封無引線封裝形式。 該模塊封裝具有雙面散熱介面及超低的電寄生參數,可以有效解決現有模塊的可靠性及散熱性能的瓶頸。 該模塊技術受到6項美國及中國專利的保護,是將第三代半導體器件應用於電動汽車中的理想封裝平台。

2. 集成功率模塊技術平台

 

 

通過採用器件、基板和模塊三個等級的系統級封裝技術,應科院已成功開發出为下一代網路和電信設備提供更高功率密度、電性及散熱性能的集成功率模塊。 所有開發的平台技術,包括設計、建模模擬、工藝配方和測試等,都已成功地轉移到工業夥伴手中,並在客戶的產線上實現量產。 該項技術受到5項中國專利的保護。

3. 基於氮化鎵的高密度電能轉換技術平台

 

 

該技術平台旨在通過開發「垂直驅動氮化鎵」封裝技術來實現一種新型的模塊化功率開關封裝,以解決柵極高速和高效率的驅動及氮化鎵器件互連的長期可靠性挑戰,為資料中心、電信設備、機器人、軍事和航空航太工業中廣泛採用的下一代直流-直流功率轉換模塊提供解決方案。 該產品的部分技術參數已被收錄于第三代半導體產業聯盟于2018年發佈的第三代半導體電力電子技術路線圖中,且已開發的技術受到10項美國及中國專利的保護。

 

4. 三維繫統級封裝中試線

 

作為開發上述各項平台技術的基礎,應科院與香港科技園公司于2014年共同建成了三維繫統級功率半導體封裝中試線。 該中試線包含24套主要封裝設備,目的是支援各項新產品及封裝形式的工藝研發及技術轉移,並為當地企業提供小批量生產服務。

 

應科院的先進電力電子產品與方案

 

應科院的系統級封裝中試線