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2024-07-11
为推动IGBT功率器件产业及碳化硅产业的创新发展，促进材料、装备与加工技术的创新应用，艾邦半导体网于7月5日在苏州举办了第三届功率半导体IGBT/SiC 产业论坛，此次论坛围绕IGBT、SiC等功率半导体的市场发展趋势、芯片设计、模块封装、材料创新、工艺设备及应用，以及碳化硅加工环节的单晶生长、衬底制备、晶片切磨抛等主题展开，旨在为行业打造一个可以深度合作的专业综合性交流平台，聚集行业智慧，推动行业发展！
此次论坛有13位业内大咖进行了演讲分享，14家先进企业对IGBT/SiC模块、芯片、设备、材料等解决方案进行了展台展示，接下来一起从嘉宾分享、展台风采、现场互动及特写回顾一下本此论坛。
赛米控丹佛斯致力于打造电力电子领域的全球技术领导者，其产品包括半导体器件、功率模块、模组和系统。本次论坛，塞米控丹佛斯市场产品经理赵满员围绕“碳化硅在电驱系统的解决方案”主要讲解了两个方面，为什么碳化硅是电驱系统应用的推荐方案以及赛米控丹佛斯的产品解决方案。在电驱系统的基本工况下，新一代碳化硅在导通损耗、散热体积、短路保护、系统成本、功率效率等方面有着明显优势。整体来看，碳化硅模块替代IGBT模块可以节省更多的体积、输出更多的功率以及适应高速的应用。赛米控丹佛斯在碳化硅半导体领域有着15年的经验，在芯片焊接、银烧结、端子焊接等方面都有成熟的技术，并得到了大批量应用。
智新半导体是东风汽车和中车针对车规级功率模块合资成立的企业，主要专注于封装测试环节。本次论坛，智新半导体研发经理王民对电动汽车的发展、Si IGBT/SiC MOSFET芯片技术发展、功率模块发展以及电驱动功率模块的研发及应用进行了分享。新能源汽车动力核心在于电驱动，电驱动的核心在于逆变器，逆变器的核心在于功率半导体。王经理提到SiC MOS结构由平面栅向沟槽栅发展，塑封是未来碳化硅模块封装发展趋势，散热影响最大的是陶瓷层和基板焊层。SiC模块应用在800V电驱上可提升4%的效率，改善70%电控损耗。智新半导体有着自己的研发团队和专利，其碳化硅模块已经在去年实现量产，能为客户提供一整套方案。
麦德美乐思是一家全球领先的工业金属与塑料表面处理化学品供应商，其独特的化学配方，能提高产品的耐磨和耐蚀性能，还能增强工件的外观美感。随着电动车的需求和持有率逐渐升高，在热管理方面电动车比传统燃油车有更大的功率和效率优势。本次论坛，麦德美乐思亚洲产品经理董培以电动车电驱动为突破口，提出了对功率模块散热的解决方案，从材料选择、设计、散热片表面处理等方面进行了演讲。麦德美乐思专注于化学品的研发生产，其表面处理+烧结/焊接解决方案，属于行业无双的领先企业。
上海及瑞工业设计提供定制化的“数字孪生”正向设计制造协同资讯方案。在芯片的小型化和高度集成化、AI算力和速度的提升及普及应用的驱动下，国内芯片环境越来越卷，技术研发难度增加。大多国内企业在IGBT产品在散热、可靠性及寿命设计研发方面基于经验和反复物理试错，导致国产IGBT芯片用的材料成本高，性能和可靠性低，且产品迭代速度慢。基于此情况，王苓总经理介绍了数字孪生在这些方面的精益研发，提出失效分析、寿命和可靠性控制、装配优化、专业仿真和全生命周期疲劳及寿命预测等解决方法，实现降本增效。
普赛斯仪表作为半导体电性能测试解决方案商，以数字源表为核心，立足于国产化需求，聚焦于功率半导体。碳化硅模块测试的需求和规格不断提高，需要更高精度和产能。普赛斯副总经理王承介绍了碳化硅模块的静态测试，以及不稳定机制带来的阈值电压漂移、封装集成的电热应力问题和解决方案、以及在新兴应用下面临的新挑战。王经理提到，新能源汽车将成为SiC未来五年的核心应用阵地。
大族半导体成立于2010年，专注于激光切割技术，是大族激光集团全资子公司，主要研究应用于硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓、陶瓷、蓝宝石等材料的加工、生产制造、视觉检测装备，覆盖衬底制造、芯片加工、封装等环节。本次论坛，大族技术总监巫礼杰主要围绕“激光技术在碳化硅材料加工中的应用”进行讲解。激光技术可用于隐切、切片、改制打孔、表面烧蚀、退火、掺杂活化等方面。随着碳化硅晶圆尺寸从6英寸增加到8英寸，激光切割技术可改善传统切片技术在材料损耗、效率和良率等方面的问题，实现晶圆高精度、低损伤剥离。此外，巫总对激光改质切割、新型SDBG划片、激光退火、激光解键合等技术及其装备进行了精彩分享。
合肥恒力装备有限公司隶属于中国电子科技集团有限公司第四十三研究所，目前已形成网带炉、推板炉、周期炉和辊道炉4大设备系列、五十多种设备类型，主要服务于电子元器件、金属热处理、新能源、新材料4大主力产业。刘博主要围绕芯片半导体封装/连接用关键设备以及陶瓷基板用关键设备进行了讲解，芯片半导体核心设备包括纳米银烧结设备、甲酸真空焊接设备、真空回流焊设备；陶瓷基板用设备包括AMB真空钎焊设备、DBC陶瓷基板专用设备、HTCC行业专用设备等。
碳化硅和氮化镓宽禁带功率半导体是节能技术王牌，由于采用原有的封装技术和材料，早期碳化硅模块可靠表现远远不如硅基功率模块，其中烧结技术是关键之一。烧结材料有银/铜/银铜复合烧结材料、瞬态液相烧结材料等。刘洋教授提到现有芯片烧结连接材料的行业痛点包括：银烧结材料成本高、工艺苛刻、铜烧结氧化问题等，同时刘教授对铜烧结和银烧结的区别和优势进行了对比分析，对烧结工艺的多样化、烧结材料的体系化进行了分析和介绍。
中国科学院苏州纳米所加工平台的张工对碳化硅单晶生长、切磨抛、外延生长、器件制备中的缺陷进行了介绍，随后重点介绍了4H-SiC晶型在注入退火等过程中的应变演变和位错行为，双极型器件性能退化与解决途径。中国科学院苏州纳米所纳米加工平台具有完整的SiC功率器件研发工艺线，拥有投影式光刻机、高温离子注入机、栅氧氧化炉、高温退火炉等SiC专有设备，并搭建了SiC二极管电流-电压自动测试设备。张工强调：温度不均匀引起的热应力对4H-SiC功率器件结构中的位错行为起着决定性的作用。
烁科晶体是国内从事第三代半导体材料碳化硅生产和研发的领军企业，形成了碳化硅粉料制备、单晶生长、晶片加工等整套生产线，并在国内率先完成4、6、8英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底技术攻关。马总对SiC MOSFET与Si基功率晶体管进行了对比，碳化硅器件更适合中高压方面，但由于成本原因，限制了碳化硅的发展，但碳化硅未来在光伏发电、电车驱动等市场上都有广阔的前景。随后马总介绍了碳化硅粉体合成、单晶生长、晶片加工等环节工艺的发展。目前烁科晶体已实现30万片6英寸碳化硅衬底的年产能。
连强半导体的吴总对碳化硅行业国内发展趋势、碳化硅晶体结构、切片工艺现状、切片工艺研发方向、连强碳化硅加工设备等方面进行了讲解。吴总预测，8英寸碳化硅衬底与4-6英寸发展情况类似，预计技术成熟大概需要4年时间，到2025年逐渐放量。碳化硅切割难度大与晶体结构及硬度、脆性有关，目前主要有砂浆切割、金刚线切割和激光切割三种，吴总对这三种技术的发展现状、优劣势和研发方向分别进行了对比，他认为在6英寸碳化硅切割上，砂浆切割更有优势，而8英寸上，砂浆和激光切割将并行发展。连强半导体为碳化硅加工行业提供截断机、滚圆机、切片机等设备。
伴随着下游对功率密度需求持续增长，封装模块材料和工艺需要不断迭代。碳化硅模块相比于硅基有带隙宽、体积减少1/3-1/5、功耗降低60%-80%等优势，但硬度过大，封装难度也更大。目前主要有4个基本迭代方向：连接工艺从锡焊料到烧结银，关键是内互联；框架增加陶瓷片/DBC/AMB等陶瓷基板；键合从铝线键合到粗铜线键合；封装方式从灌胶到塑封，关键有翘曲仿真、寄生电感、绝缘问题、热阻等。此外，第三代半导体在可靠性测试上也在不断的创新发展。炽芯微立志成为国内一流的汽车SiC模块供应商，进行了一体多翼的布局，包括封装材料研究、封装方法EDA、封装工艺研究以及封装可靠性研究。
武汉理工大学的王教授主要介绍了超快激光技术、碳化硅半导体以及超快激光在碳化硅加工、抛光、退火中的应用三个方面。激光不断向着能量更强、脉冲更短、功率更高的方向发展，超快激光指激光作用时间（脉宽）远小于体系激发后达到热平衡的时间，可分为皮秒、飞秒等。在碳化硅半导体领域，超快激光主要用于表/隐切晶锭、抛光衬底、超快激光退火等领域。武汉理工大学已在武汉、佛山两地投资建成激光工艺应用研发中心，开发了高速高精度飞秒激光光刻装备、纳米3D打印装备、超快激光退火装备等。
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