干货| 第三代半导体功率器件及封测技术峰会在深圳成功召开

日期:2022-11-07 来源:半导体产业网阅读:1120
核心提示:半导体产业网讯:11月6日,第三代半导体功率器件及封测技术峰会在深圳会展中心成功召开。

  半导体产业网讯:11月6日,第三代半导体功率器件及封测技术峰会在深圳会展中心成功召开。

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  本次会议由半导体产业网、第三代半导体产业、博闻创意会展(深圳)有限公司主办,苏试宜特检测技术股份有限公司、全国 LED 产业产教融合(东莞)职业教育集团支持协办,会上来自南方科技大学、深圳大学、深圳清华大学研究院、英飞凌、苏试宜特、誉鸿锦电子、基本半导体、泰克科技等专家学者企业代表围绕碳化硅、氮化镓功率器件模块封装技术,芯片先进封装之失效分析、功率器件的性能表征和可靠性测试等主题展开研讨交流。开场由第三代半导体产业技术创新战略联盟人才发展中心副主任孙腾主持,报告环节特邀请深圳大学材料学院研究员、广东省杰青刘新科博士主持。

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报告环节特邀主持人:深圳大学材料学院研究员、广东省杰青刘新科博士

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南方科技大学深港微电子学院副教授 叶怀宇博士

  会上,南方科技大学深港微电子学院副教授叶怀宇博士在分享《碳化硅功率器件模块封装》主题报告中,从功率器件及第三代半导体展开详细分享,他表示,第三代半导体碳化硅(SiC)相比于前两代半导体材料,具备大禁带宽度、大漂移速率、大热导率、大击穿场强等“四大”优势,从而能够开发出更适应高功率、高频、高温、高电压等“四高”恶劣条件的功率半导体器件。整体来看,碳化硅的耐高压能力是硅的10倍、耐高温能力是硅的2倍、高频能力是硅的2倍。与硅基模块相比,碳化硅二极管及MOS管组成的模块,不仅具有碳化硅材料本征特性优势,在应用时还可以缩小模块体积50%以上、消减电子转换损耗80%以上,实现小能耗、小体积、小重量、小成本“四小”从而降低综合成本。此外,报告还针对碳化硅功率器件及模块,器件及封装失效分析及SUSTech SiC Group等方面展开详细案例分析和技术进展介绍。

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苏试宜特检测技术股份有限公司处长蔡甦谷

  苏试宜特检测技术股份有限公司处长蔡甦谷分享了《芯片先进封装之失效分析与应用》主题报告。他介绍,先进封装失效分析工具,失效分析与应用等方面展开详细介绍。他表示传统封装分析工具有超声波扫描、2D X射线检测、机械切片研磨、离子束剖面研磨、扫描电镜、2D/3D 光学显微镜等,先进封装分析工具包括热点侦测微光显微镜、3D X射线检测、超声波切割机、双束可聚焦离子束、双束电浆离子束等。随后他结合实效分析案例及应用进行了详细介绍。他介绍,目前苏试宜特检测技术股份有限公司盖集成电路验证检测、数据报告分析以及科技咨询服务于一体的高科技企业。苏试宜特实验室和业务办公室分布在上海、北京、深圳、厦门、成都、西安等产业链发达地区,服务行业跨越商业工业 汽车电子产业,其中不乏博世、高通、先端电子、三星电子等欧美日韩的IC产业龙头,以及华为-海思、寒武纪、地平线、中芯国际、紫光同创、华大北斗、集创北方、汇顶、紫光展锐、京东方等国内的行业翘楚。在半导体验证与分析产业拥有近20年的雄厚经验,作为“集成电路产业供应链专家医院”蜚声业内。

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英飞凌汽车电子事业部动力与新能源业务市场部市场经理张昌明

  英飞凌汽车电子事业部动力与新能源业务市场部市场经理张昌明分享了《分立碳化硅器件应用与系统热设计》主题报告。报告从分立碳化硅器件在xEV应用领域分析,分立碳化硅器件的封装类型与系统热设计优化,分立碳化硅器件的特性等方面进行详细分析介绍,以及英飞凌相应的解决方案。他介绍,英飞凌拥有丰富的汽车半导体产品线覆盖全汽车应用领域,目前成为跃居全球第一车用半导体供应商。

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深圳清华大学研究院高级工程师陈高攀

  深圳清华大学研究院高级工程师陈高攀分享了《碳化硅衬底材料超光滑制造技术研究》主题报告。他介绍,团队依托广东省光机电一体化重点实验室、深圳市微纳制造重点实验室,多年来致力于开展集成电路第三代半导体衬底材料、硅芯片、IC 芯片化学机械抛光方面的研究。他表示,一般来说,为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的以达到镜面级加工表面为目、精度极高的一种跨学科综合加工技术。超精密加工具有加工深度为亚微米级,加工精度可达纳米级,表面粗糙度低于1纳米,加工最小尺寸纳米级等特点。碳化硅衬底超光滑制造面临的挑战,碳化硅具有高硬度、化学惰性、易碎性等特点,难以加工。据台湾工研院测算:碳化硅加工制造成本占总成本的47%,给其应用带来较大困难。其中,研磨工艺表面除了出现脆性崩裂外,亚表面存在裂纹及较大的残余应力;降低磨粒或加工工具的硬度可以避免脆性去除,然而去除效率较低。在抛光工艺方面,化学反应层的结构、成分、密度等完全不同于基体,硬度远低于样件基体,几乎对基体不产生影响,抛光后生成超光滑表面。激光加工属于非接触加工方式,不会产生机械损伤;激光加工工艺替代研磨工艺,激光加工后碳化硅衬底直接利采用化学机械抛光处理实现超光滑制造。并重点介绍了激光协同化学机械抛光技术,该技术具备去除亚表面缺陷,生成硅氧化物,提升摩擦性能等等优势;并分享了激光加工热加工、冷加工策略等,当前取得最优结果最优参数下SiC亚表面损伤层大幅减少;化学机械抛光3h 后在SEM下表面已经无机械作用产生缺陷。此外还介绍了催化辅助化学机械抛光技术,针对SiC抛光速率低瓶颈问题,将催化原理引入超光滑加工体系;引入紫外光来催化氧化反应,能够提高氧化物质(?OH)的产生速率,从而提高SiC去除速率。加入新型催化剂能够显著降低活化能,使材料表面的化学反应容易发生,从而提高去除速率。

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江西誉鸿锦电子技术有限公司总经理蔡翰宸

  江西誉鸿锦电子技术有限公司总经理蔡翰宸分享了《氮化镓MOS FET封装应用》主题报告。他介绍了YHJ GaN FET 的封装优势及价值主张。他表示,HS GaN 100%解决了普通增强型(E mode)氮化镓元件之栅极驱 动器、为了舍弃高成本的标准栅极驱动电路,而改采低成本之  “阻容降压钳制线路”,进而产生潜在布线设计不到位的 “炸 管” “炸机” 的高风险。总体也需要多达8个器件,除炸管风 险高之外,也占据较大的主板面积。HS GaN栅极驱动电路简单,仅需2个电阻及一个二极管,与传 统硅超结器件(super junction)相同,简洁的布线电路有效降 低了PCB的占用面积,特别适合小尺寸的快充设计。主控IC至HS GaN元件栅极距离短,减少寄生电感效应,使得元件在高频操作下能够极大的减少栅极损耗。HS GaN兼容所有主控IC (主流驱动电压通常为12V) ,不受限 于“直驱”或“合封”限制。支持QR返驰、箝位ACF返驰、升压PFC与高瓦数半桥LLC谐振 拓朴.Rg/R1/D1 位于外部,可由外部调试Rg控制栅极关断电压 上升和开通电压下降速度,有利于EMI和效率优化,直接驱动 氮化镓元件不需使用驱动IC,可节省成本且系统相较于整合型 氮化镓元件可应用于任何功率等级、任何频率以及任何标准控 制/主控芯片。

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深圳大学材料学院研究员、广东省杰青刘新科博士

  深圳大学材料学院研究员、广东省杰青刘新科博士带来了《氮化镓单晶功率器件的研究进展》主题报告。他表示,第三代半导体氮化镓切合国家“新基建”的国家战略需求,国家科技部战略性先进电子材料的稳定专项支持,卡脖子问题;响应双碳政策,《深圳市进一步推动集成电路产业发展行动计划(2019-2023年)》;2022年《深圳市人民政府关于发展壮大战略性新兴产业集群和培育发展未来产业的意见》; 2022年《半导体与集成电路高质量发展》新政;GaN产业位列20个战略性新兴产业重点细分领域之一。第三代半导体氮化镓: 特色GaN-on-GaN工作,GaN-on-GaN技术路线的独特特点:1)缺陷密度极低(约103cm-2); (2)横行器件和纵向器件; (3) 相同器件面积下,更大的电流和更高的耐压;(4) 超强的器件可靠性,无电流崩塌等;坚持“四个面向” 加快科技创新,面向经济主战场(GaN-on-Si)、面向国家重大需求(GaN-on-GaN) 。报告还重点介绍了基于氮化镓单晶衬底的二极管器件,基于氮化镓单晶衬底的三极管器件,2D/氮化镓单晶的范德华异质结的半导体器件研究进展以及GaN-on-GaN 技术的系列成果。

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深圳基本半导体有限公司工业业务部总监杨同礼

  深圳基本半导体有限公司是中国第三代半导体行业领军企业,致力于碳化硅功率器件的研发与产业化。公司成立于2016年6月,总部位于深圳,在北京、上海、南京、无锡、香港、日本名古屋设有子公司及制造基地。并已经形成在碳化硅器件(二极管、MOSFET)、车规级碳化硅功率模块、功率器件驱动芯片及模块和功率半导体测试设备产品系列。来自深圳基本半导体有限公司工业业务部总监杨同礼分享了《未来已来--功率半导体的碳化硅时代》报告,报告重点对功率半导体发展历程、碳化硅半导体材料性能优势、碳化硅目前重要应用以及碳化硅材料单晶生长技术,碳化硅衬底切割技术、碳化硅键和剥离技术、碳化硅外延生长技术、碳化硅功率器件-结构设计、工艺开发,碳化硅功率模块封装技术等展开详细介绍。他表示,碳化硅目前主要应用于工业电源、光伏发电、通信电源、新能源汽车等领域,其中典型应用为新能源汽车,在电动汽车中需要使用碳化硅器件的装置DC/AC主逆变器、OBC车载充电器、DC/DC变换器,采用碳化硅器件的电驱系统,体积节省40%,重量减轻30%,效率提升10%。知名车企纷纷布局碳化硅应用,特斯拉 Model 3/Y 车型采用了意法半导体的碳化硅MOSFET模块,显著提升车辆续航里程与性能。2020年,比亚迪高端车型“汉”搭载了碳化硅器件;预计到2023年,比亚迪将在旗下的电动车中,实现碳化硅器件对硅基IGBT器件的全面替代,将整车性能在现有基础上再提升10%。在轨道交通应用中,2013年2月,三菱电机向东京地铁供应混合碳化硅模块,是全球首次在轨道交通辅助电源上使用碳化硅器件;2020年7月,日本新干线新一代N700S系电力动车组投入运营,在牵引逆变器中采用了碳化硅器件作为核心功率器件;中国中车正在积极开展碳化硅器件上高铁的工作。在智能电网应用方面,高压大电流碳化硅器件已经达到万伏级,国家电网预测2030年后将实现商业化应用,用于电网输电环节的大容量变换设备,市场容量巨大。根据Yole预测,2021-2027年全球碳化硅功率器件市场规模有望从10.90亿美元增长至62.97亿美元,CAGR为34%。

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深圳信息职业技术学院及电子科技大学博士后梁仁瓅

  深圳信息职业技术学院及电子科技大学博士后梁仁瓅在《AlInGaN 基紫外LED封装技术研究》报告。他介绍,随着LED制造技术的发展,AlInGaN基紫外LED的性能也在稳步提升,将替代传统汞灯逐步成为新一代的紫外光源。目前紫外LED的波段逐渐往深紫外短波方向发展,辐照强度也往大功率方向发展。然而由于受到高A1组分外延生长技术的限制,以及器件欧姆接触、封装技术的影响,目前紫外LED与蓝白光LED相比存在光提取效率低和寿命差等问题,这对紫外LED的封装工艺和可靠性提出了更高的需求。为了获得低热阻、高光效和高可靠的紫外光源,报告从紫外LED固晶工艺出发,结合仿真和实验,围绕增强光提取效率开展相关研究,并使用氧化石墨烯纳米材料进行可靠性封装,最后将所优化的封装工艺应用于深紫外LED净化光源设计,为AlInGaN基紫外LED的封装设计提供了理论和实验支撑。

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泰克科技(中国)有限公司总监孙川

  泰克科技(中国)有限公司总监孙川分享了《功率器件的性能表征和可靠性测试方法》报告。他表示,目前SiC/GaN功率器件测试存在挑战,主要在探头通道延迟校准,动态导通电阻的测量,共模干扰的影响,测试带宽的影响,Crosstalk串扰影响,高dv/dt高di/dt,探头杂感的影响,主回路杂感控制,高带宽电流的测试,探头连接的影响,多种封装的适配等等。泰克公司深耕半导体测试领域多年,在与全球客户的长期交流合作过程中,泰克不但为客户提供了大量性能可靠,特性优异的测试测量工具,同时也深刻理解客户在测试过程中可能遇到的复杂问题。

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现场花絮

 

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