國(guó)產(chǎn)氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊，提升新能源汽車(chē)加速度、續(xù)航里程、輕量化、充電速度、電池成本5項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)

一、Si3N4-AMB工藝氮化硅陶瓷基板是SiC汽車(chē)電子功率器件模塊封裝理想之選

當(dāng)前，半導(dǎo)體電子器件行業(yè)廣泛應(yīng)用的陶瓷基板，按照基板材料劃分主要有氧化鋁陶瓷基板(Al2O3)、氮化鋁陶瓷基板(AlN)和氮化硅陶瓷基板(Si3N4)三種。

▲氧化鋁陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板、氮化硅陶瓷基板三種材料性能對(duì)比

其中，氧化鋁陶瓷基板最常用，主要采用DBC工藝，氧化鋁陶瓷基板其制造工藝成熟，并且成本低廉，在中低端領(lǐng)域有較大的市場(chǎng)需求。但是氧化鋁陶瓷基板導(dǎo)熱性差，驟冷驟熱循環(huán)次數(shù)僅僅200余次，跟不上新能源電動(dòng)汽車(chē)等等第三代大功率半導(dǎo)體的發(fā)展。

氮化鋁陶瓷基板導(dǎo)熱率較高，DBC和AMB兩種工藝都有采用，氮化鋁陶瓷基板的導(dǎo)熱性好，且與第三代大功率半導(dǎo)體材料有很好的匹配性，但是氮化鋁陶瓷基板機(jī)械性能和抗熱震性能差，影響半導(dǎo)體器件可靠性，且使用成本較高。

氮化硅陶瓷基板綜合性能優(yōu)異可靠，主要采用活性金屬釬焊覆銅AMB工藝，氮化硅陶瓷基板在導(dǎo)熱性、高機(jī)械強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)、抗氧化性能、熱腐蝕性能、摩擦系數(shù)等方面具有優(yōu)異的性能。它的理論熱導(dǎo)率高達(dá)400W/（m.k），熱膨脹系數(shù)約為3.0x10-6℃，與Si、SiC、GaAs等材料具有良好的匹配性，使氮化硅陶瓷基板成為非常有吸引力的高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性能，完全滿足高溫、大功率、高散熱、高可靠性的第三代大功率半導(dǎo)體電子器件基板材料封裝要求。

氧化鋁陶瓷基板和氮化鋁陶瓷基板普遍使用的DBC直接覆銅工藝，DBC直接覆銅是利用共晶鍵合法工藝制備而成，覆銅層與氧化鋁陶瓷基板和氮化鋁陶瓷基板之間沒(méi)有粘結(jié)材料，采用氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板的半導(dǎo)體電子器件在高溫服役過(guò)程中，往往會(huì)因?yàn)殂~和氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致銅層從氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板表面剝離，因此傳統(tǒng)的采用DBC工藝的氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板已經(jīng)難以滿足高溫、大功率、高散熱、高可靠性的SiC碳化硅汽車(chē)電子功率器件模塊封裝要求。

采用Si3N4-AMB工藝氮化硅陶瓷覆銅基板則是利用包括鈦Ti、鋯Zr、鉭Ta、鈮Nb、釩V、鉿Hf等活性金屬元素可以潤(rùn)濕陶瓷表面的特性，將銅層通過(guò)活性金屬釬料釬焊在Si3N4氮化硅陶瓷基板上。通過(guò)活性金屬釬焊AMB工藝形成的銅與陶瓷界面粘結(jié)強(qiáng)度更高，且Si3N4氮化硅陶瓷基板相比Al2O3氧化鋁陶瓷基板和AlN氮化鋁陶瓷基板同時(shí)兼顧了優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的導(dǎo)熱性，因此采用Si3N4-AMB工藝氮化硅陶瓷覆銅基板各方面性能比較均衡，在高溫下的工作可靠性能更強(qiáng)，所以說(shuō)氮化硅陶瓷覆銅基板是氧化鋁陶瓷基板和氮化鋁陶瓷基板升級(jí)迭代產(chǎn)品，是SiC汽車(chē)電子功率器件模塊封裝理想之選。

二、氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊，提升新能源汽車(chē)五項(xiàng)重要性能

碳化硅SiC作為寬禁帶半導(dǎo)體材料，相對(duì)于Si硅基器件具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、擊穿電場(chǎng)高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，尤其是在高頻、高溫、高壓等工作場(chǎng)景中，有著易散熱、小體積、 高功率、低能耗等一眾明顯的優(yōu)勢(shì)。

▲全球汽車(chē)廠商部分車(chē)型逆變器技術(shù)碳化硅SiC功率模塊量產(chǎn)時(shí)間

現(xiàn)如今，隨著新能源電動(dòng)汽車(chē)爆發(fā)式增長(zhǎng)，氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊，對(duì)提升新能源汽車(chē)加速度、續(xù)航里程、輕量化、充電速度、電池成本5項(xiàng)性能尤為重要。全球眾多汽車(chē)廠商在新出的新能源電動(dòng)汽車(chē)車(chē)型上，大都采用了或者準(zhǔn)備采用氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊。據(jù)業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)估計(jì)，隨著眾多基于800V高壓平臺(tái)架構(gòu)的新能源汽車(chē)將進(jìn)入量產(chǎn)階段，到2030年將有超過(guò)65%的新能源電動(dòng)汽車(chē)電子功率器件領(lǐng)域采用Si3N4-AMB氮化硅陶瓷覆銅基板工藝升級(jí)的SiC功率模塊技術(shù)。

1、氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊提升新能源電動(dòng)汽車(chē)加速度性能

曾幾何時(shí)，談起新款剛上市新能源電動(dòng)汽車(chē)的重要性能，起步百公里加速時(shí)間是一項(xiàng)必談重要性能參數(shù)。新能源電動(dòng)汽車(chē)加速性能與動(dòng)力系統(tǒng)輸出的最大功率和最大扭矩密切相關(guān)，氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊技術(shù)允許驅(qū)動(dòng)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)承受更大輸入功率，而且不怕因?yàn)?a href="http://www.makelele.cn/tags/電流/" target="_blank">電流過(guò)大所導(dǎo)致的熱效應(yīng)和功率損耗，這就意味著新能源電動(dòng)汽車(chē)起步時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以輸出更大扭矩，提升加速度，強(qiáng)化加速性能。

2、氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊增加新能源電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程

續(xù)航里程，續(xù)航里程，還是續(xù)航里程。續(xù)航里程是目前新能源電動(dòng)汽車(chē)的首要痛點(diǎn)。氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊通過(guò)導(dǎo)通與開(kāi)關(guān)兩個(gè)維度降低電能損耗，減少電能耗損失，提升效率，從而實(shí)現(xiàn)增加新能源電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的目的。

3、氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊縮短新能源電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間

充電時(shí)間長(zhǎng)短是評(píng)價(jià)一輛新能源電動(dòng)汽車(chē)性能的重要參數(shù)，氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊，可在800V的高壓平臺(tái)上搭配350kW超級(jí)充電樁，以提升充電速度，縮短充電時(shí)長(zhǎng)。

4、氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊有助于新能源電動(dòng)汽車(chē)輕量化

氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊能夠?qū)崿F(xiàn)高頻開(kāi)關(guān)，減少濾波器，變壓器、電容、電感等無(wú)源器件的使用，從而減少系統(tǒng)體系和重量，相同功率等級(jí)下實(shí)現(xiàn)封裝體積尺寸更小。同時(shí)，氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊且具有良好的熱導(dǎo)率，可以使器件模塊工作于較高的環(huán)境溫度中，從而減少散熱器體積和重量。SiC可以降低開(kāi)關(guān)與導(dǎo)通損耗，使系統(tǒng)效率提升，同樣續(xù)航范圍內(nèi)，可以減少電池容量，有助于車(chē)輛輕量化。

5、氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊降低新能源電動(dòng)汽車(chē)電池成本

充電功率相同的情況下，氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車(chē)在800V高壓快充架構(gòu)下的高壓線束直徑更小，相應(yīng)成本更低；氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊高熱導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車(chē)電池散熱的更少，相對(duì)降低電池?zé)峁芾黼y度，進(jìn)一步降低電池整體成本。

三、威海圓環(huán)氮化硅陶瓷基板提升新能源汽車(chē)加速度、續(xù)航里程、輕量化、充電速度、電池成本五項(xiàng)重要性能

2015年9月，威海圓環(huán)先進(jìn)陶瓷股份有限公司開(kāi)啟了高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板技術(shù)研發(fā)自主創(chuàng)新之路，在研制高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板過(guò)程中，抓住生產(chǎn)細(xì)節(jié)，把握技術(shù)核心，不斷發(fā)現(xiàn)和解決各類(lèi)生產(chǎn)的難題，歷時(shí)七年，威海圓環(huán)生產(chǎn)的0.32mmX139.7mmX190.5mm行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板已經(jīng)達(dá)到量產(chǎn)的水平，突破了西方先進(jìn)國(guó)家在高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板的技術(shù)保護(hù)和應(yīng)用產(chǎn)品對(duì)我國(guó)“卡脖子”難題。

▲威海圓環(huán)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格0.32mmX139.7mmX190.5mm的高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板

威海圓環(huán)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷基板具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、高機(jī)械強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)等眾多優(yōu)良性能。威海圓環(huán)氮化硅陶瓷基板熱導(dǎo)率高達(dá)85W/（m.k），熱膨脹系數(shù)約為3.0x10-6℃，與SiC碳化硅材料具有良好的匹配性。威海圓環(huán)氮化硅陶瓷基板遠(yuǎn)高于300A的電流承載能力輕松應(yīng)對(duì)高壓擊穿，能在800V甚至1000V的電壓平臺(tái)下正常工作；威海圓環(huán)氮化硅陶瓷基板三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度達(dá)600Mpa，超高斷裂韌性能有效減少因釬焊界面不致密而出現(xiàn)較多空洞而誘發(fā)的裂紋，威海圓環(huán)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷基板將成為國(guó)產(chǎn)SiC汽車(chē)電子功率器件模塊封裝理想之選。

隨著國(guó)產(chǎn)新能源電動(dòng)汽車(chē)爆發(fā)式發(fā)展，威海圓環(huán)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷基板通過(guò)升級(jí)SiC功率模塊性能，將為提升國(guó)產(chǎn)新能源汽車(chē)加速度、續(xù)航里程、輕量化、充電速度、電池成本5項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)做出貢獻(xiàn)。

▲威海圓環(huán)生產(chǎn)高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板各項(xiàng)理化指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際上行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

威海圓環(huán)先進(jìn)陶瓷股份有限公司是一家專業(yè)從事Si?N?高熱導(dǎo)率氮化硅陶瓷基板、氮化硅微珠、氮化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷磨介環(huán)、氮化硅陶瓷磨介球、可重復(fù)利用的高熱導(dǎo)氮化硅陶瓷坩堝、氮化硅陶瓷結(jié)構(gòu)件等系列氮化硅精密陶瓷材料的生產(chǎn)企業(yè)。高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板可以按用戶特殊要求定制。關(guān)于高熱導(dǎo)率氮化硅陶瓷基板的性能、規(guī)格、技術(shù)參數(shù)等問(wèn)題——威海圓環(huán) 顏輝l86O64ll446隨時(shí)歡迎各位同行、各位同仁交流探討！國(guó)產(chǎn)氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊，提升新能源汽車(chē)加速度、續(xù)航里程、輕量化、充電速度、電池成本5項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)。

威海圓環(huán)多年來(lái)與海內(nèi)外先進(jìn)陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)軍人物建立了深厚的技術(shù)合作關(guān)系，在國(guó)內(nèi)精密陶瓷材料領(lǐng)域具有一定權(quán)威和建樹(shù)的高等院校和科研機(jī)構(gòu)建立了校企研發(fā)合作關(guān)系，擁有了一批多年從事研制、開(kāi)發(fā)的中高級(jí)技術(shù)人員和管理人員，使我們具有精湛的技術(shù)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、高效的管理水平。威海圓環(huán)公司研發(fā)及生產(chǎn)測(cè)試團(tuán)隊(duì)具有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，核心工程師擁有十余年的精密陶瓷技術(shù)積累和強(qiáng)大的應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。威海圓環(huán)始終致力于高性能及高可靠性氮化硅陶瓷設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)銷(xiāo)售，打造高熱導(dǎo)率氮化硅陶瓷基板生產(chǎn)領(lǐng)軍品牌，持續(xù)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新為客戶及時(shí)提供高性價(jià)比的氮化硅陶瓷材料產(chǎn)品和服務(wù)。

國(guó)產(chǎn)氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊，提升新能源汽車(chē)加速度、續(xù)航里程、輕量化、充電速度、電池成本5項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)（顏輝）

審核編輯黃宇