雷光寅博士:功率半导体模块对先进陶瓷基板的需求(报告)
功率半导体器件是电力电子技术及其应用装置的基础,是推动电力电子变换器发展的主要源泉。功率半导体器件处于现代电力电子变换器的心脏地位,它对装置的可靠性、成本和性能起着十分重要的作用。
功率器件几乎用于所有的电子制造业。目前功率半导体的应用范围已从传统的工业控制和 4C产业(计算机、通信、消费类电子产品和汽车),扩展到新能源、轨道交通、智能电网等新领域。
而功率器件的制造离不开电子封装,电子封装为芯片和电子元件提供机械支撑和环境保护,实现电互联和信号传输,提供快速散热通道,让器件能更好的发挥各项性能。其中,电子封装用基板材料要求具有低成本、易加工、高导热性与绝缘等特性,而陶瓷基板材料凭借其极好的耐高温、耐腐蚀、热导率高、机械强度高、热膨胀系数与芯片相匹配及不易劣化等特性成为大功率、高密度、高温及高频器件封装的首选。
目前,用在功率半导体器件领域的陶瓷基板材料主要为氧化铝、氮化铝、氮化硅等,三者在性能、工艺、成本等方面各有优势及不足,而具体的材料选择以及发展方向,是由下游功率半导体模块提出的需求决定的。其中,作为大功率电子半导体模块的优势材料,氮化铝和氮化硅基板,目前仍旧还处于不相伯仲的竞争状态。
氮化铝基板的优势在于傲视其他基板的热导率,而氮化硅基板的优势在于综合性能优秀,它的热导率比氮化铝低,但它的抗弯强度更高,与此同时,与第三代半导体SiC的热膨胀匹配性更好。究竟哪一种基板会成为市场主流?而在当前SiC芯片极度缺芯的态势下,下游的功率模块制造商又何去何从?而在具体应用过程中,模块的性能又对基板材料提出了怎样的发展方向?
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雷光寅,博士,复旦大学研究员
本科毕业于浙江大学,博士毕业于美国弗吉尼亚理工大学。曾在美国福特汽车公司全球研发中心与上海蔚来汽车工作10余年,负责新能源汽车电机控制器研发项目,研究领域集中在功率半导体模块封装、可靠性验证及失效分析,发表论文20余篇,获得30余项国际发明专利与申请。
粉体圈会务组