國產氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，提升新能源汽車5項重要性能

國產氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，提升新能源汽車5項重要性能

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

當前，半導體電子器件行業廣泛應用的陶瓷基板，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，在中低端領域有較大的市場需求。但是氧化鋁陶瓷基板導熱性差，驟冷驟熱循環次數僅僅200余次，跟不上新能源電動汽車等等第三代大功率半導體的發展。

氮化鋁陶瓷基板導熱率較高，DBC和AMB兩種工藝都有采用，氮化鋁陶瓷基板的導熱性好，且與第三代大功率半導體材料有很好的匹配性，但是氮化鋁陶瓷基板機械性能和抗熱震性能差，影響半導體器件可靠性，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熱性、高機械強度、低膨脹系數、抗氧化性能、熱腐蝕性能、摩擦系數等方面具有優異的性能。它的理論熱導率高達400W/（m.k），熱膨脹系數約為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度、高導熱性能，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有粘結材料，采用氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板的半導體電子器件在高溫服役過程中，往往會因為銅和氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板之間的熱膨脹系數不同而產生較大的熱應力，從而導致銅層從氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板表面剝離，因此傳統的采用DBC工藝的氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板已經難以滿足高溫、大功率、高散熱、高可靠性的SiC碳化硅汽車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濕陶瓷表面的特性，將銅層通過活性金屬釬料釬焊在Si3N4氮化硅陶瓷基板上。通過活性金屬釬焊AMB工藝形成的銅與陶瓷界面粘結強度更高，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兼顧了優異的機械性能和良好的導熱性，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，所以說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迭代產品，是SiC汽車電子功率器件模塊封裝理想之選。

二、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，提升新能源汽車五項重要性能

碳化硅SiC作為寬禁帶半導體材料，相對于Si硅基器件具有禁帶寬度大、熱導率高、擊穿電場高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等諸多優勢特點，尤其是在高頻、高溫、高壓等工作場景中，有著易散熱、小體積、高功率、低能耗等一眾明顯的優勢。

▲全球汽車廠商部分車型逆變器技術碳化硅SiC功率模塊量產時間

現如今，隨著新能源電動汽車爆發式增長，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，對提升新能源汽車加速度、續航里程、輕量化、充電速度、電池成本5項性能尤為重要。全球眾多汽車廠商在新出的新能源電動汽車車型上，大都采用了或者準備采用氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊。據業內機構估計，隨著眾多基于800V高壓平臺架構的新能源汽車將進入量產階段，到2030年將有超過65%的新能源電動汽車電子功率器件領域采用Si3N4-AMB氮化硅陶瓷覆銅基板工藝升級的SiC功率模塊技術。

1、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊提升新能源電動汽車加速度性能

曾幾何時，談起新款剛上市新能源電動汽車的重要性能，起步百公里加速時間是一項必談重要性能參數。新能源電動汽車加速性能與動力系統輸出的最大功率和最大扭矩密切相關，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊技術允許驅動電機在低轉速時承受更大輸入功率，而且不怕因為電流過大所導致的熱效應和功率損耗，這就意味著新能源電動汽車起步時，驅動電機可以輸出更大扭矩，提升加速度，強化加速性能。

2、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊增加新能源電動汽車續航里程

續航里程，續航里程，還是續航里程。續航里程是目前新能源電動汽車的首要痛點。氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊通過導通與開關兩個維度降低電能損耗，減少電能耗損失，提升效率，從而實現增加新能源電動汽車續航里程的目的。

3、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊縮短新能源電動汽車充電時間

充電時間長短是評價一輛新能源電動汽車性能的重要參數，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，可在800V的高壓平臺上搭配350kW超級充電樁，以提升充電速度，縮短充電時長。

4、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊有助于新能源電動汽車輕量化

氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊能夠實現高頻開關，減少濾波器，變壓器、電容、電感等無源器件的使用，從而減少系統體系和重量，相同功率等級下實現封裝體積尺寸更小。同時，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊且具有良好的熱導率，可以使器件模塊工作于較高的環境溫度中，從而減少散熱器體積和重量。SiC可以降低開關與導通損耗，使系統效率提升，同樣續航范圍內，可以減少電池容量，有助于車輛輕量化。

5、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊降低新能源電動汽車電池成本

充電功率相同的情況下，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊實現新能源電動汽車在800V高壓快充架構下的高壓線束直徑更小，相應成本更低；氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊高熱導率實現新能源電動汽車電池散熱的更少，相對降低電池熱管理難度，進一步降低電池整體成本。

三、威海圓環氮化硅陶瓷基板提升新能源汽車加速度、續航里程、輕量化、充電速度、電池成本五項重要性能

2015年9月，威海圓環先進陶瓷股份有限公司開啟了高導熱氮化硅陶瓷基板技術研發自主創新之路，在研制高導熱氮化硅陶瓷基板過程中，抓住生產細節，把握技術核心，不斷發現和解決各類生產的難題，歷時七年，威海圓環生產的0.32mmX139.7mmX190.5mm行業標準規格的高導熱氮化硅陶瓷基板已經達到量產的水平，突破了西方先進國家在高導熱氮化硅陶瓷基板的技術保護和應用產品對我國“卡脖子”難題。

▲威海圓環行業標準規格0.32mmX139.7mmX190.5mm的高導熱氮化硅陶瓷基板

威海圓環生產的氮化硅陶瓷基板具有優異的導熱性、高機械強度、低膨脹系數等眾多優良性能。威海圓環氮化硅陶瓷基板熱導率高達85W/（m.k），熱膨脹系數約為3.0x10-6℃，與SiC碳化硅材料具有良好的匹配性。威海圓環氮化硅陶瓷基板遠高于300A的電流承載能力輕松應對高壓擊穿，能在800V甚至1000V的電壓平臺下正常工作；威海圓環氮化硅陶瓷基板三點彎曲強度達600Mpa，超高斷裂韌性能有效減少因釬焊界面不致密而出現較多空洞而誘發的裂紋，威海圓環生產的氮化硅陶瓷基板將成為國產SiC汽車電子功率器件模塊封裝理想之選。

隨著國產新能源電動汽車爆發式發展，威海圓環生產的氮化硅陶瓷基板通過升級SiC功率模塊性能，將為提升國產新能源汽車加速度、續航里程、輕量化、充電速度、電池成本5項性能優勢做出貢獻。

▲威海圓環生產高導熱氮化硅陶瓷基板各項理化指標達到了國際上行業標準

威海圓環先進陶瓷股份有限公司是一家專業從事Si?N?高熱導率氮化硅陶瓷基板、氮化硅微珠、氮化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷磨介環、氮化硅陶瓷磨介球、可重復利用的高熱導氮化硅陶瓷坩堝、氮化硅陶瓷結構件等系列氮化硅精密陶瓷材料的生產企業。高導熱氮化硅陶瓷基板可以按用戶特殊要求定制。關于高熱導率氮化硅陶瓷基板的性能、規格、技術參數等問題——威海圓環 顏輝l86O64ll446隨時歡迎各位同行、各位同仁交流探討！國產氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，提升新能源汽車5項重要性能。

威海圓環多年來與海內外先進陶瓷材料技術領軍人物建立了深厚的技術合作關系，在國內精密陶瓷材料領域具有一定權威和建樹的高等院校和科研機構建立了校企研發合作關系，擁有了一批多年從事研制、開發的中高級技術人員和管理人員，使我們具有精湛的技術、嚴謹的治學態度、高度的敬業精神、高效的管理水平。威海圓環公司研發及生產測試團隊具有豐富的行業經驗，核心工程師擁有十余年的精密陶瓷技術積累和強大的應用開發能力。威海圓環始終致力于高性能及高可靠性氮化硅陶瓷設計開發和生產銷售，打造高熱導率氮化硅陶瓷基板生產領軍品牌，持續通過技術創新為客戶及時提供高性價比的氮化硅陶瓷材料產品和服務。

國產氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，提升新能源汽車5項重要性能（顏輝）