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氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，威海圆环助力我国新能源汽车性能狂飙 一、第 3 代半导体材料 —— 碳化硅 SiC 性能优势明显 碳化硅 SiC 是第 3 代宽禁带半导体代表材料，具有热导率高、击穿电场高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，采用碳化硅 SiC 制材料备的第 3 代半导体器件不仅能在较高温度下稳定运行，还能以较少的电能消耗，获得更高效的运行能力。 相比于首代 Si 硅基半导体，第 3 代宽禁带半导体碳化硅 SiC 具有 2 倍的极限工作温度、 10 倍的击穿电场强度、 3 倍的禁带、超过 2 倍的饱和电子漂移速率、 3 倍的热导率即 3 倍的冷却能力。 ▲ 1-3 各代半导体材料性能对比 碳化硅 SiC 作为第 3 代半导体材料性能稳定高效，广泛应用于电动汽车、充电设备、便携式电源、储能设备、通信设备、机械臂、飞行器、太阳能光伏发电、风力发电、高铁等等众多高电压和高频率工业领域。受益于 5G 通信、国防军工、新能源汽车、新能源光伏和风力发电等领域的高速发展，碳化硅二极管、碳化硅 MOSFET 、碳化硅功率芯片、 SiC 碳化硅功率模块等碳化硅功率器件市场规模急速膨胀。 ▲当氮化硅基板邂逅碳化硅功率模块，国产第 3 代半导体材料助力我国新兴工业高速发展 二、 AMB 工艺氮化硅基板是第 3 代半导体材料碳化硅功率模块器件封装完美之选 目前，半导体电子器件行业广泛应用的陶瓷基板，通常按照基板材料划分主要有 Al2O3 氧化铝陶瓷基板、 AlN 氮化铝陶瓷基板和 Si3N4 氮化硅陶瓷基板三种。 氧化铝陶瓷基板优劣势。氧化铝基板最常见，通常采用 DBC 工艺，氧化铝基板低介电损耗、化学稳定性优良、机械强度较高，其制造工艺成熟、且成本低廉，主要在中低端工业应用领域有较大的市场需求。但是氧化铝基板导热性差，骤冷骤热循环次数仅仅 200 余次，无法满足日益发展的新能源电动汽车等第 3 代大功率半导体的应用发展需求。 氮化铝陶瓷基板优劣势。氮化铝基板导热率较高，具有优良的绝缘性， DBC 和 AMB 两种工艺均有采用，氮化铝基板的导热性能好，且与第 3 代大功率半导体材料有很好的匹配性，但是氮化铝基板机械性能和抗热震性能差，不仅影响半导体器件可靠性，而且氮化铝基板属于高强度的硬脆材料，在复杂服役环境下，容易损坏，使用成本较高。 ▲氮化硅陶瓷基板、氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板三种材料性能对比 氮化硅陶瓷基板优劣势。氮化硅基板综合性能优异可靠，主要采用活性金属钎焊覆铜 AMB 工艺，氮化硅基板在高导热性、高机械强度、低膨胀系数、抗氧化性能、热腐蚀性能、低介电损耗、低摩擦系数等方面具有优异的性能。它的理论热导率高达 400W/ （ m.k ），热膨胀系数约为 3.0x10-6℃ ，与 Si 、 SiC 、 GaAs 等材料都有良好的匹配性，氮化硅基板的高强度和高导热性能完全满足高温、大功率、高散热、高可靠性的第 3 代大功率半导体电子器件基板材料封装要求。 氧化铝基板和氮化铝基板普遍使用的 DBC 直接覆铜工艺， DBC 直接覆铜是利用共晶键合法工艺制备而成，覆铜层与氧化铝基板和氮化铝基板之间没有粘结材料，采用氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的半导体电子器件在高温工作过程中，通常会因为铜和氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板之间的热膨胀系数不同而产生较大的热应力，从而导致覆铜层从氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板表面剥离，因此，采用传统的 DBC 工艺的氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板已经难以满足大功率、高温、高散热、高可靠性的 SiC 碳化硅汽车电子功率器件模块等第 3 代大功率半导体材料封装要求。 采用 AMB 工艺氮化硅陶瓷覆铜基板则是利用包括钛 Ti 、锆 Zr 、钽 Ta 、铌 Nb 、钒 V 、铪 Hf 等活性金属元素可以润湿陶瓷表面的特性，将覆铜层通过活性金属钎料钎焊在氮化硅陶瓷基板上。通过活性金属钎焊 AMB 工艺形成的铜与氮化硅陶瓷界面粘结强度更高，且氮化硅陶瓷基板相比 Al2O3 氧化铝陶瓷基板和 AlN 氮化铝陶瓷基板同时兼顾了优异的机械性能和良好的导热性，因此采用 AMB 工艺氮化硅陶瓷覆铜基板各方面性能比较均衡，在高温下的工作可靠性能更强，所以说氮化硅陶瓷覆铜基板是氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板升级产品，是第 3 代半导体材料 SiC 汽车电子功率器件模块封装完美之选。 三、 当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，新能源汽车开启性能狂飙模式 碳化硅 SiC 作为第 3 代宽禁带半导体材料，相对于第 1 代 Si 硅基半导体器件具有禁带宽度大、热导率高、击穿电场高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等众多技术优势，尤其是在高频、高温、高压等工作场景中，有着易散热、小体积、 高功率、低能耗等诸多明显的优势特点。 当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，氮化硅基板的优异高强度和高导热的综合性能，完美配套升级碳化硅功率模块的性能优势。氮化硅基板配套升级碳化硅功率模块的宽禁带特性有助于提高碳化硅器件的稳定性，使其具备良好的耐高温性、耐高压性和抗辐射性，显著提升器件功率密度，从而利于系统散热与终端小型轻便化；氮化硅基板配套升级碳化硅功率模块的高击穿电场强度特性，有助于提高碳化硅器件的功率范围，降低通电电阻，使其具备耐高压性和低能耗性，利于器件体积薄化的同时提高系统驱动力；氮化硅基板配套升级碳化硅功率模块的高饱和电子漂移速率特性意味着较低的电阻，显著降低能量损失，简化周边被动器件，大幅提升开关频率同时提高整机效率。 ▲当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，新能源汽车开启性能狂飙模式 当下，新能源电动汽车爆发式增长的势头不可阻挡，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块，对提升新能源汽车加速度、续航里程、充电速度、轻量化、电池成本等各项性能尤为重要。全球众多汽车厂商在新能源电动汽车车型上，大都采用了或者准备采用氮化硅陶瓷基板升级碳化硅二极管、碳化硅 MOSFET ，以及由碳化硅二极管与碳化硅 MOSFET 构成的 SiC 功率模块等碳化硅功率器件。据业内资深机构最新估计，随着众多基于 800V 及以上高压平台架构的新能源汽车已经进入量产阶段，以及随着氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块产能提升成本价格下探，到 2030 年将有超过 75% 的新能源电动汽车电子功率器件领域采用 AMB 氮化硅陶瓷覆铜基板工艺升级的 SiC 功率模块技术。 1 、当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，新能源电动汽车开启加速度性能 起步百公里加速时间是每一新款刚上市的新能源电动汽车的重要性能参数。新能源电动汽车加速性能与动力系统输出的最大功率和最大扭矩密切相关，当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块技术允许驱动电机在低转速时承受更大输入功率，而且不惧因为电流过大所导致的热效应和功率损耗，这就意味着新能源电动汽车起步时，驱动电机可以输出更大扭矩，提升加速度，强化加速性能。 2 、当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，新能源电动汽车增加续航里程 续航里程是当前新能源电动汽车的主要痛点。当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块通过导通与开关两个维度降低电能损耗，以最大限度地减少寄生效应和热阻，提升效率减少与 DC-AC 转换有关的功率损耗，从而实现增加新能源电动汽车续航里程的目的。 3 、当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，新能源电动汽车缩短充电时间 充电时间长短是评价一辆新能源电动汽车性能体验感的重要参数，当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块高击穿电场强度特性，有助于提高碳化硅器件的功率范围，降低通电电阻，可在 800V 及以上的高压平台上搭配 350kW 以上超级充电桩，以提升充电速度，缩短充电时长。 4 、当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，有助于新能源电动汽车轻量化 当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块增强电气和机械性能以及可靠性，能够实现高频开关，减少滤波器，变压器、电容、电感等无源器件的使用，从而减少系统体系和重量，相同功率等级下实现封装体积尺寸更小。同时，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块且具有良好的热导率，可以使器件模块工作于较高的环境温度中，从而减少散热器体积和重量。 SiC 可以降低开关与导通损耗，使系统效率提升，同样续航范围内，可以减少电池容量，有助于车辆轻量化。 5 、当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，新能源电动汽车降低电池成本 充电功率相同的情况下，当氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块实现新能源电动汽车在 800V 高压快充架构下的高压线束直径更小，相应成本更低；氮化硅陶瓷基板升级 SiC 碳化硅功率模块高热导率实现新能源电动汽车电池散热的更少，相对降低电池热管理难度，进一步降低电池整体成本。 四、当国产氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，助力我国新能源汽车性能狂飙 2015 年 9 月，威海圆环先进陶瓷股份有限公司开启了高导热氮化硅陶瓷基板技术研发自主创新之路，在研制高导热氮化硅陶瓷基板过程中，抓住生产细节，把握技术核心，不断发现和解决各类生产的难题，历时七年，威海圆环生产的 0.32mmX139.7mmX190.5mm 行业标准规格的高导热氮化硅陶瓷基板已经达到量产的水平，解决了西方先进国家在高导热氮化硅陶瓷基板的技术保护和应用产品对我国 “ 卡脖子 ” 难题。 ▲威海圆环行业标准规格 0.32mmX139.7mmX190.5mm 的高导热氮化硅陶瓷基板 例如 1 ：某次威海圆环内部产品质量分析会上，一位操作工人发现， V 型混料机混料后的粉体不均匀，会造成部分产品的性能指标不合格。威海圆环的各级领导对这个细节问题十分重视，并要求相关部门进行针对性试验，拿出科学数据，要从根本上解决这个质量问题的隐患。通过对不同规格和不同形状混料的研磨介质材料进行多次对比试验，发现加入适当比例的氮化硅陶瓷微珠，可以有效解决 V 型混料机的混料不均匀的问题。就这样，设备还是原来的设备，混料研磨介质材料的形状、粒径大小和填充比例做了细微的改变，解决了生产中出现的问题，使得产品的质量得到了可靠的保障。 例如 2 ：在研制生产高导热氮化硅陶瓷基板的粉体材料配方过程中，为了降低晶格氧含量来制得高热导率的氮化硅，从原料粉体选择、烧结剂的选择开始，威海圆环采购了国内外多个厂家的氮化硅粉体进行对比试验。当时为了氮化硅陶瓷导热率这一个参数，威海圆环几乎买遍了国内外的所有稀元素品种，就这样 “ 日复一日，年复一年 ” ，做实验样品 — 烧结 — 测试，这样的过程进行了上千次的重复，经过长时间的不懈努力，威海圆环氮化硅试块的导热率稳定的达到了 80W/(k.m) 以上，解决了高导热氮化硅陶瓷基板的配方问题。 例如 3 ：自主研发氮化硅陶瓷基板专用装备最重要的是气压烧结炉，由于是盲跑，国内烧结炉生产厂家无法提供填炉、烧结工艺的支持，从原材料的甄选，备品备件等，所有的环节都需要自主研发。高导热氮化硅陶瓷基板的平整度指标，是影响良品率的重要因素，受烧结设备、烧结工艺参数和装钵工艺等综合因素的影响，在整炉基板平整度合格率方面威海圆环就经历了无数次的失败，基板的合格率总是达不到理想的水平。最终威海圆环发现是由于烧结位置的不同，基板气压烧结炉内温度场的不均匀等，是造成基板平整度合格率低的重要原因。于是威海圆环聘请专业窑炉设计人员参与对气压烧结炉进行针对性的热场优化和控制优化设计，成功制造出高导热氮化硅陶瓷基板专用的气氛气压烧结炉。正所谓“工欲善其事，必先利其器”，新型的专用窑炉作为“母机”使高导热氮化硅陶瓷基板的烧结过程变得稳定而可控，又完成了一次基础专业设备的自主设计制造的跨越。 诸如此类的生产技术难题，威海圆环先进陶瓷股份有限公司在研制高导热氮化硅陶瓷基板过程中，始终坚持抓生产细节，抓核心技术难点，发现和解决各类生产的难题近百个，历时七年之久，威海圆环生产的 0.32mmX139.7mmX190.5mm 行业标准规格的高导热氮化硅陶瓷基板已经达到量产的水平，终于解决了西方先进国家在高导热氮化硅陶瓷基板的技术保护和应用产品对我国 “ 卡脖子 ” 难题。 ▲威海圆环生产高导热氮化硅陶瓷基板各项理化指标达到了国际上行业标准 威海圆环生产的氮化硅陶瓷基板具有优异的导热性、高机械强度、低膨胀系数等众多优良性能。威海圆环氮化硅陶瓷基板热导率高达 85W/ （ m.k ），热膨胀系数约为 3.0x10-6℃ ，与 SiC 碳化硅材料具有良好的匹配性。威海圆环氮化硅陶瓷基板远高于 300A 的电流承载能力轻松应对高压击穿，能在 800V 甚至 1000V 的电压平台下正常工作；威海圆环氮化硅陶瓷基板三点弯曲强度达 600Mpa ，超高断裂韧性能有效减少因钎焊界面不致密而出现较多空洞而诱发的裂纹，威海圆环生产的氮化硅陶瓷基板将成为国产 SiC 碳化硅汽车电子功率器件模块封装完美之选。 随着国产新能源电动汽车爆发式发展，威海圆环生产的氮化硅陶瓷基板通过升级 SiC 碳化硅功率模块性能，将为提升国产新能源汽车加速度、续航里程、轻量化、充电速度、电池成本等各项性能优势做出贡献，威海圆环助力中国新能源汽车开启性能狂飙模式。 威海圆环先进陶瓷股份有限公司是一家专业从事 Si ₃ N ₄ 高热导率氮化硅陶瓷基板、氮化硅微珠、氮化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷磨介环、氮化硅陶瓷磨介球、可重复利用的高热导氮化硅陶瓷坩埚、氮化硅陶瓷结构件等系列氮化硅精密陶瓷材料的生产企业。高导热氮化硅陶瓷基板可以按用户特殊要求定制。关于高热导率氮化硅陶瓷基板的性能、规格、技术参数等问题 —— 威海圆环 颜辉 l86O64ll446 随时欢迎各位同行、各位同仁交流探讨！氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，威海圆环助力我国新能源汽车性能狂飙。 ▲威海圆环行业标准规格 0.32mmX139.7mmX190.5mm 的高导热氮化硅陶瓷基板 威海圆环多年来与海内外先进陶瓷材料技术领军人物建立了深厚的技术合作关系，在国内精密陶瓷材料领域具有一定权威和建树的高等院校和科研机构建立了校企研发合作关系，拥有了一批多年从事研制、开发的中高级技术人员和管理人员，使我们具有精湛的技术、严谨的治学态度、高度的敬业精神、高效的管理水平。威海圆环公司研发及生产测试团队具有丰富的行业经验，核心工程师拥有十余年的精密陶瓷技术积累和强大的应用开发能力。威海圆环始终致力于高性能及高可靠性氮化硅陶瓷设计开发和生产销售，打造高热导率氮化硅陶瓷基板生产国货领军品牌，持续通过技术创新为客户及时提供高性价比的氮化硅陶瓷材料产品和服务。 氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模块，威海圆环助力我国新能源汽车性能狂飙（颜辉）

氮化硅基板 是一种新型的材料，具有高功率密度、高转换效率、高温性能和高速度等特点。这使得氮化硅线路板有着广泛的应用前景和市场需求，正因为如此斯利通现正全力研发氮化硅作为基材的线路板。 以下是氮化硅陶瓷线路板的板材测试数据： 以上数据仅供参考，具体数据因不同的制作方法和工艺而有所不同，但总体上氮化硅陶瓷线路板具有极高的性能稳定性和可靠性，适用于高温、高压、高频和化学腐蚀等极端工况下的应用。 氮化硅（SI3N4）陶瓷线路板是一种采用氮化硅陶瓷材料作为基板的高性能电子线路板。它具有优异的机械和电性能，可以在高温和高频环境下运作。本文将对氮化硅陶瓷线路板市场进行调研，并分析其市场优势、趋势和未来前景。 根据市场研究公司Analysis and Forecast to 2027发布的报告显示，氮化硅陶瓷线路板市场在2020年的价值为7.89亿美元，预计到2027年将增加至14.15亿美元，年复合增长率为8.4%。 1. LED照明：氮化硅线路板在LED照明领域得到广泛应用。由于其高导热性和高可靠性，可以使LED的发光效率和寿命得到改善。 2. 电源：氮化硅线路板在电源市场中的应用迅速增长。高效的开关电源、电力转换器和DC-DC转换器等都使用氮化硅线路板。 3. 射频：氮化硅线路板在射频市场中也拥有广泛应用。由于其高频率响应和高功率密度，可以用于广播电视、卫星通信和基站等领域。 市场优势 1. 优异的性能：氮化硅陶瓷线路板具有优异的机械、电热和尺寸稳定性能。在高温、高频和高压等极端环境下，仍能保持稳定的性能。 2. 应用广泛：氮化硅陶瓷线路板可以用于航空、航天、卫星、汽车、电信和医疗等多个行业，例如高频通讯和传感器。 3. 短时间流程：由于氮化硅具有热、耐腐蚀特性，可以使NCS快速制造成面积巨大的基板。 趋势分析 1. 5G市场推动：随着5G技术的发展，对高频线路板需求增加，氮化硅陶瓷线路板成为关键零件。 2. 国防和空间技术：氮化硅陶瓷线路板可用于高速、高频、高温等极端环境中，适用于军用和航天应用。 3. 电动汽车市场：氮化硅陶瓷线路板适用于电动汽车的电力控制、充电器等系统。 随着5G市场和电动汽车市场的发展，氮化硅陶瓷线路板市场前景广阔。根据Quadrant Information Services发布的报告，自2021年至2026年，氮化硅陶瓷线路板市场年平均增长率将达到14.2%左右。此外，氮化硅材料的成本始终在降低，这也有利于市场的发展。 综上所述，氮化硅陶瓷线路板是一种高性能、应用广泛的电子线路板。随着5G市场和电动汽车市场的发展，其市场前景广阔。未来，氮化硅陶瓷线路板市场有望持续增长，成为电子线路板领域的重要组成部分。 1. 未来市场需求：随着电动汽车和智能手机等电子产品的快速普及，氮化硅线路板在未来的市场需求将会不断增长。 2. 氮化硅线路板技术的创新和进步：随着氮化硅线路板技术的发展和进步，氮化硅线路板的性能将得到进一步提升，这将促进其在市场中的不断普及。 3. 机会：氮化硅线路板的市场潜力非常巨大，未来将会有更多的机会出现，比如：在5G通讯领域、照明市场以及汽车电子市场等领域的应用； 4. 技术：随着氮化硅线路板技术的不断创新和进步，其性能将得到进一步提升； 5. 成本：虽然氮化硅线路板的制造成本很高，但是随着技术的不断进步和市场的不断扩大，其制造成本也将得到降低。 综上所述，氮化硅陶瓷线路板是一种高性能、应用广泛的电子线路板。随着5G市场和电动汽车市场的发展，其市场前景广阔。未来，氮化硅陶瓷线路板市场有望持续增长，成为电子线路板领域的重要组成部分。 总体而言，氮化硅线路板的应用和前景非常广阔，未来有着广泛的市场需求和机会。随着技术的不断创新和进步， 氮化硅线路板 的性能将得到不断提升，制造成本也将逐渐降低。

国产氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块，提升新能源汽车加速度、续航里程、轻量化、充电速度、电池成本 5 项性能优势 一、 Si3N4-AMB 工艺氮化硅陶瓷基板是 SiC 汽车电子功率器件模块封装理想之选 当前，半导体电子器件行业广泛应用的陶瓷基板，按照基板材料划分主要有氧化铝陶瓷基板 (Al2O3) 、氮化铝陶瓷基板 (AlN) 和氮化硅陶瓷基板 (Si3N4) 三种。 ▲氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板、氮化硅陶瓷基板三种材料性能对比 其中，氧化铝陶瓷基板最常用，主要采用 DBC 工艺，氧化铝陶瓷基板其制造工艺成熟，并且成本低廉，在中低端领域有较大的市场需求。但是氧化铝陶瓷基板导热性差，骤冷骤热循环次数仅仅 200 余次，跟不上新能源电动汽车等等第三代大功率半导体的发展。 氮化铝陶瓷基板导热率较高， DBC 和 AMB 两种工艺都有采用，氮化铝陶瓷基板的导热性好，且与第三代大功率半导体材料有很好的匹配性，但是氮化铝陶瓷基板机械性能和抗热震性能差，影响半导体器件可靠性，且使用成本较高。 氮化硅陶瓷基板综合性能优异可靠，主要采用活性金属钎焊覆铜 AMB 工艺，氮化硅陶瓷基板在导热性、高机械强度、低膨胀系数、抗氧化性能、热腐蚀性能、摩擦系数等方面具有优异的性能。它的理论热导率高达 400W/ （ m.k ），热膨胀系数约为 3.0x10-6℃ ，与 Si 、 SiC 、 GaAs 等材料具有良好的匹配性，使氮化硅陶瓷基板成为非常有吸引力的高强度、高导热性能，完全满足高温、大功率、高散热、高可靠性的第三代大功率半导体电子器件基板材料封装要求。 氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板普遍使用的 DBC 直接覆铜工艺， DBC 直接覆铜是利用共晶键合法工艺制备而成，覆铜层与氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板之间没有粘结材料，采用氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的半导体电子器件在高温服役过程中，往往会因为铜和氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板之间的热膨胀系数不同而产生较大的热应力，从而导致铜层从氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板表面剥离，因此传统的采用 DBC 工艺的氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板已经难以满足高温、大功率、高散热、高可靠性的 SiC 碳化硅汽车电子功率器件模块封装要求。 采用 Si3N4-AMB 工艺氮化硅陶瓷覆铜基板则是利用包括钛 Ti 、锆 Zr 、钽 Ta 、铌 Nb 、钒 V 、铪 Hf 等活性金属元素可以润湿陶瓷表面的特性，将铜层通过活性金属钎料钎焊在 Si3N4 氮化硅陶瓷基板上。通过活性金属钎焊 AMB 工艺形成的铜与陶瓷界面粘结强度更高，且 Si3N4 氮化硅陶瓷基板相比 Al2O3 氧化铝陶瓷基板和 AlN 氮化铝陶瓷基板同时兼顾了优异的机械性能和良好的导热性，因此采用 Si3N4-AMB 工艺氮化硅陶瓷覆铜基板各方面性能比较均衡，在高温下的工作可靠性能更强，所以说氮化硅陶瓷覆铜基板是氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板升级迭代产品，是 SiC 汽车电子功率器件模块封装理想之选。 二、氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块，提升新能源汽车五项重要性能 碳化硅 SiC 作为宽禁带半导体材料，相对于 Si 硅基器件具有禁带宽度大、热导率高、击穿电场高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等诸多优势特点，尤其是在高频、高温、高压等工作场景中，有着易散热、小体积、 高功率、低能耗等一众明显的优势。 ▲全球汽车厂商部分车型逆变器技术碳化硅 SiC 功率模块量产时间 现如今，随着新能源电动汽车爆发式增长，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块，对提升新能源汽车加速度、续航里程、轻量化、充电速度、电池成本 5 项性能尤为重要。全球众多汽车厂商在新出的新能源电动汽车车型上，大都采用了或者准备采用氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块。据业内机构估计，随着众多基于 800V 高压平台架构的新能源汽车将进入量产阶段，到 2030 年将有超过 65% 的新能源电动汽车电子功率器件领域采用 Si3N4-AMB 氮化硅陶瓷覆铜基板工艺升级的 SiC 功率模块技术。 1 、氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块提升新能源电动汽车加速度性能 曾几何时，谈起新款刚上市新能源电动汽车的重要性能，起步百公里加速时间是一项必谈重要性能参数。新能源电动汽车加速性能与动力系统输出的最大功率和最大扭矩密切相关，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块技术允许驱动电机在低转速时承受更大输入功率，而且不怕因为电流过大所导致的热效应和功率损耗，这就意味着新能源电动汽车起步时，驱动电机可以输出更大扭矩，提升加速度，强化加速性能。 2 、氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块增加新能源电动汽车续航里程 续航里程，续航里程，还是续航里程。续航里程是目前新能源电动汽车的首要痛点。氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块通过导通与开关两个维度降低电能损耗，减少电能耗损失，提升效率，从而实现增加新能源电动汽车续航里程的目的。 3 、氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块缩短新能源电动汽车充电时间 充电时间长短是评价一辆新能源电动汽车性能的重要参数，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块，可在 800V 的高压平台上搭配 350kW 超级充电桩，以提升充电速度，缩短充电时长。 4 、氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块有助于新能源电动汽车轻量化 氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块能够实现高频开关，减少滤波器，变压器、电容、电感等无源器件的使用，从而减少系统体系和重量，相同功率等级下实现封装体积尺寸更小。同时，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块且具有良好的热导率，可以使器件模块工作于较高的环境温度中，从而减少散热器体积和重量。 SiC 可以降低开关与导通损耗，使系统效率提升，同样续航范围内，可以减少电池容量，有助于车辆轻量化。 5 、氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块降低新能源电动汽车电池成本 充电功率相同的情况下，氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块实现新能源电动汽车在 800V 高压快充架构下的高压线束直径更小，相应成本更低；氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块高热导率实现新能源电动汽车电池散热的更少，相对降低电池热管理难度，进一步降低电池整体成本。 三、威海圆环氮化硅陶瓷基板提升新能源汽车加速度、续航里程、轻量化、充电速度、电池成本五项重要性能 2015 年 9 月，威海圆环先进陶瓷股份有限公司开启了高导热氮化硅陶瓷基板技术研发自主创新之路，在研制高导热氮化硅陶瓷基板过程中，抓住生产细节，把握技术核心，不断发现和解决各类生产的难题，历时七年，威海圆环生产的 0.32mmX139.7mmX190.5mm 行业标准规格的高导热氮化硅陶瓷基板已经达到量产的水平，突破了西方先进国家在高导热氮化硅陶瓷基板的技术保护和应用产品对我国 “ 卡脖子 ” 难题。 ▲威海圆环行业标准规格 0.32mmX139.7mmX190.5mm 的高导热氮化硅陶瓷基板 威海圆环生产的氮化硅陶瓷基板具有优异的导热性、高机械强度、低膨胀系数等众多优良性能。威海圆环氮化硅陶瓷基板热导率高达 85W/ （ m.k ），热膨胀系数约为 3.0x10-6℃ ，与 SiC 碳化硅材料具有良好的匹配性。威海圆环氮化硅陶瓷基板远高于 300A 的电流承载能力轻松应对高压击穿，能在 800V 甚至 1000V 的电压平台下正常工作；威海圆环氮化硅陶瓷基板三点弯曲强度达 600Mpa ，超高断裂韧性能有效减少因钎焊界面不致密而出现较多空洞而诱发的裂纹，威海圆环生产的氮化硅陶瓷基板将成为国产 SiC 汽车电子功率器件模块封装理想之选。 随着国产新能源电动汽车爆发式发展，威海圆环生产的氮化硅陶瓷基板通过升级 SiC 功率模块性能，将为提升国产新能源汽车加速度、续航里程、轻量化、充电速度、电池成本 5 项性能优势做出贡献。 ▲威圆环生产高导热氮化硅陶瓷基板各项理化指标达到了国际上行业标准 威海圆环先进陶瓷股份有限公司是一家专业从事 Si ₃ N ₄ 高热导率氮化硅陶瓷基板、氮化硅微珠、氮化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷磨介环、氮化硅陶瓷磨介球、可重复利用的高热导氮化硅陶瓷坩埚、氮化硅陶瓷结构件等系列氮化硅精密陶瓷材料的生产企业。高导热氮化硅陶瓷基板可以按用户特殊要求定制。关于高热导率氮化硅陶瓷基板的性能、规格、技术参数等问题 —— 威海圆环 颜辉 l86O64ll446 随时欢迎各位同行、各位同仁交流探讨！国产氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块，提升新能源汽车加速度、续航里程、轻量化、充电速度、电池成本 5 项性能优势。 威海圆环多年来与海内外先进陶瓷材料技术领军人物建立了深厚的技术合作关系，在国内精密陶瓷材料领域具有一定权威和建树的高等院校和科研机构建立了校企研发合作关系，拥有了一批多年从事研制、开发的中高级技术人员和管理人员，使我们具有精湛的技术、严谨的治学态度、高度的敬业精神、高效的管理水平。威海圆环公司研发及生产测试团队具有丰富的行业经验，核心工程师拥有十余年的精密陶瓷技术积累和强大的应用开发能力。威海圆环始终致力于高性能及高可靠性氮化硅陶瓷设计开发和生产销售，打造高热导率氮化硅陶瓷基板生产领军品牌，持续通过技术创新为客户及时提供高性价比的氮化硅陶瓷材料产品和服务。 国产氮化硅陶瓷基板升级 SiC 功率模块，提升新能源汽车加速度、续航里程、轻量化、充电速度、电池成本 5 项性能优势（颜辉）

一、 绝缘栅双极晶体管(IGBT) 是实现电能转换和控制的最先进的电力电子器件，大规模应用于电动汽车、电力机车、智能电网等领域。 氮化硅基板 既具有陶瓷的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低膨胀等特性，又具有无氧铜的高导电性和优异的焊接性能，是IGBT模块封装的关键基础材料。 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)全称绝缘栅双极型晶体管，是实现电能转换和控制的最先进的电力电子器件，具有输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、饱和压降低、安全工作区大和可耐高电压和大电流等一系列优点，被誉为现代工业变流装置的“CPU”，在轨道交通、航空航天、新能源汽车、风力发电、国防工业等战略性产业广泛应用。 随着《中国制造2015》、《工业绿色发展专项行动实施方案》、《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》以及“特高压规划”等一系列的政策密集出台，我国的高速铁路、城市轨道交通、新能源汽车、智能电网和风能发电等项目成为未来几年“绿色经济”的热点。而这些项目对于高压大功率IGBT模块的需求迫切且数量巨大。由于高压大功率IGBT模块技术门槛较高，难度较大，特别是要求封装材料散热性能更好、可靠性更高、载流量更大。但是国内相关技术水平落后导致国内高压IGBT市场被欧、美、日等国家所垄断，高压IGBT产品价格高、交货周期长、产能不足，严重限制了我国动力机车、电动汽车和新能源等领域的发展。 高压大功率IGBT模块所产生的热量主要是通过氮化硅陶瓷覆铜板传导到外壳而散发出去的，因此氮化硅陶瓷覆铜板是电力电子领域功率模块封装的不可或缺的关键基础材料。它既具有陶瓷的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低膨胀等特性，又具有无氧铜金属的高导电性和优异的焊接性能，并能像PCB线路板一样刻蚀出各种图形。氮化硅陶瓷覆铜板集合了功率电子封装材料所具有的各种优点： 　　1)陶瓷部分具有优良的导热耐压特性; 　　2)铜导体部分具有极高的载流能力; 　　3)金属和陶瓷间具有较高的附着强度和可靠性; 　　4)便于刻蚀图形，形成电路基板; 　　5)焊接性能优良，适用于铝丝键合。 　陶瓷基板材料的性能是陶瓷覆铜板性能的决定因素。目前，已应用作为陶瓷覆铜板基板材料共有三种陶瓷，分别是氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板和氮化硅陶瓷基板。氧化铝陶瓷基板是最常用的陶瓷基板，由于它具有好的绝缘性、好的化学稳定性、好的力学性能和低的价格，但由于氧化铝陶瓷基片相对低的热导率、与硅的热膨胀系数匹配不好。作为高功率模块封装材料，氧化铝材料的应用前景不容乐观。 氮化铝覆铜板在热特性方面具有非常高的热导率，散热快;在应力方面，热膨胀系数与硅接近，整个模块内部应力较低，提高了高压IGBT模块的可靠性。这些优异的性能都使得氮化铝覆铜板成为高压IGBT模块封装的首选。 二、目前市面上将陶瓷材料金属化的工艺方法主要有以下几种： DBC技术，是指在在含氧的氮气中以1063℃左右的高温加热，氧化铝或氮化铝陶瓷表面直接焊接上一层铜箔。其基本原理是：利用了铜与氧在烧结时形成的铜氧共晶液相，润湿相互接触的两个材料表面，即铜箔表面和陶瓷表面，同时还与氧化铝反应生成CuAlO2、Cu(AlO2)2等复合氧化物，充当共晶钎焊用的焊料，实现铜箔与陶瓷的牢固结合。 缺点：陶瓷与铜界面结合紧密，而且结构致密。陶瓷晶粒大约为1-5μm，与铜之间存在8-10微米的过渡层。该过渡层结构致密，晶粒约为3-5μm，但是晶粒间存在不连贯的微裂纹。陶瓷表面致密，没有气孔存在。表面颗粒凹凸不平，可能是拉开时裂纹沿晶界扩展，部分颗粒在铜上部分颗粒在陶瓷上导致。 AMB工艺（活性焊铜工艺）是DBC技术的进一步发展，它是利用钎料中含有的少量活性元素与陶瓷反应生成能被液态钎料润湿的反应层，从而实现陶瓷与金属接合的一种方法。先将陶瓷表面印刷活性金属焊料而后与无氧铜装夹后在真空钎焊炉中高温焊接，覆接完毕基板采用类似于PCB板的湿法刻蚀工艺在表面制作电路，最后表面镀覆制备出性能可靠的产品。AMB基板是靠陶瓷与活性金属焊膏在高温下进行化学反应来实现结合，因此其结合强度更高，可靠性更好。缺点：由于该方法成本较高、合适的焊料较少、焊料对于焊接的可靠性影响较大。 DPC陶瓷电路板又称直接镀铜陶瓷电路板，主要用蒸发、磁控溅射等面沉积工艺进行基板表面金属化，先是在真空条件下溅射钛然后再溅射铜颗粒，再进行电镀增厚，在薄膜金属化的陶瓷板上采用影像转移方式制作线路，再采用电镀封孔技术形成高密度双面布线间的陶瓷电路板。 斯利通公司引进专业的陶瓷板磁控溅射设备，采用DPC工艺生产的陶瓷线路板不需要很高的温度实现了铜层与陶瓷层的结合，对氮化铝覆铜板的可键合性进行的工艺实验，键合推力均大于1700g，同时具备高导热、高绝缘、高线路精准度、高表面平整度及热膨胀系数与芯片匹配等诸多特性，满足高压IGBT模块的应用可靠性要求。 斯利通公司的陶瓷线路板对温度冲击的可靠性是其性能的关键因素，要求线路板基板在芯片焊接完成后，要能承受-40℃～+150℃,100次的温度循环。 三 、高压IGBT模块用陶瓷覆铜基板发展方向 以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料的出现，为器件性能的进一步大幅度提高提供了可能。针对SiC基/GaN基三代半导体器件高频、高温、大功率的应用需求，为实现大功率电力电子器件高密度三维模块化封装，需要开发可靠性更高、耐温性能更好、载流能力更强的陶瓷覆铜基板。氮化硅陶瓷基板具有低的2.4倍于氧化铝和氮化铝的抗弯强度，因此具有比氮化铝和氧化铝高的多的可靠性，尤其是高强度可以实现其与厚铜基板的覆接，大幅提高基板的热性能。相对于氮化铝和氧化铝，氮化硅陶瓷覆铜板在电流承载能力、散热能力、力学性能、可靠性等方面均具有明显优势。同时，β-Si3N4陶瓷具有潜在的较高热导率( 200~320W/m•K)，但是其微观结构更为复杂，对声子的散射较大，故热导率较低[]，限制了其作为功率模块基板材料的应用。因此，目前更多的研究关注于如何提高氮化硅陶瓷的热导率。 高导热陶瓷应具备以下条件： (1)平均原子量小; (2)原子键合强度高; (3)晶体结构较为简单; (4)晶格非谐性振动低。 提高氮化硅陶瓷热导率的方法包括： （1）β-Si3N4相晶种的引入; （2）烧结助剂的选择; （3）成型工艺以及热处理工艺。 因此，在高功率IGBT模块领域，氮化硅陶瓷覆铜板因其可以焊接更厚的无氧铜以及更高的可靠性在未来电动汽车用高可靠功率模块中应用广泛。根据材料及工艺特性展示了陶瓷覆铜板的技术发展方向，在大功率功率模块领域氮化铝陶瓷覆铜板为主要发展方向，在高可靠功率模块领域氮化硅陶瓷覆铜板为主要发展方向。 随着我国战略性新兴产业的兴起，电力电子技术在风能、太阳能、热泵、水电、生物质能、绿色建筑、新能源装备、电动汽车、轨道交通等先进制造业等重要领域都发挥着重要的作用，而这其中的许多领域在“十三五”规划中都具备万亿以上的市场规模，其必将带来电力电子技术及其产业的高速发展，迎来重大的发展机遇期。这些将对IGBT模块封装的关键材料---陶瓷覆铜板形成了巨大需求。因此，需要抓住机遇，开发系列化的 陶瓷覆铜基板 以适应不同领域的需求，特别是需要加快高可靠氮化铝基板、氮化硅基板的研发及产业化进度，为我国高压IGBT模块的国产化奠定基础。

激光雷达的组成部分 由发射系统、接收系统 、信息处理等部分组成. 发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。 激光雷达的类型及分类 由于当前激光雷达技术方案的分歧点在于扫描方式，所以通常按照扫描方式来分，可以分为：机械旋转激光雷达，混合半固态激光雷达和全固态激光雷达（Flash型和相控阵）。 自动驾驶汽车激光雷达的作用是什么 激光雷达在自动驾驶中的作用，主要是3D/4D环境感知，探测车辆行驶过程中的路况和障碍物，把数据和信号传递给自动驾驶的大脑，再做出相应的驾驶动作。激光雷达可以说是自动驾驶中无形的眼睛. 激光雷达和氮化铝陶瓷基板 激光雷达的激光发生器--VCSEL激光器全名为垂直共振腔表面放射激光器，简称面射型激光器。它以砷化镓半导体材料为基础研制，是一种半导体激光器。VCSEL的固态激光雷达具有更高的可靠性、稳定性并尺寸小型化，为汽车领域大规模应用激光雷达奠定了基础。 VCSEL芯片功率转化效率较低，这就意味着散热肯定有问题，面临热电分离的难题，而陶瓷基板就是为解决热电分离诞生的。根据有关拆解图片来看，VCSEL芯片安装在一块氮化铝原料的DPC陶瓷基板上，氮化铝基板又贴装于一个陶瓷基座底部。 VCSEL运行时会产生较大热量。其一，一个是热量需要通过基板及时散发出去；其次，VCSEL芯片功率密度很高，需要考虑芯片和基板热膨胀失配导致的应力问题。因此，实现高效散热、热电分离及热膨胀系数匹配成为VCSEL元件封装基板选择的重要考量。 一般情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1%左右，激光器时刻保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。但是，半导体激光器的光输出会随电流的增大而增加，很多功率型半导体激光器的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构才能保证激光器的寿命，全新的半导体激光器封装设计理念采用低热阻封装结构及技术，改善热特性。 这就要求选择与芯片材料匹配的热膨胀系数接近的且有高热导的的封装基板--氮化铝的DPC陶瓷基板。请看下表： 氮化铝的热膨胀系数不仅与砷化镓半导体材料和非常接近，且具备180W/M*K)的热导率。 直接镀铜陶瓷基板DPC陶瓷基板极大地满足了VCSEL元件的这种封装要求。由于DPC陶瓷基板具备了高导热、高绝缘、高线路精准度、高表面平整度及热膨胀系数与芯片匹配等诸多特性，在高功率VCSEL元件封装中占有重要地位。 由于VCSEL的结构是垂直结构，斯利通DPC陶瓷电路板具有独特的高解析度、高平整度及高可靠垂直互联等技术优势更适用于其垂直共晶焊接。 陶瓷本身的稳定性确保传感器信号不会失真； 陶瓷基板 与芯片的热膨胀系数匹配，使得产品更加可靠，即使在汽车高温，高震动，含腐蚀性的环境下仍然可以保正信号的高效，灵敏，准确。