關(guān)于功率半導(dǎo)體器件（Si、SiC、GaN）封裝工藝及其市場核心應(yīng)用的詳細(xì)分析。

引言

功率半導(dǎo)體是電力電子裝置的“心臟”，負(fù)責(zé)對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和處理。傳統(tǒng)的硅（Si）基器件（如IGBT、MOSFET）已接近其材料理論極限。新一代的寬禁帶半導(dǎo)體材料——碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）——憑借其更高的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場和更高的熱導(dǎo)率等優(yōu)異特性，正在掀起一場能源效率革命。

然而，“芯片”本身性能的發(fā)揮極度依賴于封裝技術(shù)。封裝不僅提供保護(hù)和連接，更是影響器件散熱能力、寄生參數(shù)（電感和電阻）、功率密度和可靠性的關(guān)鍵。

第一部分：功率半導(dǎo)體封裝工藝

封裝技術(shù)從傳統(tǒng)的焊接、引線鍵合，正向更高集成度、更低寄生參數(shù)和更好散熱性能的方向發(fā)展。以下是主流的和先進(jìn)的封裝工藝：

1. 傳統(tǒng)封裝 (主要用于硅基器件，部分用于SiC)

• TO (Transistor Outline): 如TO-247、TO-220等。這是最經(jīng)典的分立器件封裝，工藝成熟、成本低。但寄生電感較大，散熱能力有限，多用于中低功率領(lǐng)域。

• DIP/IPM (Dual In-line Package / Intelligent Power Module):

• DIP: 雙列直插式封裝，常見于老舊的低功率模塊。

• IPM: 智能功率模塊，將IGBT芯片、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路（過流、過熱、欠壓）等集成在一個(gè)封裝內(nèi)。提高了系統(tǒng)的可靠性和緊湊性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)變頻、家電等。

2. 模塊化封裝 (Si IGBT/SiC Module的主流形式)

• 標(biāo)準(zhǔn)功率模塊: 采用直接覆銅（DBC/AMB）基板、芯片焊接、鋁線鍵合 和 硅凝膠填充 的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。

• DBC (Direct Bonded Copper): 陶瓷基板（常用Al?O?或AlN）上下兩面與銅箔直接鍵合，絕緣性好，導(dǎo)熱能力強(qiáng)。

• AMB (Active Metal Brazing): 使用活性金屬釬焊工藝將銅箔與陶瓷（通常是導(dǎo)熱更好的Si?N?）焊接，結(jié)合強(qiáng)度更高，可靠性更好，特別適用于要求苛刻的SiC模塊。

• 問題: 傳統(tǒng)的鋁線鍵合是可靠性薄弱點(diǎn)，長期熱循環(huán)下易疲勞斷裂；寄生電感也較高。

3. 先進(jìn)封裝與互連技術(shù) (解決傳統(tǒng)封裝的痛點(diǎn)，尤其適用于高頻高速的SiC和GaN)

這些技術(shù)旨在減少或消除引線鍵合，降低寄生電感和電阻，提升散熱性能和功率密度。

• 芯片貼裝技術(shù):

• 燒結(jié) (Sintering): 使用納米銀燒結(jié)膏等材料，在高溫高壓下將芯片直接燒結(jié)在基板上。相比傳統(tǒng)軟釬焊（焊錫），燒結(jié)層具有接近銅的導(dǎo)熱率（~240 W/mK）和更高的熔點(diǎn)（>960°C），極大地改善了散熱能力和高溫可靠性。已成為高性能SiC模塊的標(biāo)配。

• 互連技術(shù):

• 柔性PCB互連: 使用柔性印刷電路板上的銅箔替代鍵合線，電感更低，可靠性更高。

• 金屬夾互連 (Cu Clip Bonding): 用一個(gè)預(yù)成型的銅片（Clip）同時(shí)連接多個(gè)芯片的源極/發(fā)射極，大幅減少鍵合線數(shù)量，降低寄生電感和電阻。常見于分立器件（如TOLL封裝）和模塊中。

• 雙面燒結(jié) (Double-Sided Sintering): 芯片上下兩面均通過燒結(jié)與基板和頂板連接，完全消除了鍵合線。

• 銅線鍵合 (Cu Wire Bonding): 用銅線替代鋁線，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能更好，但需要更高的鍵合工藝要求。

• 引線鍵合替代技術(shù):

• 平面互連技術(shù):

• 封裝集成技術(shù):

• 扇出型封裝 (Fan-Out): 源自消費(fèi)電子芯片封裝，可將多個(gè)芯片（如GaN FET、驅(qū)動(dòng)器和無源器件）集成在一個(gè)封裝體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)極高的功率密度和極小的寄生參數(shù)，非常適合高頻、緊湊的GaN應(yīng)用。

• 嵌入式封裝 (Embedded): 將功率芯片嵌入到PCB層壓板中，實(shí)現(xiàn)超薄、高集成的解決方案。

4. 封裝材料演進(jìn)

• 基板: 從Al?O? → AlN → Si?N? (AMB)，導(dǎo)熱能力不斷提升。

• 襯底: 從PCB → DBC → AMB，滿足更高功率和絕緣要求。

• 封裝外殼: 從塑料環(huán)氧樹脂 → 高性能工程塑料 → 陶瓷金屬密封，滿足高溫、高濕、高可靠性需求。

• 灌封膠: 從硅凝膠 → 環(huán)氧樹脂，提供更好的機(jī)械保護(hù)和絕緣。

第二部分：市場核心應(yīng)用情況分析

三種材料因其物理特性的不同，在其優(yōu)勢領(lǐng)域形成了互補(bǔ)和替代關(guān)系。

總結(jié)與展望

1. 材料分工趨于明確: Si 主導(dǎo)成熟、成本敏感型市場；SiC 主導(dǎo)高壓、高溫、高效率的新能源和工業(yè)能源領(lǐng)域；GaN 主導(dǎo)超高頻、高功率密度的消費(fèi)電子和通信領(lǐng)域。三者長期共存并互補(bǔ)。

2. 封裝與芯片協(xié)同進(jìn)化: 對(duì)于SiC和GaN，“芯片是基礎(chǔ)，封裝是關(guān)鍵”。先進(jìn)的封裝技術(shù)（如燒結(jié)、AMB、Cu Clip、集成封裝）是釋放寬禁帶半導(dǎo)體性能潛力的必要前提。沒有先進(jìn)的封裝，SiC和GaN的優(yōu)勢將大打折扣。

3. 技術(shù)趨勢:

• 更高功率密度: 通過三維集成、雙面冷卻、芯片貼裝等技術(shù)，在更小體積內(nèi)處理更大功率。

• 更低寄生參數(shù): 通過平面互連、集成無源器件等方式，滿足高頻開關(guān)需求，減少開關(guān)損耗和電壓過沖。

• 更高可靠性: 采用燒結(jié)、AMB等新材料新工藝，提升器件在高溫、高功率循環(huán)下的壽命。

• 更高集成度: 將驅(qū)動(dòng)、控制、傳感、保護(hù)與功率芯片集成，形成“系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）”，提供更完整的解決方案。

總而言之，功率半導(dǎo)體封裝工藝正經(jīng)歷一場深刻的技術(shù)變革，以適配并充分發(fā)揮SiC和GaN的卓越性能，共同推動(dòng)著交通電動(dòng)化、能源綠色化和數(shù)字世界的高效運(yùn)行。

功率半導(dǎo)體器件（Si、SiC、GaN）芯片清洗劑介紹：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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主營產(chǎn)品包括：集成電路與先進(jìn)封裝清洗材料、電子焊接助焊劑、電子環(huán)保清洗設(shè)備、電子輔料等。

半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)：FlipChip ;2D/2.5D/3D堆疊集成;COB綁定前清洗；晶圓級(jí)封裝；高密度SIP焊后清洗；功率電子清洗。