電子封裝，半導體產(chǎn)業(yè)鏈上的核心一環(huán)。經(jīng)過封裝之后，芯片如同歷經(jīng)洗禮，變成了人們熟知的各種電子器件。說起封裝技術，就不能不提到美國國家工程院院士、中國工程院外籍院士、香港科學院創(chuàng)院院士汪正平。早在20世紀七十年代，汪正平院士創(chuàng)新性采用聚合物材料封裝集成電路（IC）芯片（簡稱“塑封技術”），克服了傳統(tǒng)陶瓷和金屬封裝重量大、工藝復雜、成本高等問題，被Intel、IBM等全面推廣，目前塑封技術占全球IC封裝市場95%以上。由于其在封裝技術研發(fā)方面的卓越貢獻，汪正平院士多次榮獲電子封裝領域的榮譽獎項，被譽為“現(xiàn)代半導體封裝之父”。
金瑞欣特種電路技術需要突破的，是電子封裝用陶瓷基板這一賽道！
突破“卡脖子”
這一定律是Intel創(chuàng)始人之一戈登·摩爾的經(jīng)驗之談，其核心內(nèi)容為：集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目，在大約每經(jīng)過18到24個月便會增加一倍。換言之，處理器性能大約每兩年翻一倍，同時價格下降為之前的一半。2022年9月8日，蘋果發(fā)布最新iPhone14手機，其高端產(chǎn)品搭載的A16芯片，已使用4納米制程，晶體管數(shù)量多達160億個，再創(chuàng)新紀錄。“隨著芯片功率越來越大，集成度越來越高，散熱是個大問題。如果不及時散熱，芯片很可能會燒壞。”利之達創(chuàng)始人陳明祥說，“對于光電器件來說，溫度每升高10℃，其壽命則會降低30%-50%?！?/span>他介紹，目前廣泛使用的印刷線路板（PCB）采用高分子材料，“通俗來講就是塑料，其導熱和耐熱能力較差，而陶瓷材料具有高導熱、高耐熱、高絕緣、低熱脹、耐腐蝕等特點，技術優(yōu)勢明顯?！?/span>“制造陶瓷基板并不難，但它需要優(yōu)化材料配方與工藝，需要長時間經(jīng)驗積累，很多上市公司想做，但實際很難做出來?！?/span>由于技術門檻高，陶瓷基板全球市場高度集中。據(jù)公開資料顯示，全球前十大供應商占有80%以上市場份額，其中日本京瓷、美國羅杰斯、中國臺等處于市場領先地位。從市場需求來看，國內(nèi)陶瓷基板（特別是高端產(chǎn)品）一直依賴進口，屬于典型的“卡脖子”技術。
歷時多年的自主研發(fā)和產(chǎn)學研合作，金瑞欣終于掌握了電鍍陶瓷基板（DPC）全套制備技術，并實現(xiàn)批量生產(chǎn)和出貨，突破“卡脖子”。
助力挑戰(zhàn)“摩爾定律”極限
封裝時，將芯片放在基板上，基板可以起到支撐芯片、給芯片供電、解決芯片散熱等作用，因此，基板性能對器件質(zhì)量影響極大。金瑞欣自主研發(fā)的電鍍陶瓷基板（DPC）技術，利用激光打孔、電鍍填孔和圖形電鍍等工藝，將銅沉積于陶瓷基片表面，其工藝結(jié)合了材料學、半導體、電化學、激光加工等技術，對材料控制與工藝技術整合能力要求極高。“我們的陶瓷基板，采用半導體工藝制作，精度較高，線寬、線距可以做到50微米左右。”目前，市場水平普遍在100-200微米。同時，與市場上只能做單面陶瓷基板相比，利之達可以做雙面和多層陶瓷基板，利用激光在陶瓷片上打孔，通過電鍍實現(xiàn)陶瓷片正反面互連，實現(xiàn)垂直集成。
打比方說，原來只能做平房，現(xiàn)在我們的工藝解決了電梯問題，就可以做樓房了。從工藝來看，傳統(tǒng)陶瓷基板需要近1000℃的高溫來制備，而利之達的創(chuàng)新技術，僅需不到300℃，降低了成本，提高了工藝兼容性。“有了更好的散熱性能，更高的集成度，這些封裝技術創(chuàng)新，將有助于半導體行業(yè)進一步挑戰(zhàn)‘摩爾定律’極限?！?/span>
第三代半導體“風起”
目前，金瑞欣出貨的DPC陶瓷基板，主要應用在LED封裝領域，包括半導體照明（白光LED）和殺菌消毒（深紫外LED）。由于LED芯片電光轉(zhuǎn)化效率較低，大部分電能轉(zhuǎn)化成廢熱，因此必須解決LED散熱問題，否則直接影響LED器件光效與壽命。眼下，新能源汽車、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起，高性能陶瓷基板需求將越來越大。“應該說，陶瓷基板與目前廣泛使用的PCB基板，應用領域各有側(cè)重?！碧沾苫逯饕獞糜诠β拾雽w、高溫電子器件封裝。比如，汽車電子尤其是汽車發(fā)動機附近的高溫傳感器、航空航天器件、半導體激光器、熱電制冷器（TEC）、電力電子（IGBT）等?！斑@些應用將前景無限。”陳明祥特別提到，陶瓷基板與正在“風起”的第三代半導體，是最佳搭檔。21世紀以來，以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO)、金剛石為代表的第三代半導體材料開始初露頭角。
由于第三代半導體材料具有更大的禁帶寬度、更高的耐熱性，更適合于制作高溫、高頻及大功率電子器件，在光電子和微電子領域具有重要的應用價值。目前，市場火熱的5G基站、新能源汽車和快充等都是第三代半導體的重要應用領域?！疤沾苫迥芎芎玫仄ヅ涞谌雽w的高溫、大功率等特性?！?/span>“基礎原材料研發(fā)需要大量投入，盡管當下國內(nèi)市場氛圍還是早期，但我們堅定看好它的未來。縱觀全球陶瓷封裝市場，公開數(shù)據(jù)顯示，日本占據(jù)近50%市場份額，美國和歐洲分別占據(jù)約20%和10%，中國占有率僅在10%左右。可喜的是，近年來我國陶瓷封裝市場正迅猛發(fā)展。2014年我國陶瓷封裝市場規(guī)模僅為347億元，2023年有望達到1150億元，年復合增長率約為14.3%。
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