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来源：《半导体芯科技》杂志12/1月刊 近年来，芯片资料、设备以及制程工艺等技术不时突破，在高压、高温、高频应用场景中第三代半导体材质优势逐步显现。其中，氮化镓仰仗着在消费产品快充电源范畴的如鱼得水，从2018年开端，业界对氮化镓关注度不时升温，以至将7月31日定为世界氮化镓日。 接下来，就让我们一同来探求氮化镓材质的特性如何？氮化镓市场的展开方向？以及氮化镓的封装技术需求？
△图1：第三代半导体展开及特性对比。 氮化镓资料 氮化镓（GaN）作为一种宽禁带化合物半导体资料，具备禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、开关频率高，以及抗辐射才干强等优势。其中，开关频率高意味着应用电路能够采用尺寸更小的无源器件；击穿电压高则意味着电压耐受才干比传统硅资料高，不会影响导通电阻性能，因而能够降低导通损耗。种种优势加持下，氮化镓成为了更好支持电子产品轻量化的关键资料，是目前最具展开前景的资料。 我国氮化镓产业展开疾速，产业链国产化日趋完善，多家国内企业已具有氮化镓晶圆制造才干。随着市场资本的不时涌入，在国内第三代半导体产业政策推进下，氮化镓应用范畴、市场范围快速扩展，国内以光电器件、功率器件、射频器件为主的氮化镓市场，估量2026年市场范围达突破千亿元，年复合增长率抵达40.1%。
△图2：半导体资料物理特性对比。 氮化镓应用 5G通讯基站是氮化镓市场主要驱动要素之一，氮化镓射频器件主要应用于无线通讯，占比抵达49%。氮化镓资料耐高温、高压及接受更大电流的优势使得射频器件应用在5G基站中愈加适合。随着国内5G基站掩盖率不时上升，对氮化镓射频器件需求将更大。
△图3：氮化镓应用市场分类。 随着智能终端设备的不时提高，设备的充电技术与其电池性能成为产品市场竞争主要卖点。行业不时在努力增加充电器的功率让充电时间更短，减少电源适配器的尺寸使其愈加方便。现代充电器自身就是“计算机”，依据衔接的设备，可判别要输送的电流量，氮化镓使这个过程变得愈加快捷；与硅充电器相比，氮化镓能够快速肯定要输送的电流量，并在更长的时间内经过高功率；硅充电器通常体积很大，主要是由于它们会产生大量热量，并且必须将组件放置在一定距离以便更快的冷却。氮化镓充电器的尺寸比硅充电器更小巧，能够长时间提供大电流而不会过热。由于以上特性，氮化镓是充电器和移动电源的绝佳资料选择，智能移动设备的领头羊——苹果，也积极向氮化镓进军。 目前第三代半导体资料曾经开端在新能源汽车范畴应用，但主要是碳化硅完成了产业落地，氮化镓在新能源汽车范畴的尝试仍限于起步阶段，未来新能源汽车数量不时增长，氮化镓在车载充电器、DC-DC转换器等范畴潜在市场空间庞大。 生态环境是人类赖以生存生存的保障，生活渣滓处置成为世界性难题，运用等离子体气化技术处置渣滓经济环保，氮化镓资料能够辅佐等离子气化技术完成产业化。 氮化镓封装技术 关于氮化镓产品的封装，主要有4种封装处置计划。晶体管封装，在其设计中包含一个或多个HEMT(High electron mobility transistor)；系统级封装(SiP)，同一包封体中封装不同功用的芯片；系统芯片封装(SoC)，将不同功用芯片经过晶圆级重构，在性能上愈加突出；模块化封装，将多个功率封装个体集成在一个模块包中（截至2021年，市场上可供选择的氮化镓模块并未几）。 常见的封装类型如下： TO类封装：
△图4：晶体管类封装。 名义贴装类封装：
△图5：QFN、PQFN封装。 基板类封装：
△图6：LGA、BGA封装。 嵌入式封装：
△图7：GaN PXTM嵌入式封装。 GaN晶圆硬度强、镀层硬、材质脆材质特性，与硅晶圆相比在封装过程中对温度、封装应力更为敏感，芯片裂纹、界面分层是封装过程最易呈现的问题。同时，GaN产品的高压特性，在封装设计过程对爬电距离的设计请求也与硅基IC有明显的差别。 华天科技，作为全球抢先的集成电路封测效劳提供商，积极规划第三代半导体封装技术研发，在氮化镓材质封装范畴，经过不时资料性能研讨、实验理论，从结构设计、资料选择、过程工艺等不同阶段，筑起多维度技术护城河，构成成熟、稳定、高牢靠性的氮化镓封装设计消费才干，为国内外多家客户提供氮化镓产品封测业务，累计出货量超越亿颗。 从晶圆材质上，目前用于GaN外延生长的衬底资料主要有Si、蓝宝石、SiC、Zn和GaN，其中Si、蓝宝石、SiC三种相对多些，特别是Si具有成本优势应用最普遍。固然GaN与Si资料之间的晶格失配和热失配使得在Si衬底上外延生长高质量的GaN资料及其异质结比较艰难，但经过运用AlGaN缓冲层、AlGaN/GaN或AlN/GaN等超晶结构和低温AlN插入层等技术，曾经能较为有效地控制由晶格及热失配带来的外延层中呈现的如位错、裂化、晶圆翘曲等问题(阐明对温度比较敏感）。 高性能、高牢靠性、低成本是集成电路产品市场中心竞争力，华天科技以框架类封装为氮化镓产品突破口，依据芯片材质特性，率先在行业内树立氮化镓产品封装工艺规范。树立了氮化镓产品专用导入流程，保障产品开发导入一次经过，助力客户新品快速发布。产业链上下游联动，积极探求框架设计结构差别对芯片性能带来的提升，模仿考证框架结构、对比考证框架表层处置工艺，从设计端提升产品性能、牢靠性，优化资料成本。
△图8：氮化镓封装产品芯片裂纹表示图（左图：Crack，右图：Normal）。 封装过程是集成电路质量的中心管控要素之一，针对氮化镓芯片材质特征，华天科技对封装各环节中止工艺计划及设备参数的考证，管控产剖⌒磨过程消费厚度、晶圆切割过程刀具规格以及进刀参数、封装资料CTE性能选择、胶层涂覆厚度、粘接资料烘烤时间及温度等措施，均是避免氮化镓产质量量问题的中心。
△图9：HT-tech 氮化镓封装牢靠性例行监控扫描图。 芯片裂纹是氮化镓产品封装最常见的失效现象，如何快速、精确的辨认剔除异常产品，是进步产品封测良率、保障产品正常运用的保障。华天科技率先制定氮化镓产品裂纹、分层检验规范，投入 SAM、AVI 等高精度、自动化设备，确保异常产品不流通、不外溢。
△图10：HT-tech 氮化镓封装产品表示图。 在氮化镓芯片封装量产过程中，技术团队不时探求积聚，处置了 GaN 资料在封装过程中极易产生的芯片裂化等关键性技术，总结制定出 GaN-on-Si 产品Creepage distances（爬电距离）的 Design rule。GaN-on-Si 产 品封装工艺关键制程技术（重点处置 GaN 资料在封装过程中芯片裂纹质量异常）的突破并用于量产，经过产业谐和，率先在行业内量产封装 8inch GaN-on-Si wafer。 以客户为中心，以市场为导向。面对竞争猛烈的氮化镓市场以及多样化的客户需求，在公司的全力支持下，在无数华天人的不懈斗争下，在科学严谨的研发思绪指导下，借助自身完善的模仿仿真、设计才干，不时优化资料选择、结构设计，夯实制程才干（减薄、激光开槽、机械划片、芯片粘接、过程烘烤等）、总结 DOE（DESIGN OF EXPERIMENT）结果，确保每一颗产品牢靠性。集成电路封测 Turnkey 业务方式，极大缩短了客户新品发布周期，助力国内外氮化镓厂商产品迭代更新，在猛烈的市场竞争中占得先机。 关于华天科技 华天科技（母公司天水华天科技股份有限公司）成立于 2003 年（深交所股票代码 ：002185），主要从事半导体集成电路、半导体元器件的封装测试业务，包含 ：封装设计、封装仿真、引线框封装、基板封装、晶圆级封装、晶圆测试及功用测试、物流配送等一站式效劳。作为全球半导体封测知名企业，华天科技仰仗先进的技术才干，智能化消费系统和质量把控，企业营收位居国内同行上市公司第三位，全球集成电路封装行业排名第六位。 2023首场晶芯研讨会 诚邀各企业参与2023年2月23日，晶芯研讨会开年首场会议将以“先进封装与键合技术驶入展开快车道”为主题，约请产业链代表首领和专家，从先进封装、键合设备、资料、工艺技术等多角度，讨论先进封装与键合工艺技术等处置计划。点击跳转报名链接：http://w.lwc.cn/s/VnuEjy 深圳芯盛会 3月9日，与行业大咖“零距离”接触的机遇行将到来，半导体业内封装专家将齐聚深圳，CHIP China晶芯研讨会诚邀您莅临“拓展摩尔定律-半导体先进封装技术展开与促进大会”现场，一同共研共享，探求“芯”未来！点击链接，了解详情：http://w.lwc.cn/s/M3INb2 声明：本网站部分文章转载自网络，转发仅为更大范围传播。 转载文章版权归原作者一切，如有异议，请联络我们修正或删除。联络邮箱：viviz@actintl.com.hk， 电话：0755-25988573 |
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