IGBT散熱材料的四大散熱技術(shù)發(fā)展趨勢（二）
IGBT散熱材料的四大散熱技術(shù)發(fā)展趨勢（二）
1）DBC板及基板：材料迭代
未來DBC板的材料由Al2O3→AlN→Si3N4迭代，基板材料由Cu向AlSiC迭代。基板與DBC板材料、以及DBC板與Si基芯片之間膨脹系數(shù)的差異決定了在大的溫度變化時連接層是否會出現(xiàn)變形和脫落。DBC板材料需要重點考慮與Si基芯片熱膨脹系數(shù)的匹配因素，其次考慮是否具備高熱導(dǎo)率，目前應(yīng)用最廣的Al2O3陶瓷材料熱導(dǎo)率較低、且與芯片的膨脹系數(shù)差異較大，局限性很明顯，AlN、Si3N4憑借與Si材料更為接近的熱膨脹系數(shù)、更高熱導(dǎo)率開始逐步導(dǎo)入。
基板與散熱器直接相連，需要重點考慮熱導(dǎo)率，其次考慮與芯片、DBC之間熱膨脹系數(shù)的匹配，目前常用銅基板來實現(xiàn)快速散熱，而AlSiC熱導(dǎo)率雖不如銅，但熱膨脹系數(shù)更接近芯片及DBC，能夠有效改善模塊的熱循環(huán)能力，滲透率快速提升。
另外有部分廠商直接采取無基板的設(shè)計策略，直接將DBC通過高性能導(dǎo)熱硅脂直接壓在散熱器上，配合銀燒結(jié)技術(shù)最終將其溫度循環(huán)能力提高15倍。
2）芯片、BC板以及基板間連接方式：SnAg焊接→SnSb焊接、Ag/Cu燒結(jié)
目前芯片之間的綁定線、芯片與DBC板及DBC板與基板間的連接普遍通過SnAg焊接的方式，但溫度循環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力容易導(dǎo)致DBC板和散熱基板之間焊接層出現(xiàn)裂縫，焊接老化也會引起芯片溫度上升，最終影響模塊的壽命。因此SnSb焊接、低溫銀燒結(jié)、銅燒結(jié)等技術(shù)逐步引入。
其中，Ag燒結(jié)層厚度比焊接層至少薄70%，熱導(dǎo)率提升3倍，熱阻減小為1/15，但成本較高，Cu燒結(jié)的抗電子遷移能力及熱循環(huán)能力更好，成本相較于Ag也明顯降低，但燒結(jié)易出現(xiàn)氧化，對模塊廠商的技術(shù)能力要求非常高。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動的新計算時代的發(fā)展，對半導(dǎo)體器件的需求日益增長，同時也催生了市場對半導(dǎo)體材料的需求，半導(dǎo)體材料行業(yè)迎來快速發(fā)展的黃金期。在國家鼓勵半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化的政策導(dǎo)向下，本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進(jìn)中國半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)中國半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展。
數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模逐年增長，從2017年的76億美元增長至2020年的94億美元。據(jù)統(tǒng)計，2017-2020年全球62座新投產(chǎn)的晶圓廠中有26座來自中國大陸，占比超過40%，成為增速最快的地區(qū)。伴隨著5G時代的來臨，汽車電動化進(jìn)程拉動IGBT規(guī)模增長。得益于對清潔能源高速增長的需求，IGBT市場規(guī)模將持續(xù)增長，IGBT市場在2020年的規(guī)模為54億美元，從2020年到2026年將以7.5%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，預(yù)計2026年市場規(guī)模為84億美元。新能源車應(yīng)用作為IGBT市場規(guī)模的重要增量，2020年市場規(guī)模為為5.09億美元，2020-2026年的復(fù)合年增長率為23%，預(yù)計2026年新能源車用IGBT市場規(guī)模為17億美元。
隨著5G、智慧物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，中國大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速與全面布局，正逐步驅(qū)使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從韓國、中國臺灣向中國大陸轉(zhuǎn)移。目前，我國已經(jīng)成為最大的半導(dǎo)體市場，并且繼續(xù)保持最快的增速，預(yù)計半導(dǎo)體市場增長將持續(xù)帶動半導(dǎo)體材料行業(yè)快速發(fā)展。
