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    行業新聞

    小米、華為、比亞迪齊刷刷入股陶瓷企業,盯上

    近日,企查查APP顯示,浙江德匯電子陶瓷有限公司發生工商變更,新增北京小米智造股權投資基金合伙企業(有限合伙)等為股東。注冊資本由約5021.58萬人民幣增至約7476.57萬人民幣。
     
    幾乎同一時間,華為旗下深圳哈勃科技投資合伙企業(有限合伙)入股南京中江新材料科技有限公司,后者注冊資本由3000萬人民幣增至3529.41萬人民幣,哈勃將持有中江科易15%股權。
     
    早在今年2月,比亞迪、江蘇富樂華半導體科技股份有限公司等同時入股廈門鉅瓷科技有限公司。

    小米、華為、比亞迪入股的3家企業有何來歷?

    公開資料顯示,德匯陶瓷成立于2013年,是一家專注于功率器件用陶瓷封裝基板研制的高新技術企業。在技術領域,德匯陶瓷有著深厚的積累,已擁有多項核心技術,如陶瓷基板、線路板、金屬層、陶瓷基座、焊料層等。公司產品廣泛應用于IGBT模塊、5G射頻器件、光通訊器件、高功率LED、半導體激光器、半導體制冷器等領域。2022年4月紹興德匯陶瓷已經建成年產144萬片功率半導體模塊用高性能陶瓷覆銅板項目。公司逐步建造高性能陶瓷金屬化及其電子元器件的生產基地,推動產業進步。目前,德匯陶瓷已實現AMB陶瓷封裝基板量產化出貨,其AMB-Si3N4已向國內主要頭部功率模塊企業批量出貨;AMB-AlN已在軌道交通領域進行了驗證,有望實現對同類進口產品的替代。
     
    中江新材成立于2012年8月,是一家研發、生產氧化鋁和氮化鋁覆銅陶瓷基板企業。經營范圍含陶瓷材料研發,陶瓷制品、光電子器件、其他電子元器件及配件的研發、生產、銷售等。
     
    鉅瓷科技成立于2016年12月27日,是一家致力于高品級氮化鋁粉體及陶瓷制品研發、生產和銷售的創新型高科技企業,其主要產品有高純氮化鋁粉體、氮化鋁造粒粉、氮化鋁填料粉以及注射成形復雜精密氮化鋁陶瓷制品四大系列。

    三大咖意欲何為?

    依據德匯陶瓷、中江新材、鉅瓷科技三家企業的公開資料,我們可以提取出一些主要的關鍵詞:
     
    氮化鋁、氮化硅、陶瓷基板。
     
    再看小米、華為、比亞迪的身份,小米與華為是通訊行業的大佬,同時小米造車正在全力沖刺,與比亞迪又同屬新能源汽車陣營。
     
    氮化鋁、氮化硅是目前最受關注的陶瓷基板原材料,陶瓷基板又是新一代通訊、新能源汽車電子器件最受矚目的封裝材料。如此看來,小米、華為、比亞迪可能就是奔著“陶瓷基板”來的。

     

    陶瓷基板——高密度集成散熱首選

     

    在新能源及新一代通訊行業,隨著微電子信息技術、大規模集成電路(LSI)、多芯片組件(MCM)和微機電系統(MENS)等技術的迅速發展,對電子整機的要求越來越高,這種要求越來越迫切,促使它們朝著微型化、便攜式、高性能等方向發展。高密度集成是實現上述功能的最有效解決方案,高密度集成可以將各種電子設備復雜的功能集成到更小的組件中,而實現高密度集成的關鍵是解決元器件的散熱問題。對于電子器件而言,通常溫度每升高10°C,器件有效壽命就降低30%~50%。因此,選用合適的封裝材料與工藝、提高器件散熱能力就成為發展功率器件的技術瓶頸。
    以大功率LED封裝為例,由于輸入功率的70%~80%轉變成為熱量(只有約20%~30%轉化為光能),且LED芯片面積小,器件功率密度很大(大于100W/cm2),因此散熱成為大功率LED封裝必須解決的關鍵問題。如果不能及時將芯片發熱導出并消散,大量熱量將聚集在LED內部,芯片結溫將逐步升高,一方面使LED性能降低(如發光效率降低、波長紅移),另一方面將在LED器件內部產生熱應力,引發一系列可靠性問題(如使用壽命、色溫變化等)。
     
    伴隨著功率器件(包括LED、LD、IGBT、CPV等)不斷發展,采用高導熱材料制作電路基板是實現微電路散熱的有效方法之一。
     
    目前常用電子封裝基板主要可分為高分子基板、金屬基板(金屬核線路板,MCPCB)和陶瓷基板幾類。對于功率器件封裝而言,封裝基板除具備基本的布線(電互連)功能外,還要求具有較高的導熱、耐熱、絕緣、強度與熱匹配性能。因此,高分子基板和金屬基板使用受到很大限制;而陶瓷材料本身具有熱導率高、耐熱性好、高絕緣、高強度、與芯片材料熱匹配等性能,非常適合作為功率器件封裝基板,目前已在半導體照明、激光與光通信、航空航天、新能源汽車等領域得到廣泛應用。

     

    氮化鋁、氮化硅陶瓷基板及其在新能源汽車中的應用

     

    目前陶瓷基板的主要材料以氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和氮化硅(Si3N4)三類為主。氧化鋁陶瓷基板價格低廉,生產工藝成熟,目前產量最大,應用面最廣。但是,氧化鋁陶瓷基板的導熱性能已無法滿足大功率芯片的散熱要求。綜合來看,氮化鋁陶瓷基板與氮化硅陶瓷基板最具發展前景。

     

    氮化鋁基板
     
    氮化鋁陶瓷的各項性能優異,尤其是高熱導率的特點,其理論熱導率可達320W/(m·K),其商用產品熱導率一般為180W/(m·K)~260W/(m·K),使其能夠用于高功率、高引線和大尺寸芯片封裝基板材料。
    此外,氮化鋁陶瓷還具較高的機械強度及化學穩定性,能夠在較惡劣的環境下保持正常的工作狀態。正是因為氮化鋁陶瓷具有諸多的優良性能,氮化鋁陶瓷會在眾多陶瓷基板材料中脫穎而出,成為新一代先進陶瓷封裝材料的代表產品。
     
    汽車LED大燈的工作溫度是極其高的,功率越大,溫度越高,亮度功率是形成正比的,想要提高亮度只能通過精細的冷卻設計或者散熱器件的加大,但是效果并不理想,能夠使其達到理想效果的只有氮化鋁陶瓷基板。高導熱率和優良的絕緣性,與燈珠更匹配的熱膨脹技術等優點,讓氮化鋁陶瓷基板再次“脫穎而出”。
     
    氮化硅基板
     
    氮化硅被認為是綜合性能最好的陶瓷基板材料,雖熱導率不如氮化鋁,但其抗彎強度、斷裂韌性都可達到氮化鋁的2倍以上。同時,氮化硅陶瓷基板的熱膨脹系數與第三代半導體碳化硅相近,使得其成為碳化硅導熱基板材料的首選。氮化硅基板在新能源汽車中的應用不可阻擋!
    (1)IGBT
     
    新能源車的電機驅動部分,最核心的元件就是IGBT。IGBT約占電機驅動系統成本的一半,而電機驅動系統占整車成本的15-20%,也就是說IGBT占整車成本的7-10%,是除電池之外成本第二高的元件,IGBT的質量很大一部分也決定了整車的能源效率。
     
    IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管,電動汽車用IGBT模塊的功率導電端子需要承載數百安培的大電流,對電導率和熱導率有較高的要求,車載環境中還要承受一定的振動和沖擊力,機械強度要求高。近年來,Si3N4陶瓷基板以其硬度高、機械強度高、耐高溫和熱穩定性好、介電常數和介質損耗低、耐磨損、耐腐蝕等優異的性能,在IGBT模塊封裝中得到青睞,并逐步替代Al2O3和AlN陶瓷基板。
     
    (2)SiC MOSFET
     
    隨著技術發展和應用需要的不斷延伸,第一、二代半導體的局限性逐漸體現出來,難以滿足高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環境以及輕便小型化等使用需求。以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導體材料具有禁帶寬度大、臨界擊穿電壓高、熱導率高、載流子飽和漂移速度大等特點,其制作的電子器件可在300℃甚至更高溫度下穩定工作。
     
    在新能源汽車的核心電機驅動中,采用SiC MOSFET器件比傳統Si IGBT帶來5%~10%續航提升,未來將會逐步取代Si IGBT。但SiC MOSFET芯片面積小,對散熱要求高,氮化硅陶瓷基板具備優異的散熱能力和高可靠性,幾乎成為SiC MOSFET在新能源汽車領域主驅應用的必選項。
     
    目前已經量產的Tesla model 3已經大批量使用氮化硅陶瓷基板,應對SiC MOSFET器件散熱。比亞迪e3.0平臺推出的全新一代SiC電控,采用了自主研發的全新SiC MOSFET電機控制模塊、高性能氮化硅陶瓷以及集成NTC傳感器,使整個電控單元功率密度提升近30%,電流最大支持840A,電壓最大1200V,電控最高效率達99.7%。

     

    AMB陶瓷基板將成為中高端功率模塊散熱的主流工藝

     

    陶瓷基板按照工藝主要分為DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。
     
    AMB陶瓷基板是DBC工藝的進一步發展,該工藝通過含有少量稀土元素的焊料來實現陶瓷基板與銅箔的連接,其鍵合強度高、可靠性好。
    AMB工藝生產的陶瓷基板主要運用在功率半導體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的基底,AMB技術實現了氮化鋁和氮化硅陶瓷與銅片的覆接,相比DBC襯板有更優的熱導率、銅層結合力、可靠性等,可大幅提高陶瓷襯板可靠性,更適合大功率大電流的應用場景,逐步成為中高端IGBT模塊散熱電路板的主要應用類型。
     
    此外,由于AMB氮化硅基板有較高熱導率,可將非常厚的銅金屬(厚度可達0.8mm)焊接到相對薄的氮化硅陶瓷上,載流能力較高。且氮化硅陶瓷基板的熱膨脹系數與第三代半導體襯底SiC晶體接近,使其能夠與SiC晶體材料匹配更穩定,因此成為SiC半導體導熱基板材料首選,特別在800V以上高端新能源汽車中應用中不可或缺。
     
    根據QY Research報告,2021年AMB陶瓷基板市場規模約為0.9億美元,預計2028年增長到3.8億美元,復合增長率高達22.7%。主要供應商包括美國Rogers、德國Heraeus、日本電化株式會社(Denka)、日本同和(DOWA)。

     

    小結

    小米、華為、比亞迪直接入股陶瓷基板企業或是陶瓷粉體企業來看,他們很可能正在加快各自供應鏈的完善腳步,這也從側面證實了陶瓷基板正是這些通訊、新能源汽車等領域的大哥們都極其重視的關鍵部件。

     

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