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小米、华为、比亚迪齐刷刷入股陶瓷企业,盯上了它?

作者:粉体圈 更新时间:2023-09-06 09:11 来源:粉体网 点击数:1145
近日,企查查APP显示,浙江德汇电子陶瓷有限公司发生工商变更,新增北京小米智造股权投资基金合伙企业(有限合伙)等为股东。注册资本由约5021.58万人民币增至约7476.57万人民币。


几乎同一时间,华为旗下深圳哈勃科技投资合伙企业(有限合伙)入股南京中江新材料科技有限公司,后者注册资本由3000万人民币增至3529.41万人民币,哈勃将持有中江科易15%股权。

早在今年2月,比亚迪、江苏富乐华半导体科技股份有限公司等同时入股厦门钜瓷科技有限公司


小米、华为、比亚迪入股的3家企业有何来历?


公开资料显示,德汇陶瓷成立于2013年,是一家专注于功率器件用陶瓷封装基板研制的高新技术企业。在技术领域,德汇陶瓷有着深厚的积累,已拥有多项核心技术,如陶瓷基板、线路板、金属层、陶瓷基座、焊料层等。公司产品广泛应用于IGBT模块、5G射频器件、光通讯器件、高功率LED、半导体激光器、半导体制冷器等领域。2022年4月绍兴德汇陶瓷已经建成年产144万片功率半导体模块用高性能陶瓷覆铜板项目。公司逐步建造高性能陶瓷金属化及其电子元器件的生产基地,推动产业进步。目前,德汇陶瓷已实现AMB陶瓷封装基板量产化出货,其AMB-Si3N4已向国内主要头部功率模块企业批量出货;AMB-AlN已在轨道交通领域进行了验证,有望实现对同类进口产品的替代。

中江新材成立于2012年8月,是一家研发、生产氧化铝氮化铝覆铜陶瓷基板企业。经营范围含陶瓷材料研发,陶瓷制品、光电子器件、其他电子元器件及配件的研发、生产、销售等。

钜瓷科技成立于2016年12月27日,是一家致力于高品级氮化铝粉体陶瓷制品研发、生产和销售的创新型高科技企业,其主要产品有高纯氮化铝粉体、氮化铝造粒粉、氮化铝填料粉以及注射成形复杂精密氮化铝陶瓷制品四大系列。


三大咖意欲何为?


依据德汇陶瓷、中江新材、钜瓷科技三家企业的公开资料,我们可以提取出一些主要的关键词:

氮化铝、氮化硅、陶瓷基板。

再看小米、华为、比亚迪的身份,小米与华为是通讯行业的大佬,同时小米造车正在全力冲刺,与比亚迪又同属新能源汽车阵营。

氮化铝、氮化硅是目前最受关注的陶瓷基板原材料,陶瓷基板又是新一代通讯、新能源汽车电子器件最受瞩目的封装材料。如此看来,小米、华为、比亚迪可能就是奔着“陶瓷基板”来的。


陶瓷基板——高密度集成散热首选


在新能源及新一代通讯行业,随着微电子信息技术、大规模集成电路(LSI)、多芯片组件(MCM)和微机电系统(MENS)等技术的迅速发展,对电子整机的要求越来越高,这种要求越来越迫切,促使它们朝着微型化、便携式、高性能等方向发展。高密度集成是实现上述功能的最有效解决方案,高密度集成可以将各种电子设备复杂的功能集成到更小的组件中,而实现高密度集成的关键是解决元器件的散热问题对于电子器件而言,通常温度每升高10°C,器件有效寿命就降低30%~50%。因此,选用合适的封装材料与工艺、提高器件散热能力就成为发展功率器件的技术瓶颈。

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大功率LED封装为例,由于输入功率的70%~80%转变成为热量(只有约20%~30%转化为光能),且LED芯片面积小,器件功率密度很大(大于100W/cm2),因此散热成为大功率LED封装必须解决的关键问题。如果不能及时将芯片发热导出并消散,大量热量将聚集在LED内部,芯片结温将逐步升高,一方面使LED性能降低(如发光效率降低、波长红移),另一方面将在LED器件内部产生热应力,引发一系列可靠性问题(如使用寿命、色温变化等)。


伴随着功率器件(包括LED、LD、IGBT、CPV等)不断发展,采用高导热材料制作电路基板是实现微电路散热的有效方法之一。

目前常用电子封装基板主要可分为高分子基板、金属基板(金属核线路板,MCPCB)和陶瓷基板几类。对于功率器件封装而言,封装基板除具备基本的布线(电互连)功能外,还要求具有较高的导热、耐热、绝缘、强度与热匹配性能。因此,高分子基板和金属基板使用受到很大限制;而陶瓷材料本身具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度、与芯片材料热匹配等性能,非常适合作为功率器件封装基板,目前已在半导体照明、激光与光通信、航空航天、新能源汽车等领域得到广泛应用。


氮化铝、氮化硅陶瓷基板及其在新能源汽车中的应用


目前陶瓷基板的主要材料以氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)和氮化硅(Si3N4)三类为主。氧化铝陶瓷基板价格低廉,生产工艺成熟,目前产量最大,应用面最广。但是,氧化铝陶瓷基板的导热性能已无法满足大功率芯片的散热要求。综合来看,氮化铝陶瓷基板与氮化硅陶瓷基板最具发展前景。

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一些陶瓷材料的特性比较


氮化铝基板


氮化铝陶瓷的各项性能优异,尤其是高热导率的特点,其理论热导率可达320W/(m·K),其商用产品热导率一般为180W/(m·K)~260W/(m·K),使其能够用于高功率、高引线和大尺寸芯片封装基板材料。

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此外,氮化铝陶瓷还具较高的机械强度及化学稳定性,能够在较恶劣的环境下保持正常的工作状态。正是因为氮化铝陶瓷具有诸多的优良性能,氮化铝陶瓷会在众多陶瓷基板材料中脱颖而出,成为新一代先进陶瓷封装材料的代表产品。


汽车LED大灯的工作温度是极其高的,功率越大,温度越高,亮度功率是形成正比的,想要提高亮度只能通过精细的冷却设计或者散热器件的加大,但是效果并不理想,能够使其达到理想效果的只有氮化铝陶瓷基板。高导热率和优良的绝缘性,与灯珠更匹配的热膨胀技术等优点,让氮化铝陶瓷基板再次“脱颖而出”。

氮化硅基板

氮化硅被认为是综合性能最好的陶瓷基板材料,虽热导率不如氮化铝,但其抗弯强度、断裂韧性都可达到氮化铝的2倍以上。同时,氮化硅陶瓷基板的热膨胀系数与第三代半导体碳化硅相近,使得其成为碳化硅导热基板材料的首选。氮化硅基板在新能源汽车中的应用不可阻挡!

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氮化硅陶瓷粉末和氮化硅陶瓷基片

(1)IGBT


新能源车的电机驱动部分,最核心的元件就是IGBT。IGBT约占电机驱动系统成本的一半,而电机驱动系统占整车成本的15-20%,也就是说IGBT占整车成本的7-10%,是除电池之外成本第二高的元件,IGBT的质量很大一部分也决定了整车的能源效率。

IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管,电动汽车用IGBT模块的功率导电端子需要承载数百安培的大电流,对电导率和热导率有较高的要求,车载环境中还要承受一定的振动和冲击力,机械强度要求高。近年来,Si3N4陶瓷基板以其硬度高、机械强度高、耐高温和热稳定性好、介电常数和介质损耗低、耐磨损、耐腐蚀等优异的性能,在IGBT模块封装中得到青睐,并逐步替代Al2O3和AlN陶瓷基板。

(2)SiC MOSFET

随着技术发展和应用需要的不断延伸,第一、二代半导体的局限性逐渐体现出来,难以满足高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便小型化等使用需求。以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、临界击穿电压高、热导率高、载流子饱和漂移速度大等特点,其制作的电子器件可在300℃甚至更高温度下稳定工作。

在新能源汽车的核心电机驱动中,采用SiC MOSFET器件比传统Si IGBT带来5%~10%续航提升,未来将会逐步取代Si IGBT。但SiC MOSFET芯片面积小,对散热要求高,氮化硅陶瓷基板具备优异的散热能力和高可靠性,几乎成为SiC MOSFET在新能源汽车领域主驱应用的必选项。

目前已经量产的Tesla model 3已经大批量使用氮化硅陶瓷基板,应对SiC MOSFET器件散热。比亚迪e3.0平台推出的全新一代SiC电控,采用了自主研发的全新SiC MOSFET电机控制模块、高性能氮化硅陶瓷以及集成NTC传感器,使整个电控单元功率密度提升近30%,电流最大支持840A,电压最大1200V,电控最高效率达99.7%。


AMB陶瓷基板将成为中高端功率模块散热的主流工艺


陶瓷基板按照工艺主要分为DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。

AMB陶瓷基板是DBC工艺的进一步发展,该工艺通过含有少量稀土元素的焊料来实现陶瓷基板与铜箔的连接,其键合强度高、可靠性好。

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AMB工艺生产的陶瓷基板主要运用在功率半导体模块上作为硅基、碳化基功率芯片的基底,AMB技术实现了氮化铝和氮化硅陶瓷与铜片的覆接,相比DBC衬板有更优的热导率、铜层结合力、可靠性等,可大幅提高陶瓷衬板可靠性,更适合大功率大电流的应用场景,逐步成为中高端IGBT模块散热电路板的主要应用类型。


此外,由于AMB氮化硅基板有较高热导率,可将非常厚的铜金属(厚度可达0.8mm)焊接到相对薄的氮化硅陶瓷上,载流能力较高。且氮化硅陶瓷基板的热膨胀系数与第三代半导体衬底SiC晶体接近,使其能够与SiC晶体材料匹配更稳定,因此成为SiC半导体导热基板材料首选,特别在800V以上高端新能源汽车中应用中不可或缺。

根据QY Research报告,2021年AMB陶瓷基板市场规模约为0.9亿美元,预计2028年增长到3.8亿美元,复合增长率高达22.7%。主要供应商包括美国Rogers、德国Heraeus、日本电化株式会社(Denka)、日本同和(DOWA)。


小结


小米、华为、比亚迪直接入股陶瓷基板企业或是陶瓷粉体企业来看,他们很可能正在加快各自供应链的完善脚步,这也从侧面证实了陶瓷基板正是这些通讯、新能源汽车等领域的大哥们都极其重视的关键部件。