平伟实业陈云乔：先进封装双面散热车规功率器件
时间: 2023-12-13 22:13
来源: 2023芯片大会
作者: editor
2023年12月5日-6日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题，设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中，在12月6日下午举办的“主题论坛一：全球汽车芯片创新成果”上，重庆平伟实业股份有限公司应用总监陈云乔发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
感谢组委会给我们平伟一个机会，向大家展示我们在先进封装上的一些进展。我给大家带来的主题先进封装双面散热车规产品。
首先给大家介绍一下平伟，平伟是一家综合性的功率半导体供应商，我们在二极管、MOSFET、IGBT、第三代宽禁带半导体、功率模组等方面都有一定的涉足。我们目前在重庆面向全国开展我们功率器件市场的拓展，我们在1988年投入到封装研究方面，目前为止，我们已经建成了完整的车规产线。在国内功率半导体市场，我们是一家具备大量规模化生产能力、面向工业级汽车级以及特殊领域研发能力的轻型功率半导体IDM产品公司。
企业在做功率器件这方面绕不开的话题，就是对器件可靠性的研究，我们依托平伟的实验室开展了很多的关于车规级AEC-Q101车规认证的一些可靠性试验项目。我们在2021年也拿到了国家CNAS的认可。依托实验室完善的试验和分析设备，平伟有能力在车规级失效分析方面、可靠性验证这方面做出更多的探索。
平伟车规级的产品开发，主要围绕各个领域具体的一些应用，去开展中压、高压还有一些特殊用途的功率器件的研究。众所周知，半导体的发展，始终是围绕更高的功率密度、更小的损耗、更轻薄的封装以及更高的可靠性等方面去展开研究。
做什么级别的产品，首先就决定了芯片设计的方式。比如要用在光伏产品之上，那么它对可靠性有什么要求，就有一个很粗犷的印象。大家都知道，在新疆或者内蒙这些地区，白天的温度可能在40-50度，在夜间的时候就有可能零下十几度。我们怎么解决这个一天之内这么大范围的温循问题呢？实际上这就是一个材料科学的问题。我们首先要在芯片设计的时候，就考虑在表层避免一些引起温度变化分裂、分层这样的技术问题，要加入钝化工艺，版图要预留足够的安全区等等细节；其次就是我们芯片和框架焊接之间有一些特殊的焊接工艺，比如真空回流等技术去规避产生空洞。
在先进封装的规划中，平伟的路标就是围绕汽车芯片以及汽车周边设施设备而展开的。比如充电桩，汽车上面的OBC，汽车中控上的DCDC和电驱等等应用场景。例如，与电机电驱相关的应用，我们主要向DFN5×6、STOLL封装进行开发。而这一部分，代表了汽车整个主流中低压产品车规器件的需求。
目前平伟取得最大的进展，就是在围绕汽车安全件方面展开研究的。尤其是在汽车EPS上面，我们已经和博世华域一起联合开发了国内首款双面散热DFN5*6封装。仅当前展示的这款双面散热5×6的封装，已经在各个汽车配件企业获得累计5000W的订单。该产品主要的开发目标，就是为了替代像英飞凌、东芝这类的双面散热5×6产品。
双面散热封装带来收益直接体现在功率密度的提升上。他可以直接让客户的PCB功率密度提升13%。这种效率的收益，就是得益于顶部的金属表面能够把芯片里面产生的温度及时导出去，这样我们在单位面积可以承受的功率就会进一步提升。现在已经上市的汽车助力转向器上，一台EPS驱动电路上面就会用到10颗这样的器件。
除此之外，在车身上面，我们还会有一些双基岛DFN5*6封装产品的N-MOSFET，应用在车窗、电动座椅等电驱之类的电路上。这些在汽车上的使用已经非常广泛。
下面就具体针对我们双面散热的器件给大家做简单分享。上面的图就可以看到，在我们的右边，就是我们第一代EPS产品，左边就是我们的第二代EPS产品，我们可以看到它可以帮助客户EPS减少20%的体积，同时功率密度提升了13%。双面产品的上市，帮助客户解决了众多的市场痛点，举个例子，目前受到国外供应形势的问题，现有的海外产品，其供应的货期很长，无法满足及时的生产需求。
在解决双面散热的问题的国产中，平伟主要围绕芯片的设计、焊接的技术去提升可靠性方面的能力。在开发这款产品的时候，除了我们自己依托实验室做的一些可靠性实验，去保证我们每颗零失效。除此之外，我们还和第三方实验室展开合作，把器件拿过去做第三方认证。所以，基于稳定的可靠性能力、产品一致性能力，仅EPS这一个领域，便已获得了5000万的订单，我们预计在2026年达到5.8亿的销售总额。
我们的核心优势主要是芯片在平伟的设计中心完成研制的，另外就是拥有30几年的封装技术积累。凭借这些优势，便可以保证产品在可靠性的要求。研发过程中，还获得了100%的知识产权，并形成了一定的专利。
在投入双面散热器件的生产研发中，也陆续投资了很多硬件设备去保证我们这个产品的生产。同时我们在失效分析方面、过程检验方面，有及时的线上线下的可靠性检验能力。
质量保证体系方面，我们围绕AEC-Q101开展认证之外，最重要的就是一坨IATF 16949的生产质量体系去进行产品一致性的把控。在双面散热DFN5*6封装基础之上，平伟还把双面散热的器件拓展到DFN3×3、8×8以及全顶面散热的器件封装外形之上。
另外市场上还有一些广泛的LFPAK56封装需求。这种封装的主要优势就是相同的芯片面积，可以焊接更大的芯片，把内阻还有开关损耗等等做得更低。
在电驱市场，针对电机的驱动，尤其是无刷电机的应用需求，会用到三相桥的MOS芯片。我们把六颗MOS集成到一颗芯片里。带来的优势，就是功率密度进一步提升。平伟针对应用特点，开发几种形态的六合一芯片，这已经在我们头部客户开展使用评估。相信很快就会面向市场做推广。
当然，大家今天都提到，光在车规级上发展，是很受局限的。我们还在工业级应用上，做了拓展。我们很多工业级的电驱的驱动也离不开六合一芯片，所以我们在做这种双面散热以及多芯核心的话，一定会取得更多的成就。
得益于高密度的芯片集成，未来MOSFET的体积会更加轻便，功率密度会得到进一步提升。未来平伟还要继续围绕车规器件、高可靠性、高功率密度的方向做更多的探索。我们还会积极和客户开展合作，把这些规划中的产品，尽早应用到工业级、汽车级等客户产品中去，以帮助他们客户减少PCB体积，提升功率密度。
我的分享就到这里，感谢大家。
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2023年12月5日-6日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题，设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中，在12月6日下午举办的“主题论坛一：全球汽车芯片创新成果”上，重庆平伟实业股份有限公司应用总监陈云乔发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
感谢组委会给我们平伟一个机会，向大家展示我们在先进封装上的一些进展。我给大家带来的主题先进封装双面散热车规产品。
首先给大家介绍一下平伟，平伟是一家综合性的功率半导体供应商，我们在二极管、MOSFET、IGBT、第三代宽禁带半导体、功率模组等方面都有一定的涉足。我们目前在重庆面向全国开展我们功率器件市场的拓展，我们在1988年投入到封装研究方面，目前为止，我们已经建成了完整的车规产线。在国内功率半导体市场，我们是一家具备大量规模化生产能力、面向工业级汽车级以及特殊领域研发能力的轻型功率半导体IDM产品公司。
企业在做功率器件这方面绕不开的话题，就是对器件可靠性的研究，我们依托平伟的实验室开展了很多的关于车规级AEC-Q101车规认证的一些可靠性试验项目。我们在2021年也拿到了国家CNAS的认可。依托实验室完善的试验和分析设备，平伟有能力在车规级失效分析方面、可靠性验证这方面做出更多的探索。
平伟车规级的产品开发，主要围绕各个领域具体的一些应用，去开展中压、高压还有一些特殊用途的功率器件的研究。众所周知，半导体的发展，始终是围绕更高的功率密度、更小的损耗、更轻薄的封装以及更高的可靠性等方面去展开研究。
做什么级别的产品，首先就决定了芯片设计的方式。比如要用在光伏产品之上，那么它对可靠性有什么要求，就有一个很粗犷的印象。大家都知道，在新疆或者内蒙这些地区，白天的温度可能在40-50度，在夜间的时候就有可能零下十几度。我们怎么解决这个一天之内这么大范围的温循问题呢？实际上这就是一个材料科学的问题。我们首先要在芯片设计的时候，就考虑在表层避免一些引起温度变化分裂、分层这样的技术问题，要加入钝化工艺，版图要预留足够的安全区等等细节；其次就是我们芯片和框架焊接之间有一些特殊的焊接工艺，比如真空回流等技术去规避产生空洞。
在先进封装的规划中，平伟的路标就是围绕汽车芯片以及汽车周边设施设备而展开的。比如充电桩，汽车上面的OBC，汽车中控上的DCDC和电驱等等应用场景。例如，与电机电驱相关的应用，我们主要向DFN5×6、STOLL封装进行开发。而这一部分，代表了汽车整个主流中低压产品车规器件的需求。
目前平伟取得最大的进展，就是在围绕汽车安全件方面展开研究的。尤其是在汽车EPS上面，我们已经和博世华域一起联合开发了国内首款双面散热DFN5*6封装。仅当前展示的这款双面散热5×6的封装，已经在各个汽车配件企业获得累计5000W的订单。该产品主要的开发目标，就是为了替代像英飞凌、东芝这类的双面散热5×6产品。
双面散热封装带来收益直接体现在功率密度的提升上。他可以直接让客户的PCB功率密度提升13%。这种效率的收益，就是得益于顶部的金属表面能够把芯片里面产生的温度及时导出去，这样我们在单位面积可以承受的功率就会进一步提升。现在已经上市的汽车助力转向器上，一台EPS驱动电路上面就会用到10颗这样的器件。
除此之外，在车身上面，我们还会有一些双基岛DFN5*6封装产品的N-MOSFET，应用在车窗、电动座椅等电驱之类的电路上。这些在汽车上的使用已经非常广泛。
下面就具体针对我们双面散热的器件给大家做简单分享。上面的图就可以看到，在我们的右边，就是我们第一代EPS产品，左边就是我们的第二代EPS产品，我们可以看到它可以帮助客户EPS减少20%的体积，同时功率密度提升了13%。双面产品的上市，帮助客户解决了众多的市场痛点，举个例子，目前受到国外供应形势的问题，现有的海外产品，其供应的货期很长，无法满足及时的生产需求。
在解决双面散热的问题的国产中，平伟主要围绕芯片的设计、焊接的技术去提升可靠性方面的能力。在开发这款产品的时候，除了我们自己依托实验室做的一些可靠性实验，去保证我们每颗零失效。除此之外，我们还和第三方实验室展开合作，把器件拿过去做第三方认证。所以，基于稳定的可靠性能力、产品一致性能力，仅EPS这一个领域，便已获得了5000万的订单，我们预计在2026年达到5.8亿的销售总额。
我们的核心优势主要是芯片在平伟的设计中心完成研制的，另外就是拥有30几年的封装技术积累。凭借这些优势，便可以保证产品在可靠性的要求。研发过程中，还获得了100%的知识产权，并形成了一定的专利。
在投入双面散热器件的生产研发中，也陆续投资了很多硬件设备去保证我们这个产品的生产。同时我们在失效分析方面、过程检验方面，有及时的线上线下的可靠性检验能力。
质量保证体系方面，我们围绕AEC-Q101开展认证之外，最重要的就是一坨IATF 16949的生产质量体系去进行产品一致性的把控。在双面散热DFN5*6封装基础之上，平伟还把双面散热的器件拓展到DFN3×3、8×8以及全顶面散热的器件封装外形之上。
另外市场上还有一些广泛的LFPAK56封装需求。这种封装的主要优势就是相同的芯片面积，可以焊接更大的芯片，把内阻还有开关损耗等等做得更低。
在电驱市场，针对电机的驱动，尤其是无刷电机的应用需求，会用到三相桥的MOS芯片。我们把六颗MOS集成到一颗芯片里。带来的优势，就是功率密度进一步提升。平伟针对应用特点，开发几种形态的六合一芯片，这已经在我们头部客户开展使用评估。相信很快就会面向市场做推广。
当然，大家今天都提到，光在车规级上发展，是很受局限的。我们还在工业级应用上，做了拓展。我们很多工业级的电驱的驱动也离不开六合一芯片，所以我们在做这种双面散热以及多芯核心的话，一定会取得更多的成就。
得益于高密度的芯片集成，未来MOSFET的体积会更加轻便，功率密度会得到进一步提升。未来平伟还要继续围绕车规器件、高可靠性、高功率密度的方向做更多的探索。我们还会积极和客户开展合作，把这些规划中的产品，尽早应用到工业级、汽车级等客户产品中去，以帮助他们客户减少PCB体积，提升功率密度。
我的分享就到这里，感谢大家。
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