電子封裝，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上的核心一環(huán)。經(jīng)過封裝之后，芯片如同歷經(jīng)洗禮，變成了人們熟知的各種電子器件。說起封裝技術(shù)，就不能不提到美國國家工程院院士、中國工程院外籍院士、香港科學(xué)院創(chuàng)院院士汪正平。早在20世紀(jì)七十年代，汪正平院士創(chuàng)新性采用聚合物材料封裝集成電路（IC）芯片（簡(jiǎn)稱“塑封技術(shù)”），克服了傳統(tǒng)陶瓷和金屬封裝重量大、工藝復(fù)雜、成本高等問題，被Intel、IBM等全面推廣，目前塑封技術(shù)占全球IC封裝市場(chǎng)95%以上。由于其在封裝技術(shù)研發(fā)方面的卓越貢獻(xiàn)，汪正平院士多次榮獲電子封裝領(lǐng)域的榮譽(yù)獎(jiǎng)項(xiàng)，被譽(yù)為“現(xiàn)代半導(dǎo)體封裝之父”。
金瑞欣特種電路技術(shù)需要突破的，是電子封裝用陶瓷基板這一賽道！
突破“卡脖子”
在芯片領(lǐng)域，“摩爾定律”一直如神奇般存在。這一定律是Intel創(chuàng)始人之一戈登·摩爾的經(jīng)驗(yàn)之談，其核心內(nèi)容為：集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目，在大約每經(jīng)過18到24個(gè)月便會(huì)增加一倍。換言之，處理器性能大約每?jī)赡攴槐?，同時(shí)價(jià)格下降為之前的一半。2022年9月8日，蘋果發(fā)布最新iPhone14手機(jī)，其高端產(chǎn)品搭載的A16芯片，已使用4納米制程，晶體管數(shù)量多達(dá)160億個(gè)，再創(chuàng)新紀(jì)錄。“隨著芯片功率越來越大，集成度越來越高，散熱是個(gè)大問題。如果不及時(shí)散熱，芯片很可能會(huì)燒壞?！崩_(dá)創(chuàng)始人陳明祥說，“對(duì)于光電器件來說，溫度每升高10℃，其壽命則會(huì)降低30%-50%?！?/span>他介紹，目前廣泛使用的印刷線路板（PCB）采用高分子材料，“通俗來講就是塑料，其導(dǎo)熱和耐熱能力較差，而陶瓷材料具有高導(dǎo)熱、高耐熱、高絕緣、低熱脹、耐腐蝕等特點(diǎn)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯?！?/span>“制造陶瓷基板并不難，但它需要優(yōu)化材料配方與工藝，需要長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)積累，很多上市公司想做，但實(shí)際很難做出來?！?/span>由于技術(shù)門檻高，陶瓷基板全球市場(chǎng)高度集中。據(jù)公開資料顯示，全球前十大供應(yīng)商占有80%以上市場(chǎng)份額，其中日本京瓷、美國羅杰斯、中國臺(tái)等處于市場(chǎng)領(lǐng)先地位。從市場(chǎng)需求來看，國內(nèi)陶瓷基板（特別是高端產(chǎn)品）一直依賴進(jìn)口，屬于典型的“卡脖子”技術(shù)。
歷時(shí)多年的自主研發(fā)和產(chǎn)學(xué)研合作，金瑞欣終于掌握了電鍍陶瓷基板（DPC）全套制備技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和出貨，突破“卡脖子”。
助力挑戰(zhàn)“摩爾定律”極限
封裝時(shí)，將芯片放在基板上，基板可以起到支撐芯片、給芯片供電、解決芯片散熱等作用，因此，基板性能對(duì)器件質(zhì)量影響極大。金瑞欣自主研發(fā)的電鍍陶瓷基板（DPC）技術(shù)，利用激光打孔、電鍍填孔和圖形電鍍等工藝，將銅沉積于陶瓷基片表面，其工藝結(jié)合了材料學(xué)、半導(dǎo)體、電化學(xué)、激光加工等技術(shù)，對(duì)材料控制與工藝技術(shù)整合能力要求極高。“我們的陶瓷基板，采用半導(dǎo)體工藝制作，精度較高，線寬、線距可以做到50微米左右?！蹦壳埃袌?chǎng)水平普遍在100-200微米。同時(shí)，與市場(chǎng)上只能做單面陶瓷基板相比，利之達(dá)可以做雙面和多層陶瓷基板，利用激光在陶瓷片上打孔，通過電鍍實(shí)現(xiàn)陶瓷片正反面互連，實(shí)現(xiàn)垂直集成。
打比方說，原來只能做平房，現(xiàn)在我們的工藝解決了電梯問題，就可以做樓房了。從工藝來看，傳統(tǒng)陶瓷基板需要近1000℃的高溫來制備，而利之達(dá)的創(chuàng)新技術(shù)，僅需不到300℃，降低了成本，提高了工藝兼容性。“有了更好的散熱性能，更高的集成度，這些封裝技術(shù)創(chuàng)新，將有助于半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)一步挑戰(zhàn)‘摩爾定律’極限。”
第三代半導(dǎo)體“風(fēng)起”
目前，金瑞欣出貨的DPC陶瓷基板，主要應(yīng)用在LED封裝領(lǐng)域，包括半導(dǎo)體照明（白光LED）和殺菌消毒（深紫外LED）。由于LED芯片電光轉(zhuǎn)化效率較低，大部分電能轉(zhuǎn)化成廢熱，因此必須解決LED散熱問題，否則直接影響LED器件光效與壽命。眼下，新能源汽車、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起，高性能陶瓷基板需求將越來越大。“應(yīng)該說，陶瓷基板與目前廣泛使用的PCB基板，應(yīng)用領(lǐng)域各有側(cè)重?！碧沾苫逯饕獞?yīng)用于功率半導(dǎo)體、高溫電子器件封裝。比如，汽車電子尤其是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)附近的高溫傳感器、航空航天器件、半導(dǎo)體激光器、熱電制冷器（TEC）、電力電子（IGBT）等。“這些應(yīng)用將前景無限?！标惷飨樘貏e提到，陶瓷基板與正在“風(fēng)起”的第三代半導(dǎo)體，是最佳搭檔。21世紀(jì)以來，以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO)、金剛石為代表的第三代半導(dǎo)體材料開始初露頭角。
由于第三代半導(dǎo)體材料具有更大的禁帶寬度、更高的耐熱性，更適合于制作高溫、高頻及大功率電子器件，在光電子和微電子領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，市場(chǎng)火熱的5G基站、新能源汽車和快充等都是第三代半導(dǎo)體的重要應(yīng)用領(lǐng)域。“陶瓷基板能很好地匹配第三代半導(dǎo)體的高溫、大功率等特性。”“基礎(chǔ)原材料研發(fā)需要大量投入，盡管當(dāng)下國內(nèi)市場(chǎng)氛圍還是早期，但我們堅(jiān)定看好它的未來。縱觀全球陶瓷封裝市場(chǎng)，公開數(shù)據(jù)顯示，日本占據(jù)近50%市場(chǎng)份額，美國和歐洲分別占據(jù)約20%和10%，中國占有率僅在10%左右。可喜的是，近年來我國陶瓷封裝市場(chǎng)正迅猛發(fā)展。2014年我國陶瓷封裝市場(chǎng)規(guī)模僅為347億元，2023年有望達(dá)到1150億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為14.3%。
