突破散熱瓶頸：藍寶石上氮化鎵襯底厚度降至50微米

近日，致能半導體對外披露了其在藍寶石襯底減薄技術方面的最新成果：該公司已將8英寸藍寶石基氮化鎵晶圓的襯底厚度成功減薄至50微米，據(jù)介紹，這一指標在行業(yè)內(nèi)處于領先水平。

圖片來源：致能半導體

致能8”藍寶石上氮化鎵晶圓，襯底厚度僅50μm

氮化鎵材料因其高頻率、高耐壓等特性，在功率半導體領域被寄予厚望。但在實際應用中，散熱問題一直是制約其性能發(fā)揮的關鍵瓶頸之一。不同襯底材料的選擇，直接影響器件的熱管理表現(xiàn)。藍寶石作為一種襯底材料，具備良好的絕緣性能和高溫穩(wěn)定性，與氮化鎵的熱匹配和晶格匹配也較為理想，外延結(jié)構(gòu)相對簡單。然而，藍寶石的熱導率偏低，長期以來被認為是影響器件散熱的主要短板。通過減薄襯底厚度，可以有效縮短熱流傳導路徑，從而改善器件的整體散熱能力。

#致能半導體 的技術進展主要體現(xiàn)在襯底減薄工藝的精細化控制上。據(jù)該公司介紹，在將襯底厚度從常規(guī)的200微米逐步降至100微米、最終達到50微米的過程中，器件的熱性能獲得了顯著提升。測試數(shù)據(jù)顯示，當藍寶石襯底厚度為200微米時，器件的結(jié)殼熱阻約為每瓦1.6攝氏度，與同類硅基氮化鎵器件相當；厚度降至100微米時，熱阻下降至每瓦1.1攝氏度，表現(xiàn)明顯優(yōu)于硅基方案；而達到50微米厚度后，熱阻進一步降至每瓦0.8攝氏度，約為同規(guī)格硅基氮化鎵器件的一半。

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致能藍寶石上氮化鎵器件熱阻與同規(guī)格友商硅上氮化鎵器件對比

得益于藍寶石上氮化鎵器件的優(yōu)異熱阻性能,在應用中也展現(xiàn)出相對硅上氮化鎵器件的明顯熱性能優(yōu)勢。下表展示了在大功率應用場景下，器件在不同電壓和負載下的溫升情況?？梢钥闯?，在所有條件下，致能的藍寶石上氮化鎵器件溫升都遠小于同規(guī)格的友商硅上氮化鎵器件，展現(xiàn)出了卓越的散熱能力。

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致能藍寶石基氮化鎵器件在大功率應用中與相似規(guī)格友商硅基氮化鎵器件溫升對比

在實際應用驗證中，襯底厚度對器件溫度的影響也得到了量化體現(xiàn)。致能半導體在一款較大功率的圖騰柱PFC電源板上，對100微米和50微米兩種襯底厚度的器件進行了對比測試。結(jié)果顯示，在90伏輸入電壓條件下，50微米襯底器件的殼溫比100微米器件降低了13.6攝氏度；在264伏輸入電壓條件下，降幅達到14.5攝氏度。此外，在多種電壓和負載工況下，藍寶石基氮化鎵器件的溫升表現(xiàn)均低于同規(guī)格的硅基氮化鎵器件。

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圖騰柱PFC電源測試板及100μm襯底（U79AHST010E）vs.50μm襯底（U79AHSS034）器件殼溫對比

值得關注的是，致能半導體還透露，已完成30微米藍寶石超薄襯底的技術儲備。這意味著未來在熱管理性能方面仍有進一步提升的空間。對于追求高功率密度和高能效的系統(tǒng)應用而言，襯底減薄技術為解決氮化鎵器件的散熱難題提供了一條可行的技術路徑。

行業(yè)分析人士認為，功率半導體市場對器件效率、可靠性和體積的要求不斷提高，襯底技術作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的關鍵環(huán)節(jié)，其進展直接影響下游應用方案的競爭力。藍寶石上氮化鎵技術在中高壓領域原本具備耐壓和可靠性方面的優(yōu)勢，散熱瓶頸的逐步突破，有助于拓展其在更多大功率場景中的適用范圍。

總體來看，藍寶石襯底減薄技術的推進，反映了氮化鎵功率器件在材料與工藝層面的持續(xù)演進。隨著相關技術在量產(chǎn)階段的進一步驗證，其在中高壓功率半導體市場中的競爭力有望進一步增強。

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