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超薄 200 μm SiC 衬底:机遇与挑战

随着功率电子和射频器件的持续演进,器件对衬底材料的性能要求日益严苛。作为第三代半导体的代表材料,碳化硅(SiC)已广泛应用于新能源汽车动力系统、光伏逆变器、快充设备、5G 通信以及卫星雷达等领域。在这一背景下,传统厚度为 350–650 μm 的 SiC 衬底正逐步向更薄规格演进,其中 200 μm 超薄 SiC 衬底已成为产业关注的重点方向。

 

一、为何向更薄的 SiC 衬底发展?

传统厚型 SiC 衬底在搬运和加工过程中具备较好的机械稳定性,但在高频、高功率器件中,寄生参数和热管理能力逐渐成为性能瓶颈。将衬底厚度降低至 200 μm 可带来多重技术优势:

  • 更低的导通电阻(Rds(on))
    电流传输路径缩短,可有效降低导通损耗。

  • 更优的热管理性能
    衬底变薄后,热传导路径缩短,有利于器件热量快速导出,提高功率密度。

  • 寄生效应显著降低
    在射频和高速开关器件中尤为关键,可有效改善信号完整性。

  • 轻量化设计优势
    对于航空航天及高度集成系统,减重具有明显价值。

 

二、200 μm SiC 衬底的关键技术挑战

尽管优势明显,但超薄 SiC 衬底实现规模化量产仍面临多重技术瓶颈:

1. 机械脆性显著增加

厚度仅 200 μm 的晶圆在切割、搬运和封装过程中极易产生破片或裂纹,需配套专用载体、临时键合及保护工艺。

2. 翘曲与应力控制难度提升

高温外延及后续制程易引入晶圆翘曲与残余应力,增加光刻、金属化等下游工艺难度。

3. 良率高度敏感

减薄、抛光和刻蚀工艺对表面质量要求极高,微小缺陷即可导致器件失效,良率控制难度显著提升。

4. 封装匹配性问题

超薄 SiC 与封装材料(如铜、陶瓷)之间的热膨胀系数不匹配,在焊接及高温运行条件下,容易引发分层或开裂风险。

 

三、典型应用场景

200 μm 超薄 SiC 衬底主要面向高性能、高附加值器件领域,典型应用包括:

GaN-on-SiC 射频功率放大器
超薄半绝缘 SiC 衬底有助于降低寄生参数和介质损耗,显著提升高频性能。

高频 SiC MOSFET
衬底减薄可降低导通损耗,同时提升开关速度与系统效率,适用于新能源汽车驱动系统和快充设备。

高效率 SiC 肖特基二极管
更短的电流路径与更优的散热能力,使其在整流和功率转换应用中具备明显性能优势。

 

四、产业发展趋势

6 英寸仍为主流载体
目前 200 μm 超薄 SiC 产品主要集中在 4–6 英寸晶圆上,相关工艺成熟度相对较高。

8 英寸仍处于研发阶段
随着产业向 8 英寸导电型 SiC 发展,超薄 8 英寸衬底在中长期具备潜力,但技术难度和成本挑战显著更高。

市场需求驱动差异化发展
功率器件(MOSFET、二极管)市场规模远大于射频器件,因此超薄衬底更可能率先在功率电子领域实现规模化应用。

 

五、结论

200 μm 超薄 SiC 衬底代表了 SiC 技术演进的重要方向。其在电性能与热性能方面的综合优势,使其成为下一代高频、高效率器件的理想衬底选择。然而,机械可靠性、良率控制以及封装兼容性,仍是其实现产业化的关键制约因素。

随着精密加工技术、自动化搬运方案以及先进封装技术的持续进步,超薄 SiC 衬底有望逐步从小众应用走向更广泛的商业化落地,为功率电子与射频产业打开新的性能空间。

此外,晶沐光电已实现超薄碳化硅衬底的稳定供应能力,产品涵盖导电型与半绝缘型两大类别,尺寸范围覆盖 2–8 英寸,最小厚度可低于 200 μm。相关产品可满足功率电子与射频器件在高频、高功率、高可靠性应用中的差异化需求,为客户在器件性能优化与先进封装方案中提供更多材料选择。

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