近日，致能半导体对外披露了其在蓝宝石衬底减薄技术方面的最新成果：该公司已将8英寸蓝宝石基氮化镓晶圆的衬底厚度成功减薄至50微米，据介绍，这一指标在行业内处于领先水平。
图片来源：致能半导体
致能8”蓝宝石上氮化镓晶圆，衬底厚度仅50µm
氮化镓材料因其高频率、高耐压等特性，在功率半导体领域被寄予厚望。但在实际应用中，散热问题一直是制约其性能发挥的关键瓶颈之一。不同衬底材料的选择，直接影响器件的热管理表现。蓝宝石作为一种衬底材料，具备良好的绝缘性能和高温稳定性，与氮化镓的热匹配和晶格匹配也较为理想，外延结构相对简单。然而，蓝宝石的热导率偏低，长期以来被认为是影响器件散热的主要短板。通过减薄衬底厚度，可以有效缩短热流传导路径，从而改善器件的整体散热能力。
致能半导体的技术进展主要体现在衬底减薄工艺的精细化控制上。据该公司介绍，在将衬底厚度从常规的200微米逐步降至100微米、最终达到50微米的过程中，器件的热性能获得了显著提升。测试数据显示，当蓝宝石衬底厚度为200微米时，器件的结壳热阻约为每瓦1.6摄氏度，与同类硅基氮化镓器件相当；厚度降至100微米时，热阻下降至每瓦1.1摄氏度，表现明显优于硅基方案；而达到50微米厚度后，热阻进一步降至每瓦0.8摄氏度，约为同规格硅基氮化镓器件的一半。
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致能蓝宝石上氮化镓器件热阻与同规格友商硅上氮化镓器件对比
得益于蓝宝石上氮化镓器件的优异热阻性能,在应用中也展现出相对硅上氮化镓器件的明显热性能优势。下表展示了在大功率应用场景下，器件在不同电压和负载下的温升情况。可以看出，在所有条件下，致能的蓝宝石上氮化镓器件温升都远小于同规格的友商硅上氮化镓器件，展现出了卓越的散热能力。
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致能蓝宝石基氮化镓器件在大功率应用中与相似规格友商硅基氮化镓器件温升对比
在实际应用验证中，衬底厚度对器件温度的影响也得到了量化体现。致能半导体在一款较大功率的图腾柱PFC电源板上，对100微米和50微米两种衬底厚度的器件进行了对比测试。结果显示，在90伏输入电压条件下，50微米衬底器件的壳温比100微米器件降低了13.6摄氏度；在264伏输入电压条件下，降幅达到14.5摄氏度。此外，在多种电压和负载工况下，蓝宝石基氮化镓器件的温升表现均低于同规格的硅基氮化镓器件。
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图腾柱PFC电源测试板及100µm衬底（U79AHST010E）vs.50µm衬底（U79AHSS
值得关注的是，致能半导体还透露，已完成30微米蓝宝石超薄衬底的技术储备。这意味着未来在热管理性能方面仍有进一步提升的空间。对于追求高功率密度和高能效的系统应用而言，衬底减薄技术为解决氮化镓器件的散热难题提供了一条可行的技术路径。
行业分析人士认为，功率半导体市场对器件效率、可靠性和体积的要求不断提高，衬底技术作为产业链上游的关键环节，其进展直接影响下游应用方案的竞争力。蓝宝石上氮化镓技术在中高压领域原本具备耐压和可靠性方面的优势，散热瓶颈的逐步突破，有助于拓展其在更多大功率场景中的适用范围。
总体来看，蓝宝石衬底减薄技术的推进，反映了氮化镓功率器件在材料与工艺层面的持续演进。随着相关技术在量产阶段的进一步验证，其在中高压功率半导体市场中的竞争力有望进一步增强。
（集邦化合物半导体整理）
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