公开课87期笔记 |华羿微电解构‌PQFN封装技术与功率器件创新路径

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随着技术迭代加速、能源革命升级，功率器件作为电子装置中电能转换与电路控制的核心元器件展现出了强劲的增长前景。在功率器件的升级过程中，封装技术扮演了不可或缺的角色，但传统封装技术已无法满足新一代功率器件的高密度集成需求，以PQFN为代表的先进封装技术成为释放功率器件性能潜力的关键，直接决定了产品的功率密度、可靠性和成本。

华天科技旗下的华羿微电作为国内少数集功率器件研发设计与封装测试于一体的高新技术企业，已通过多年技术积累和创新布局，量产了800余种中低压功率MOSFET、超结MOSFET、系统级功率模块等功率器件产品，同时具备先进齐全的功率器件封测工艺平台和规模化封测生产线，已成为国内多家功率器件上市公司的主要封测基地。

11月28日，集微网举办第87期“集微公开课”活动，特邀请华羿微电高级封装技术专家张涛，带来“封装驱动功率升级：从Efuse看PQFN封装技术及功率器件创新方向”的主题分享。课程深入剖析了PQFN封装的技术细节、工艺流程及产品应用，并前瞻性地探讨了半导体功率器件的未来发展趋势。

深度解析：‌PQFN封装技术、流程及产品应用

eFuse（电子保险丝）是一种基于半导体技术的电路保护器件，通过集成MOSFET和智能控制逻辑实现快速、精准的电路保护‌。其核心特点为一次性可编程（OTP）特性，每个存储位仅能由0改为1（或相反），且无法恢复，适用于安全启动等场景‌。据张涛介绍，“eFuse有着快速响应与高精度保护、可重复使用与智能维护、高集成与空间优化等优势，市场前景广阔。”

从eFuse器件的封装形式来看，eFuse常采用小型化封装以适配高集成度场景，典型封装形式PQFN 、PDFN，采用锡膏或者烧结银粘接工艺，通过Cu-Clip将芯片电极与管脚直连工艺提升散热效率，实现了高效散热与快速保护，广泛应用于汽车电子、数据中心等高可靠性场景。

接下来，张涛阐述了‌PQFN封装技术的关键设计，包括框架设计、Clip设计、Clip焊接、堆叠芯片等。其中，PQFN框架通常采用高导热金属（如铜合金）或陶瓷材料，通过蚀刻工艺形成精密引线结构，同时框架需要低热阻和高机械强度，以支撑eFuse芯片的功率耗散需求。Clip设计则对形态、电气性能、稳定性和热及应力管理提出了较高要求。Clip焊接能够替代传统引线键合，提升散热、载流能力。另外，堆叠芯片能够提升集成密度、缩短信号传输路径，并缩小体积。

‌PQFN封装技术目前仍面临着克服散热与电性能平衡、材料与工艺适配性、成本、市场应用等挑战。张涛进一步指出，eFuse需通过可恢复性（如自动重试模式）和智能诊断（如故障报告）凸显差异化价值‌，但市场对eFuse产品的认可和接受需要长期推广，以让‌PQFN封装技术有更大的用武之地。

展望未来，张涛认为‌PQFN封装技术将朝着更高性能、更精工艺、更宽场景和更广阔市场前景的方向发展，‌PQFN封装技术未来将突破性能天花板、攻克高功率与高密度瓶颈、并从单一器件到解决方案，市场应用场景广阔。

前沿探索：半导体功率器件创新发展方向

作为本次公开课的亮点之一，张涛系统介绍了半导体功率器件发展方向，包括顶部散热结构、双面散热结构、扩散焊工艺、烧结银工艺。

具体来看，在传统单面散热方案中，功率芯片损耗产生的热量仅通过绝缘基板和底板单向传导至散热器难以满足大热量散热需求。传热通道有限、热阻较大，导致芯片与散热面温差大，长期使用可能导致芯片因高温而烧毁。而采用顶部散热设计，热量从器件顶部高效传递至散热器，通过大面积金属结构吸收热量并传递至外部环境，可使系统热阻降低约50%。双面散热结构有着更高效的热流路径、大幅降低热阻，比传统封装结构散热能力提高约2~5倍。

Au-Sn/Cu-Sn扩散焊工艺是基于共晶合金的特性原理实现焊接，在相对较低的温度下，此温度低于Au(Cu)-Sn合金中任一组分单质熔点，在此温度下共晶焊料发生共晶物熔合，直接从固态转化为液态，不经过塑性变形阶段。该工艺具有良好的导热性和导电性，热传导系数可达57 W/m·K，适用于对散热要求非常高的功率器件；该工艺电阻小、可靠性强，适用于高频、大功率器件中芯片与基板的焊接；此外扩散焊工艺具有很强的抗腐蚀性、高抗疲劳性，也不需要额外焊接材料，能够大幅提高生产效率。

烧结银工艺是银粉相互烧结，并与界面也进行烧结，形成金属结构，提供高粘接力和导电性。具备高温下更稳定、熔点与可靠性更高、热阻与性能提升以及环保性等优势。

张涛接下来分享了Cu-Sn扩散焊、Au-Sn扩散焊、软焊料、烧结银工艺的热阻数据，结果显示，在相同条件下，Cu-Sn扩散焊工艺的热特性最优。

张涛表示，“华羿微电专注于功率器件的研发与制造，当前功率器件正在向更低热阻、更小功耗的方向发展，这就要求晶圆厚度持续减小。当晶圆厚度降至60~80微米范围时，传统的减薄工艺已难以满足制造要求，此时需要借助先进技术来实现此类超薄晶圆的加工。然而，行业对60~80微米厚度晶圆的性能仍不满足，要求进一步提升。因此，晶圆厚度需继续降低至30~50微米，我们正在探索引入其他减薄方式以实现30~50微米厚度的晶圆制造，这也是我们工艺研发的重要方向之一。”

结语：

本次集微公开课不仅系统展示了华羿微电在功率器件、先进封装工艺上的技术积累，更呈现了其在半导体功率器件的前瞻性布局。未来随着功率半导体在新能源车、光伏储能等领域的爆发式增长，华羿微电将凭借扎实的技术积累和创新布局再进一步。