在第三代半导体领域，氮化镓功率器件因在效率、频率、体积等综合方面优势显著，在快充等消费电子市场实现率先放量，并在国内外主流手机厂商布局的推动下，渗透率持续提升。
近日，国星光电子公司风华芯电成功开发出基于扇出面板级封装的D-mode氮化镓半桥模块。
▲扇出型D-mode氮化镓半桥模块尺寸仅为6×7×0.45mm
该模块在封装形式上取得新突破，相对于传统键合线框架封装，模块体积减少超67％，电路板布板面积降低30%，使得整体封装结构更紧凑、产品性能更出色，可进一步推动氮化镓产品向小型化、轻薄化、高效化方向发展，为快充等消费电子市场应用提供更优的技术解决方案。
01
技术创新
塑造市场竞争新优势
✦
风华芯电此次推出的D-mode氮化镓半桥模块可更好地满足消费电子市场应用产品集成度和小型化日益升级的需求。
模块创新采用自主研发的扇出面板级封装形式，其通过铜球键合工艺实现氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）和硅（Si MOS）芯片的凸点结构，借助再布线层（RDL）的镀铜工艺实现互连，达到4个功率管有效互连效果，并形成半桥拓扑结构，实现模块内部结构的高密度集成，减少产品体积，提升性能优势，增强产品市场竞争力。
▲D-mode氮化镓半桥模块扇出面板级封装布线结构示意图
02
锚定“三优”
赋能产品提质增效
✦
基于扇出面板级封装形式，D-mode氮化镓半桥模块实现了“三优”目标：
▌性能更优
由于扇出面板级封装能够在更狭小的空间内完成更复杂电气互连，更短的互连线路，使得整体模块内部结构更紧凑，实现体积减少超67%，布板尺寸缩减30％。而且模块的寄生电感、电阻更小，可充分发挥氮化镓材料的高频、高效率的特性，提升整体性能。
▲模块与常规分立封装产品相比布板尺寸缩减30％
为了验证模块的优越性能，风华芯电将基于扇出面板级封装的氮化镓半桥模块应用于100W开关电源中，该开关电源整体尺寸为60×50×27mm，体积有效减少，且电源峰值效率可达到95%。
▲将模块应用于100W开关电源，验证产品体积及性能
在热管理方面，开关电源在环境温度为25℃、密封空间内老化电源1小时后的条件下，模块位置最高温度为78.9℃，整个开关电源最高温度86.4℃。模块发热量低且散热快。
▌可靠性更优
模块与常规分立封装产品对比，开通速度提升17.59%，开通损耗下降10.7%。开关损耗的显著降低，有利于产品进一步减少热应力、提高电源效率与功率密度、优化开关性能等，全面提升可靠性。
▲模块动态特性测试及结果
▌综合成本更优
在原材料方面，模块无需采用铜基板，有利于降低规模生产的封装成本。同时，得益于模块性能效率的提升和散热需求的降低，可减少机构件尺寸和散热材料的使用，帮助控制系统热设计成本。
此外，模块可与Si MOSFET栅极驱动器兼容，驱动简便，其在保留氮化镓材料最优性能的同时具备最高硅MOSFET栅极可靠性，可为客户提供高性能、高可靠性和高性价比的解决方案。
▲模块驱动简便，可适配多场景应用
03
优化布局
加快发展新质生产力
✦
风华芯电是国星光电布局化合物半导体封测领域的重要抓手，专业从事半导体分立器件、集成电路的研发、生产、封装、测试和销售。
今年以来，国星光电积极推进第三代半导体业务布局优化，通过与子公司风华芯电半导体封测业务进行资源整合，形成业务协同、资源共享、优势互补发展新局面，加快培育发展新质生产力。
▲风华芯电点胶上芯车间
目前，风华芯电已拥有20余条国际先进水平的半导体封装测试自动化生产线，可生产包括TO、SOT、SOD、SOP、TSSOP 、QFN 、DFN等在内的20多个封装系列，产品总数超1000件，可满足第三代半导体及先进封测市场多元化的应用需求，为我国半导体产业加速国产化注入源源活力。
活动预告
2024年11月8日-11日，中国电力电子与能量转换大会暨中国电源学会第二十七届学术年会及展览会（CPEEC & CPSSC 2024）将于西安曲江国际会议中心举行，风华芯电将受邀出席会议并发表演讲。