軍用技術轉民用推廣目錄(續)

33激光封焊系統

【技術開發單位】中國電子科技集團公司第四十八研究所

【技術概述】本產品技術來源于原總裝備部2012年的軍用電子元器件型譜系列科研項目。近年來，隨著電子工業及航空、航天工業的迅速發展，不僅要求電子器件體積小、質量輕，而且要求器件有很高的氣密性，能夠耐受各種惡劣使用環境下的強沖擊振動和輻照條件，有較高的穩定性和較長的壽命。因此，為了保證電子器件和組件的長期可靠性，必須對其進行氣密性封裝。激光封焊系統主要用于電子組件的金屬外殼氣密性封裝，具有熱影響區小、熱變形小、加工速度快等優點。激光封焊系統是用激光束直接輻射至材料表面，通過激光與材料的相互作用，使材料局部熔化實現焊接的設備。基于CNC技術的激光封焊系統通過視覺定位技術實現了自動對位焊接功能，突破了激光聚焦與觀察光學系統設計技術、四軸精密工作臺、手套箱氣體高純凈化技術、高反射率高熱導性金屬的密封焊接技術等關鍵技術，提高了電子組件的可靠性，適應航空航天器電子組件封裝要求，提高了現代電子武器性能，大量應用于我國微組裝產品生產線上，經用戶工藝驗證，產品性能穩定性、可靠性高，系統人機交互界面友好，保護功能完善。該項目設備的研制對于提高我國國防水平、增強軍用電子核心元器件的核心競爭力、掌握軍用電子元器件關鍵技術的自主知識產權有著非常重要的意義。

【技術指標】激光封焊系統的主要技術指標如下。1)激光器類型：YAG固體激光器；2)激光器平均功率：≥500 W；3)最大激光脈沖能量：≥60 J；4)脈沖寬度：0.3～50 ms；5)激光重復頻率：0.2～800 Hz；6)焊接光斑直徑：≤0.6 mm；7)工作臺XYZ軸運動范圍：400 mm×300 mm×300 mm；8)工作臺XYZ軸重復定位精度：±5 μm；9)工作臺XYZ軸定位精度：±10 μm；10)手套箱水汽含量：≤1 ppm；11)手套箱氧含量：≤1 ppm；12)真空烘箱極限氣壓：≤5 Pa；13)真空烘箱溫度：50～200 ℃。

【技術特點】激光封焊系統通過在惰性氣氛下的激光焊接實現組件密封，使雜質不能進入電路，焊接的同時還在封裝內裝入高質量的惰性氣體，封裝結實，有高度可靠的密封和高良率。

1)通過CNC控制系統和激光系統完成電子組件外殼的激光封焊。控制系統功能特點：點到點運動，包含定距點動、速度控制運動；凸輪輪廓曲線、樣條曲線；計算機CAD圖形導入成代碼與代碼導出CAD圖形；4軸及以上的多軸插補運動；位置同步輸出；速度、位移曲線；信息記錄查詢；快速位置捕捉；前瞻；軌跡預觀察；工具補償；角度正交修正、位移正交修正；3D平面選擇及平面誤差修正；CNC功能；工具微調；實時示教等。

2)工件產品在氣氛手套箱的預置氣氛內完成激光封焊功能。氣氛手套箱提供焊接所需的高純惰性氣體氣氛要求，手套箱內氣體經循環風機的驅動產生氣體流動，通過凈化器去除水、氧分子，水、氧含量最低可達1 ppm。

3)通過高效微粒空氣過濾器可以去除焊接過程中產生的煙塵。

4)待焊組件烘干：通過真空烘箱實現工件產品按設置的溫度烘干。

5)適合大多數金屬材料外殼的封焊，如不銹鋼、可伐合金和鋁合金等，也可異質材料之間的焊接。

6)可實現點焊、對接焊、疊焊和密封焊等。

7)焊接自動化程度高，具有多工件陣列自動焊接、側面一次性自動焊接和自動壓蓋等智能化功能，軟件界面友好，焊接工藝流程簡單。非接觸式的加工方法，能夠達到潔凈、環保的要求。

【先進程度】國內領先

【技術狀態】批量生產、成熟應用階段

【適用范圍】除了在軍用電子微組裝領域的應用外，激光封焊系統還可以用于民用的動力電池、超級電容、植入性醫療器械(如心臟起搏器)和塑料焊接等生產領域。動力電池是新能源汽車的核心零部件，直接決定整車性能，電動汽車未來發展的關鍵技術是動力電池的安全性、成本及儲能容量。在動力電池的生產過程中，激光焊接是一個將正負極材料、隔膜和電解液等原材料化零為整的融合制造過程，是整個動力電池生產流程中的關鍵工藝。激光焊接主要應用于動力電池的方形及圓柱電芯以及模組的生產。將所有原材料焊接成電池電芯、PACK模組后，可直接用于傳統消費電子、電子工具、電動自行車、儲能電站及新能源汽車領域。動力電池電芯的焊接部位主要包括外殼密封焊接、密封釘(也叫注液孔)焊接、防爆閥焊接和電池軟連接焊接等。模組的焊接主要是用于連接電芯的匯流片的焊接。激光焊接優勢在于焊材損耗小、被焊接工件變形小、設備性能穩定易操作，焊接質量及自動化程度高，其工藝上的優勢是其他焊接方式無法比擬的。

【獲獎情況】獲得2016年湖南省國防科學技術進步獎二等獎。

【專利狀態】共申請專利12項，包括9項發明專利、2項實用新型專利和1項外觀專利。其中發明專利已授權4項、實用新型專利和外觀專利均已授權。

【合作方式】合作開發技術服務。

1)投資需求。尋求投資開發新產品，以進入動力電池電芯及模組焊接市場，研發適用于動力電池電芯以及模組生產的智能自動化激光焊接系統。其中，動力電池電芯自動化激光焊接系統的研發資金需求為500萬元，研發周期為5個月；動力電池模組自動化激光焊接系統的研發資金需求為600萬元，研發周期為6個月。

2)合作研發。與動力電池電芯或者模組生產廠商及控股股東展開合作，共同開展動力電池電芯以及模組生產的智能自動化激光焊接系統研發。

3)技術服務。為電子元器件、動力電池以及醫療器械生產廠商提供各類激光焊接系統定制開發；為相關廠商提供小批量產品激光焊接代工服務。

【預期效益】

電動汽車以其節能環保、使用成本低、加速快、噪聲小在國內外得到了廣泛的推廣應用，市場前景非常廣闊。我國已經將電動汽車列為國家重點扶持的主要領域，按國家“十三五”規劃，到2020年，我國的電動汽車保有量將達500萬輛，年產量將達到200萬輛，到2020年的未來4年，將是中國電動汽車飛速發展的關鍵幾年。而作為電動汽車核心部件的動力電池市場近幾年也得到了爆發式的增長。據統計，2015年和2016年動力電池新增投資分別為800和1 000億元左右。而2017年截至2月底，計劃新增的動力電池投資就達200億元，預計2017年全年也將達到千億元左右。從動力電池歷年出貨量看，2015年開始動力電池跟隨新能源汽車產銷量崛起，從2014年的僅3.7 GWh的出貨量躍居至2015年15.7 GWh，同比增長超過3倍。2016年有產量的新能源汽車搭載電池總量達28 GWh，與2015年同期相比增長79%，超過2015年全年動力電池出貨量近12 GWh。

動力電池市場的爆發性增長也帶動了相關生產設備的飛速發展。據高工產研鋰電研究所(GGII)調研顯示，中國2016年動力電池生產設備需求超過145億元，國內生產設備產值占比80%以上，產值同比增長將超過20%，預計今后幾年中國動力電池生產設備產銷發展勢頭仍將保持高速增長。動力電池企業對生產設備提出高精度、高速度、高穩定性和無人化、信息化、可視化的要求，已經成為了動力電池設備行業的發展共識。

【聯系方式】

聯系人：鄧斌

電 話：0731-85401280/13517316734

34高熱導率、耐高溫、高壓新興材料—碳化硅(SiC)單晶片

【技術開發單位】北京世紀金光半導體有限公司

【技術概述】在碳化硅單晶生長領域，結合設計平臺中的電磁耦合仿真設計軟件模擬設計熱場，采用物理氣相傳輸法(PVT)生長碳化硅(SiC)單晶，通過實際生長進行驗證優化。同時建立低位錯生長模型，結合理論模擬和生長實驗，改進晶體生長的工藝參數，研制具有極低位錯密度的單晶。

在碳化硅(SiC)單晶加工領域，采用多線切割技術對碳化硅(SiC)晶體進行切片，使用物理研磨技術進行研磨、拋光，使用化學機械拋光技術和濕法化學清洗法清洗獲得碳化硅(SiC)單晶襯底。

【技術指標】

產品1：3 in N型導電碳化硅單晶材料

參數名稱技術指標晶片直徑75 mm±0.25 mm晶片厚度350 μm±50 μm/500 μm±50 μm晶片電阻率0.015～0.028 Ω·cmTTV≤10 μmBOW≤10 μmWARP≤25 μm90%有效面積微管≤1個/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)搖擺曲線半高寬≤45 arcsec主參考邊長度22.0 mm±3.17 mm副參考邊長度11.0 mm±1.52 mm表面取向向<11-20>偏4.0°±0.5°主參考面取向<11-20>±0.5°副參考面取向主參考面順時針旋轉90°±5°

產品2：3 in高純半絕緣碳化硅單晶材料

參數名稱技術指標晶片直徑75 mm±0.5 mm晶片厚度500 μm±50 μm晶片電阻率≥1×107 Ω·cmTTV≤10 μmBOW≤10 μmWARP≤25 μm90%有效面積微管≤1個/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)搖擺曲線半高寬≤60 arcsec主參考邊長度22.0 mm±3.17 mm表面取向{0001} ± 0.25°主參考面取向<11-20>±5.0°

產品3：4 in N型導電碳化硅單晶材料

參數名稱技術指標晶片直徑100 mm±0.25 mm晶片厚度350 μm±50 μm /500 μm±50 μm晶片電阻率0.015～0.028 Ω·cmTTV≤10 μmBOW≤15 μmWARP≤25 μm90%有效面積微管≤1個/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)搖擺曲線半高寬≤45 arcsec主參考邊長度32.5 mm±2.0 mm副參考邊長度18.0 mm±2.0 mm表面取向向<11-20>偏4.0°±0.5°主參考面取向<11-20>±0.5°副參考面取向主參考面順時針旋轉90°±5°

產品4：4 in高純半絕緣碳化硅單晶材料

參數名稱技術指標晶片直徑100 mm±0.5 mm晶片厚度500 μm±50 μm晶片電阻率≥1×107 Ω·cmTTV≤10 μmBOW≤10 μmWARP≤25 μm90%有效面積微管≤1個/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)搖擺曲線半高寬≤60 arcsec主參考邊長度32.5 mm±2.0 mm表面取向{0001} ± 0.25°主參考面取向<11-20>±5.0°

產品5：6 in N型導電碳化硅單晶材料

參數名稱技術指標晶片直徑150 mm±0.25 mm晶片厚度350 μm±50 μm/500 μm±50 μm晶片電阻率0.015～0.028 Ω·cmTTV≤15 μmBOW≤20 μmWARP≤25 μm90%有效面積微管≤1個/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)搖擺曲線半高寬≤45 arcsec主參考邊長度47.5 mm±1.5 mm副參考邊長度26.5 mm±1.5 mm表面取向向<11-20>偏4.0°±0.5°主參考面取向<11-20>±0.5°副參考面取向主參考面順時針旋轉90°±5°

產品6：6 in高純半絕緣碳化硅單晶材料

參數名稱技術指標晶片直徑晶片厚度晶片電阻率TTVBOWWARP90%有效面積微管4H晶型表面粗糙度(10 μm×10 μm)XRD(004)搖擺曲線半高寬主參考邊長度表面取向主參考面取向150 mm±0.5 mm500 μm±50 μm≥1×107 Ω·cm≤15 μm≤20 μm≤25 μm≤1個/cm2100%≤0.3 nm≤60 arcsec47.5 mm±1.5 mm{0001} ± 0.25°<11-20>±5.0°

【技術特點】碳化硅(SiC)功能材料采用國內外通用的物理氣相傳輸(PVT)法生長，關鍵技術包括生長溫度和溫度梯度的控制技術、原材料純化技術和化學機械拋光(CMP)技術等。

【先進程度】國內領先

【技術狀態】批量生產、成熟應用階段

【適用范圍】碳化硅(SiC)功能材料具有禁帶寬度大、臨界擊穿場強大、熱導率高和飽和漂移速度高等特點，在高溫、高壓、高頻、大功率、光電、抗輻射、微波性等電子應用領域和航空航天、艦艇、飛機等極端環境應用有著不可替代的優勢。碳化硅(SiC)單晶片在通信領域具有廣闊的應用前景，能讓電視發射器提供更清晰的信號和圖像。碳化硅(SiC)功能材料制備的電力電子器件在變頻家電、電源服務器、混合動力汽車和電動汽車、充電樁以及太陽能發電等民用領域也頗受關注，可以有效地實現電力電子系統的高效率、小型化和輕量化。

【專利狀態】發明專利7個，實用新型專利2個

【合作方式】合作開發技術服務。

1)合作開發。與新能源汽車、充電樁和分布式能源等行業廠商，共同開發搭載我司自主研發生產的碳化硅(SiC)單晶片制作而成的碳化硅(SiC)功率器件的應用方案，可實現設備的高效化、小型化、輕量化，達到效率提升、減積減重、延長使用壽命的功能，支持產業合作伙伴的創新，產品更具競爭力。

2)技術服務。與新能源汽車、充電樁、分布式能源行業典型客戶建立聯合實驗室以及應用中心，雙方保持長期技術溝通與產品未來發展方向的交流，提供我司自主研發生產的碳化硅(SiC)單晶片制作而成的碳化硅(SiC)功率器件的技術支持，配合終端產品的新方案研發與老產品改造升級，共同開發應用方案并實現產業化。

【預期效益】

碳化硅(SiC)單晶片主要用于新型電力電子和高頻率器件及LED固態照明。碳化硅(SiC)功能材料制備電力電子器件在新能源行業被大量應用，碳化硅肖特基二極管(SiC SBD)可用于充電樁中的電源模塊功率因數校正部分，能夠提高效率；碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(SiC MOSFET)可用于新能源汽車充放電機、DC/DC轉換器中，提高頻率后可將設備體積減小1/3以上；碳化硅功率模塊(SiC Power Module)被應用于大功率光伏、風電逆變器、新能源汽車電機控制器和大功率充電樁中，由于其開關損耗很小，可提高電能轉換效率，同時使設備更加可靠，提高使用壽命。“到目前為止，碳化硅電力電子器件的應用已經為全球節省能源達20億美元，在減少CO2排放量上相當于取代了8座火力發電廠”。

2005年，全球碳化硅(SiC)單晶片的總產量約為30萬片，產值約為7.5億美元。據統計，2008年，以碳化硅(SiC)為基礎材料的半導體行業的全球市場規模達到了80億美元，2014年為130億美元，預計2020年將增加到800億美元。

據統計，2005年我國碳化硅SiC單晶片的年需求量約5萬片，2009年達到10萬片，2016年已達到20萬片左右。以碳化硅(SiC)為基礎材料的半導體產品呈爆發式增長，市場規模達到10億美元，預計2020年國內碳化硅(SiC)電力電子器件市場將增加到100億美元。

【聯系方式】

聯系人：趙巖

電 話：010-56993369/15511255369