军用技术转民用推广目录(续)

33激光封焊系统

【技术开发单位】中国电子科技集团公司第四十八研究所

【技术概述】本产品技术来源于原总装备部2012年的军用电子元器件型谱系列科研项目。近年来，随着电子工业及航空、航天工业的迅速发展，不仅要求电子器件体积小、质量轻，而且要求器件有很高的气密性，能够耐受各种恶劣使用环境下的强冲击振动和辐照条件，有较高的稳定性和较长的寿命。因此，为了保证电子器件和组件的长期可靠性，必须对其进行气密性封装。激光封焊系统主要用于电子组件的金属外壳气密性封装，具有热影响区小、热变形小、加工速度快等优点。激光封焊系统是用激光束直接辐射至材料表面，通过激光与材料的相互作用，使材料局部熔化实现焊接的设备。基于CNC技术的激光封焊系统通过视觉定位技术实现了自动对位焊接功能，突破了激光聚焦与观察光学系统设计技术、四轴精密工作台、手套箱气体高纯净化技术、高反射率高热导性金属的密封焊接技术等关键技术，提高了电子组件的可靠性，适应航空航天器电子组件封装要求，提高了现代电子武器性能，大量应用于我国微组装产品生产线上，经用户工艺验证，产品性能稳定性、可靠性高，系统人机交互界面友好，保护功能完善。该项目设备的研制对于提高我国国防水平、增强军用电子核心元器件的核心竞争力、掌握军用电子元器件关键技术的自主知识产权有着非常重要的意义。

【技术指标】激光封焊系统的主要技术指标如下。1)激光器类型：YAG固体激光器；2)激光器平均功率：≥500 W；3)最大激光脉冲能量：≥60 J；4)脉冲宽度：0.3～50 ms；5)激光重复频率：0.2～800 Hz；6)焊接光斑直径：≤0.6 mm；7)工作台XYZ轴运动范围：400 mm×300 mm×300 mm；8)工作台XYZ轴重复定位精度：±5 μm；9)工作台XYZ轴定位精度：±10 μm；10)手套箱水汽含量：≤1 ppm；11)手套箱氧含量：≤1 ppm；12)真空烘箱极限气压：≤5 Pa；13)真空烘箱温度：50～200 ℃。

【技术特点】激光封焊系统通过在惰性气氛下的激光焊接实现组件密封，使杂质不能进入电路，焊接的同时还在封装内装入高质量的惰性气体，封装结实，有高度可靠的密封和高良率。

1)通过CNC控制系统和激光系统完成电子组件外壳的激光封焊。控制系统功能特点：点到点运动，包含定距点动、速度控制运动；凸轮轮廓曲线、样条曲线；计算机CAD图形导入成代码与代码导出CAD图形；4轴及以上的多轴插补运动；位置同步输出；速度、位移曲线；信息记录查询；快速位置捕捉；前瞻；轨迹预观察；工具补偿；角度正交修正、位移正交修正；3D平面选择及平面误差修正；CNC功能；工具微调；实时示教等。

2)工件产品在气氛手套箱的预置气氛内完成激光封焊功能。气氛手套箱提供焊接所需的高纯惰性气体气氛要求，手套箱内气体经循环风机的驱动产生气体流动，通过净化器去除水、氧分子，水、氧含量最低可达1 ppm。

3)通过高效微粒空气过滤器可以去除焊接过程中产生的烟尘。

4)待焊组件烘干：通过真空烘箱实现工件产品按设置的温度烘干。

5)适合大多数金属材料外壳的封焊，如不锈钢、可伐合金和铝合金等，也可异质材料之间的焊接。

6)可实现点焊、对接焊、叠焊和密封焊等。

7)焊接自动化程度高，具有多工件阵列自动焊接、侧面一次性自动焊接和自动压盖等智能化功能，软件界面友好，焊接工艺流程简单。非接触式的加工方法，能够达到洁净、环保的要求。

【先进程度】国内领先

【技术状态】批量生产、成熟应用阶段

【适用范围】除了在军用电子微组装领域的应用外，激光封焊系统还可以用于民用的动力电池、超级电容、植入性医疗器械(如心脏起搏器)和塑料焊接等生产领域。动力电池是新能源汽车的核心零部件，直接决定整车性能，电动汽车未来发展的关键技术是动力电池的安全性、成本及储能容量。在动力电池的生产过程中，激光焊接是一个将正负极材料、隔膜和电解液等原材料化零为整的融合制造过程，是整个动力电池生产流程中的关键工艺。激光焊接主要应用于动力电池的方形及圆柱电芯以及模组的生产。将所有原材料焊接成电池电芯、PACK模组后，可直接用于传统消费电子、电子工具、电动自行车、储能电站及新能源汽车领域。动力电池电芯的焊接部位主要包括外壳密封焊接、密封钉(也叫注液孔)焊接、防爆阀焊接和电池软连接焊接等。模组的焊接主要是用于连接电芯的汇流片的焊接。激光焊接优势在于焊材损耗小、被焊接工件变形小、设备性能稳定易操作，焊接质量及自动化程度高，其工艺上的优势是其他焊接方式无法比拟的。

【获奖情况】获得2016年湖南省国防科学技术进步奖二等奖。

【专利状态】共申请专利12项，包括9项发明专利、2项实用新型专利和1项外观专利。其中发明专利已授权4项、实用新型专利和外观专利均已授权。

【合作方式】合作开发技术服务。

1)投资需求。寻求投资开发新产品，以进入动力电池电芯及模组焊接市场，研发适用于动力电池电芯以及模组生产的智能自动化激光焊接系统。其中，动力电池电芯自动化激光焊接系统的研发资金需求为500万元，研发周期为5个月；动力电池模组自动化激光焊接系统的研发资金需求为600万元，研发周期为6个月。

2)合作研发。与动力电池电芯或者模组生产厂商及控股股东展开合作，共同开展动力电池电芯以及模组生产的智能自动化激光焊接系统研发。

3)技术服务。为电子元器件、动力电池以及医疗器械生产厂商提供各类激光焊接系统定制开发；为相关厂商提供小批量产品激光焊接代工服务。

【预期效益】

电动汽车以其节能环保、使用成本低、加速快、噪声小在国内外得到了广泛的推广应用，市场前景非常广阔。我国已经将电动汽车列为国家重点扶持的主要领域，按国家“十三五”规划，到2020年，我国的电动汽车保有量将达500万辆，年产量将达到200万辆，到2020年的未来4年，将是中国电动汽车飞速发展的关键几年。而作为电动汽车核心部件的动力电池市场近几年也得到了爆发式的增长。据统计，2015年和2016年动力电池新增投资分别为800和1 000亿元左右。而2017年截至2月底，计划新增的动力电池投资就达200亿元，预计2017年全年也将达到千亿元左右。从动力电池历年出货量看，2015年开始动力电池跟随新能源汽车产销量崛起，从2014年的仅3.7 GWh的出货量跃居至2015年15.7 GWh，同比增长超过3倍。2016年有产量的新能源汽车搭载电池总量达28 GWh，与2015年同期相比增长79%，超过2015年全年动力电池出货量近12 GWh。

动力电池市场的爆发性增长也带动了相关生产设备的飞速发展。据高工产研锂电研究所(GGII)调研显示，中国2016年动力电池生产设备需求超过145亿元，国内生产设备产值占比80%以上，产值同比增长将超过20%，预计今后几年中国动力电池生产设备产销发展势头仍将保持高速增长。动力电池企业对生产设备提出高精度、高速度、高稳定性和无人化、信息化、可视化的要求，已经成为了动力电池设备行业的发展共识。

【联系方式】

联系人：邓斌

电 话：0731-85401280/13517316734

34高热导率、耐高温、高压新兴材料—碳化硅(SiC)单晶片

【技术开发单位】北京世纪金光半导体有限公司

【技术概述】在碳化硅单晶生长领域，结合设计平台中的电磁耦合仿真设计软件模拟设计热场，采用物理气相传输法(PVT)生长碳化硅(SiC)单晶，通过实际生长进行验证优化。同时建立低位错生长模型，结合理论模拟和生长实验，改进晶体生长的工艺参数，研制具有极低位错密度的单晶。

在碳化硅(SiC)单晶加工领域，采用多线切割技术对碳化硅(SiC)晶体进行切片，使用物理研磨技术进行研磨、抛光，使用化学机械抛光技术和湿法化学清洗法清洗获得碳化硅(SiC)单晶衬底。

【技术指标】

产品1：3 in N型导电碳化硅单晶材料

参数名称技术指标晶片直径75 mm±0.25 mm晶片厚度350 μm±50 μm/500 μm±50 μm晶片电阻率0.015～0.028 Ω·cmTTV≤10 μmBOW≤10 μmWARP≤25 μm90%有效面积微管≤1个/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)摇摆曲线半高宽≤45 arcsec主参考边长度22.0 mm±3.17 mm副参考边长度11.0 mm±1.52 mm表面取向向<11-20>偏4.0°±0.5°主参考面取向<11-20>±0.5°副参考面取向主参考面顺时针旋转90°±5°

产品2：3 in高纯半绝缘碳化硅单晶材料

参数名称技术指标晶片直径75 mm±0.5 mm晶片厚度500 μm±50 μm晶片电阻率≥1×107 Ω·cmTTV≤10 μmBOW≤10 μmWARP≤25 μm90%有效面积微管≤1个/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)摇摆曲线半高宽≤60 arcsec主参考边长度22.0 mm±3.17 mm表面取向{0001} ± 0.25°主参考面取向<11-20>±5.0°

产品3：4 in N型导电碳化硅单晶材料

参数名称技术指标晶片直径100 mm±0.25 mm晶片厚度350 μm±50 μm /500 μm±50 μm晶片电阻率0.015～0.028 Ω·cmTTV≤10 μmBOW≤15 μmWARP≤25 μm90%有效面积微管≤1个/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)摇摆曲线半高宽≤45 arcsec主参考边长度32.5 mm±2.0 mm副参考边长度18.0 mm±2.0 mm表面取向向<11-20>偏4.0°±0.5°主参考面取向<11-20>±0.5°副参考面取向主参考面顺时针旋转90°±5°

产品4：4 in高纯半绝缘碳化硅单晶材料

参数名称技术指标晶片直径100 mm±0.5 mm晶片厚度500 μm±50 μm晶片电阻率≥1×107 Ω·cmTTV≤10 μmBOW≤10 μmWARP≤25 μm90%有效面积微管≤1个/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)摇摆曲线半高宽≤60 arcsec主参考边长度32.5 mm±2.0 mm表面取向{0001} ± 0.25°主参考面取向<11-20>±5.0°

产品5：6 in N型导电碳化硅单晶材料

参数名称技术指标晶片直径150 mm±0.25 mm晶片厚度350 μm±50 μm/500 μm±50 μm晶片电阻率0.015～0.028 Ω·cmTTV≤15 μmBOW≤20 μmWARP≤25 μm90%有效面积微管≤1个/cm24H晶型100%表面粗糙度(10 μm×10 μm)≤0.3 nmXRD(004)摇摆曲线半高宽≤45 arcsec主参考边长度47.5 mm±1.5 mm副参考边长度26.5 mm±1.5 mm表面取向向<11-20>偏4.0°±0.5°主参考面取向<11-20>±0.5°副参考面取向主参考面顺时针旋转90°±5°

产品6：6 in高纯半绝缘碳化硅单晶材料

参数名称技术指标晶片直径晶片厚度晶片电阻率TTVBOWWARP90%有效面积微管4H晶型表面粗糙度(10 μm×10 μm)XRD(004)摇摆曲线半高宽主参考边长度表面取向主参考面取向150 mm±0.5 mm500 μm±50 μm≥1×107 Ω·cm≤15 μm≤20 μm≤25 μm≤1个/cm2100%≤0.3 nm≤60 arcsec47.5 mm±1.5 mm{0001} ± 0.25°<11-20>±5.0°

【技术特点】碳化硅(SiC)功能材料采用国内外通用的物理气相传输(PVT)法生长，关键技术包括生长温度和温度梯度的控制技术、原材料纯化技术和化学机械抛光(CMP)技术等。

【先进程度】国内领先

【技术状态】批量生产、成熟应用阶段

【适用范围】碳化硅(SiC)功能材料具有禁带宽度大、临界击穿场强大、热导率高和饱和漂移速度高等特点，在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航空航天、舰艇、飞机等极端环境应用有着不可替代的优势。碳化硅(SiC)单晶片在通信领域具有广阔的应用前景，能让电视发射器提供更清晰的信号和图像。碳化硅(SiC)功能材料制备的电力电子器件在变频家电、电源服务器、混合动力汽车和电动汽车、充电桩以及太阳能发电等民用领域也颇受关注，可以有效地实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化。

【专利状态】发明专利7个，实用新型专利2个

【合作方式】合作开发技术服务。

1)合作开发。与新能源汽车、充电桩和分布式能源等行业厂商，共同开发搭载我司自主研发生产的碳化硅(SiC)单晶片制作而成的碳化硅(SiC)功率器件的应用方案，可实现设备的高效化、小型化、轻量化，达到效率提升、减积减重、延长使用寿命的功能，支持产业合作伙伴的创新，产品更具竞争力。

2)技术服务。与新能源汽车、充电桩、分布式能源行业典型客户建立联合实验室以及应用中心，双方保持长期技术沟通与产品未来发展方向的交流，提供我司自主研发生产的碳化硅(SiC)单晶片制作而成的碳化硅(SiC)功率器件的技术支持，配合终端产品的新方案研发与老产品改造升级，共同开发应用方案并实现产业化。

【预期效益】

碳化硅(SiC)单晶片主要用于新型电力电子和高频率器件及LED固态照明。碳化硅(SiC)功能材料制备电力电子器件在新能源行业被大量应用，碳化硅肖特基二极管(SiC SBD)可用于充电桩中的电源模块功率因数校正部分，能够提高效率；碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)可用于新能源汽车充放电机、DC/DC转换器中，提高频率后可将设备体积减小1/3以上；碳化硅功率模块(SiC Power Module)被应用于大功率光伏、风电逆变器、新能源汽车电机控制器和大功率充电桩中，由于其开关损耗很小，可提高电能转换效率，同时使设备更加可靠，提高使用寿命。“到目前为止，碳化硅电力电子器件的应用已经为全球节省能源达20亿美元，在减少CO2排放量上相当于取代了8座火力发电厂”。

2005年，全球碳化硅(SiC)单晶片的总产量约为30万片，产值约为7.5亿美元。据统计，2008年，以碳化硅(SiC)为基础材料的半导体行业的全球市场规模达到了80亿美元，2014年为130亿美元，预计2020年将增加到800亿美元。

据统计，2005年我国碳化硅SiC单晶片的年需求量约5万片，2009年达到10万片，2016年已达到20万片左右。以碳化硅(SiC)为基础材料的半导体产品呈爆发式增长，市场规模达到10亿美元，预计2020年国内碳化硅(SiC)电力电子器件市场将增加到100亿美元。

【联系方式】

联系人：赵岩

电 话：010-56993369/15511255369