一、第四代碳化硅(SiC) MOSFET技術(shù)的特點(diǎn)

• 低導(dǎo)通電阻

• 第四代SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻（RDS(on)）明顯低于前幾代產(chǎn)品。例如羅姆公司的第四代產(chǎn)品，在芯片尺寸相同且不犧牲短路耐受時(shí)間的前提下，采用改進(jìn)的雙溝槽結(jié)構(gòu)，使得MOSFET的導(dǎo)通電阻降低了約40%。意法半導(dǎo)體的第四代產(chǎn)品也有類似的低導(dǎo)通電阻特性，這一特性可以最大限度地降低導(dǎo)通損耗，進(jìn)而提高系統(tǒng)的整體能效。

• 低導(dǎo)通電阻還意味著在相同的工作條件下，器件產(chǎn)生的熱量更少。這有助于減少散熱系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加緊湊，并且可以降低因過熱導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的可靠性。

• 開關(guān)速度快與開關(guān)損耗低

• 第四代碳化硅的開關(guān)速度更快，開關(guān)損耗更低。對于高頻應(yīng)用來說，這是至關(guān)重要的特性。在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中，如電動(dòng)汽車的電驅(qū)逆變器、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等，高頻工作可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。

• 以羅姆的第四代SiC MOSFET為例，通過大幅降低柵漏電容（Cgd），成功使開關(guān)損耗比以往產(chǎn)品降低約50%。更快的開關(guān)速度和更低的開關(guān)損耗使得電源轉(zhuǎn)換器可以更加緊湊、高效，能夠滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對小型化、高效率的要求。




• 高功率密度與小尺寸

• 第四代產(chǎn)品繼續(xù)提供出色的RDS(on) x裸片面積的品質(zhì)因數(shù)，確保高電流處理能力和最小損耗。以25攝氏度時(shí)的RDS(on)為參考，第四代器件的裸片平均尺寸比第三代器件減小12 - 15%，可實(shí)現(xiàn)更緊湊的電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，節(jié)省寶貴的電路板空間，降低系統(tǒng)成本。

• 高功率密度使得在相同的體積下，能夠處理更高的功率，這對于空間受限的應(yīng)用場景，如電動(dòng)汽車和數(shù)據(jù)中心等，具有很大的優(yōu)勢。它可以幫助設(shè)計(jì)師在有限的空間內(nèi)集成更多的功能，或者減小整個(gè)設(shè)備的體積和重量。

• 良好的穩(wěn)健性

• 第四代技術(shù)在動(dòng)態(tài)反偏測試(DRB)條件下的穩(wěn)健性表現(xiàn)更加出色，且超過了AQG324標(biāo)準(zhǔn)，確保在惡劣條件下正?？煽抗ぷ鳌＠缭谄噾?yīng)用中，車輛可能會(huì)面臨各種復(fù)雜的環(huán)境條件，如高溫、高濕度、振動(dòng)等，第四代SiC MOSFET能夠在這些條件下穩(wěn)定工作，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。

• 意法半導(dǎo)體的第四代產(chǎn)品在滿足汽車和工業(yè)市場需求的同時(shí)，還針對電動(dòng)汽車電驅(qū)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件逆變器進(jìn)行了特別優(yōu)化，展現(xiàn)出了良好的適應(yīng)能力和穩(wěn)健性。

二、第四代碳化硅(SiC) MOSFET技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

• 電動(dòng)汽車領(lǐng)域

• 電驅(qū)逆變器：這是第四代SiC MOSFET技術(shù)在電動(dòng)汽車中的主要應(yīng)用。與硅基解決方案相比，該技術(shù)能效更高、尺寸更小、重量更輕、續(xù)航更長。意法半導(dǎo)體等公司推出的第四代產(chǎn)品，能夠分別提高400V和800V電動(dòng)汽車平臺電驅(qū)逆變器的能效和性能，有助于汽車制造商生產(chǎn)續(xù)航里程更長的高端車型。并且，將SiC的技術(shù)優(yōu)勢下探到中型和緊湊車型，有助于讓電動(dòng)汽車被更多消費(fèi)者接受。例如，特斯拉在其第三代和第四代主驅(qū)逆變器中開始正式使用碳化硅技術(shù)，使得電動(dòng)汽車的性能得到了顯著提升。

• 車載充電器（OBC）和DC - DC轉(zhuǎn)換器：這些部件在電動(dòng)汽車中負(fù)責(zé)電能的轉(zhuǎn)換和管理。第四代SiC MOSFET的高效率和高功率密度特性，可以提高充電效率，縮短充電時(shí)間，并且減小這些部件的體積和重量，從而為電動(dòng)汽車節(jié)省更多的空間，提高車輛的整體性能。

• 其他應(yīng)用：還可用于電動(dòng)汽車的車載空調(diào)壓縮機(jī)等設(shè)備，通過提高能效，降低能耗，進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車的整體能效和性能。

• 大功率工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

• 新一代SiC MOSFET改進(jìn)了開關(guān)性能和穩(wěn)健性，這使得電機(jī)控制器變得更高效、更可靠。在工業(yè)環(huán)境中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，并且要能夠適應(yīng)不同的負(fù)載和工作條件。第四代SiC MOSFET能夠降低工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的能耗和運(yùn)營成本，提高整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程的效率。例如，在大型工廠中的風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，使用第四代SiC MOSFET技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。

• 可再生能源應(yīng)用

• 太陽能逆變器：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)需要將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，太陽能逆變器在這個(gè)過程中起著關(guān)鍵作用。第四代SiC MOSFET可以提高太陽能逆變器的能效，減少能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗，從而提高整個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，增加發(fā)電量。

• 儲(chǔ)能系統(tǒng)：在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，無論是電池儲(chǔ)能還是其他形式的儲(chǔ)能，都需要高效的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。第四代SiC MOSFET技術(shù)能夠提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的能效，有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化和成本效益更高的能源解決方案。例如，在一些大型的儲(chǔ)能電站中，使用這種技術(shù)可以提高儲(chǔ)能和放電的效率，降低運(yùn)營成本。

• 數(shù)據(jù)中心

• 人工智能服務(wù)器數(shù)據(jù)中心的電源模塊需要應(yīng)對巨大的功率需求和熱管理挑戰(zhàn)。第四代SiC MOSFET高能效和緊湊尺寸的技術(shù)特性對于解決這些問題至關(guān)重要。它可以提高電源模塊的效率，減少熱量產(chǎn)生，從而降低數(shù)據(jù)中心的冷卻成本，并且可以在有限的空間內(nèi)提供更高的功率，滿足數(shù)據(jù)中心不斷增長的能源需求。

三、第四代碳化硅(SiC) MOSFET技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

• 技術(shù)優(yōu)化與產(chǎn)品推出

• 意法半導(dǎo)體已經(jīng)推出其第四代STPOWER碳化硅（SiC）MOSFET技術(shù)，并且在功率效率、功率密度和穩(wěn)定性方面樹立了新的標(biāo)桿。該公司已經(jīng)完成第四代SiC技術(shù)平臺750V電壓等級的產(chǎn)前認(rèn)證，預(yù)計(jì)將在2025年第一季度完成1200V電壓等級的認(rèn)證，之后標(biāo)稱電壓為750V和1200V的產(chǎn)品將上市銷售。這意味著意法半導(dǎo)體在第四代SiC MOSFET技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程上取得了重要進(jìn)展，為該技術(shù)在市場上的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

• 羅姆公司也在第四代SiC MOSFET技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，其于2020年完成開發(fā)第4代SiC MOSFET，目前不僅可供應(yīng)裸芯片，還可供應(yīng)分立封裝的產(chǎn)品。羅姆公司還計(jì)劃在2021 - 2025年投入大量資金擴(kuò)充碳化硅產(chǎn)能，這表明羅姆對第四代SiC MOSFET技術(shù)的市場前景充滿信心，并且在積極推動(dòng)該技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

• 與汽車和工業(yè)市場的結(jié)合

• 在汽車市場方面，一線電動(dòng)汽車廠商正與意法半導(dǎo)體達(dá)成合作，將第四代SiC技術(shù)引入他們的新車型，以提高性能和能源效率。這說明第四代SiC MOSFET技術(shù)已經(jīng)得到了汽車制造商的認(rèn)可，并且開始逐步應(yīng)用于實(shí)際的電動(dòng)汽車生產(chǎn)中。同時(shí)，該技術(shù)在滿足汽車市場需求的同時(shí)，也針對電動(dòng)汽車電驅(qū)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件逆變器進(jìn)行了特別優(yōu)化，這有助于進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車的性能和可靠性。

• 在工業(yè)市場方面，第四代SiC MOSFET技術(shù)適用于各種大功率工業(yè)設(shè)備，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、太陽能逆變器、儲(chǔ)能解決方案和數(shù)據(jù)中心等日益增長的應(yīng)用，并且能夠顯著提高這些應(yīng)用的能效。這表明該技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，對于推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能減排和高效發(fā)展具有重要意義。

• 技術(shù)創(chuàng)新仍在進(jìn)行

• 意法半導(dǎo)體通過垂直整合制造戰(zhàn)略加快SiC功率器件的開發(fā)，同時(shí)還在開發(fā)多項(xiàng)SiC技術(shù)創(chuàng)新，計(jì)劃在2027年前推出更多先進(jìn)的SiC技術(shù)創(chuàng)新成果。例如，其第五代SiC功率器件將采用基于全新工藝的高功率密度創(chuàng)新技術(shù)，并且正在開發(fā)一項(xiàng)突破性創(chuàng)新技術(shù)，有望在高溫下實(shí)現(xiàn)更出色的導(dǎo)通電阻RDS(on)參數(shù)，進(jìn)一步降低RDS(on)。這顯示出第四代SiC MOSFET技術(shù)并不是終點(diǎn)，而是一個(gè)持續(xù)發(fā)展的過程，未來還有很大的提升空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

四、第四代碳化硅(SiC) MOSFET技術(shù)與前代的比較

• 導(dǎo)通電阻方面

• 第四代SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻（RDS(on)）顯著低于前幾代產(chǎn)品。如羅姆公司的第四代產(chǎn)品在不犧牲短路耐受時(shí)間的前提下，相比第三代產(chǎn)品，導(dǎo)通電阻降低了約40%。更低的導(dǎo)通電阻意味著在電流通過器件時(shí)，產(chǎn)生的能量損耗更小。在電力電子系統(tǒng)中，導(dǎo)通損耗是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，較低的導(dǎo)通損耗可以提高系統(tǒng)的整體效率，減少發(fā)熱，對于提高系統(tǒng)的可靠性和延長器件的使用壽命具有重要意義。

• 前代產(chǎn)品由于導(dǎo)通電阻較高，在相同的工作條件下，會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，這就需要更大的散熱系統(tǒng)來保證器件的正常工作，從而增加了系統(tǒng)的體積和成本。

• 開關(guān)性能方面

• 第四代碳化硅的開關(guān)速度更快，開關(guān)損耗更低。與前代產(chǎn)品相比，這一特性使得第四代SiC MOSFET在高頻應(yīng)用中具有更大的優(yōu)勢。例如，羅姆的第四代產(chǎn)品通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)大幅降低了柵漏電容（Cgd），從而使開關(guān)損耗比以往產(chǎn)品降低約50%。更快的開關(guān)速度可以提高電源轉(zhuǎn)換器等設(shè)備的工作頻率，從而實(shí)現(xiàn)更緊湊、高效的電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，這是前代產(chǎn)品難以達(dá)到的。

• 前代產(chǎn)品的開關(guān)速度相對較慢，開關(guān)損耗較高，這限制了它們在高頻、高效率應(yīng)用場景中的使用，例如在一些需要快速響應(yīng)和高功率密度的電動(dòng)汽車電驅(qū)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心電源模塊等應(yīng)用中，前代產(chǎn)品可能無法滿足性能要求。

• 尺寸與功率密度方面

• 第四代產(chǎn)品以25攝氏度時(shí)的RDS(on)為參考，其裸片平均尺寸比第三代器件減小12 - 15%，并且具有更高的功率密度。這使得第四代SiC MOSFET能夠在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率處理能力，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化和輕量化。例如在電動(dòng)汽車中，更小的功率器件可以為車輛節(jié)省更多的空間，同時(shí)減輕重量，有助于提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。

• 前代產(chǎn)品的裸片尺寸相對較大，功率密度較低，在一些對空間和重量要求嚴(yán)格的應(yīng)用場景中，使用前代產(chǎn)品可能會(huì)受到限制，需要更大的電路板面積或者更復(fù)雜的散熱系統(tǒng)來保證器件的正常工作。

• 穩(wěn)健性方面

• 第四代技術(shù)在動(dòng)態(tài)反偏測試(DRB)條件下的穩(wěn)健性表現(xiàn)更加出色，且超過了AQG324標(biāo)準(zhǔn)，能夠在惡劣條件下正常可靠工作。這一特性使得第四代SiC MOSFET在一些環(huán)境條件較為復(fù)雜的應(yīng)用場景中具有更好的適應(yīng)性，如汽車和工業(yè)環(huán)境。

• 前代產(chǎn)品在穩(wěn)健性方面可能相對較弱，在面對惡劣的工作環(huán)境時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)性能下降或者故障的風(fēng)險(xiǎn)較高，需要采取更多的保護(hù)措施來確保其正常工作。

五、第四代碳化硅(SiC) MOSFET技術(shù)的未來趨勢

• 技術(shù)性能持續(xù)提升

• 進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻：從羅姆公司的規(guī)劃來看，其計(jì)劃在2025年、2028年分別再降30%，實(shí)現(xiàn)第5代、第6代產(chǎn)品的導(dǎo)通電阻降低目標(biāo)。意法半導(dǎo)體也在開發(fā)一項(xiàng)突破性創(chuàng)新技術(shù)，有望在高溫下實(shí)現(xiàn)更出色的導(dǎo)通電阻RDS(on)參數(shù)，進(jìn)一步降低RDS(on)。導(dǎo)通電阻的持續(xù)降低將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的能效，減少能量損耗，這對于提高各種應(yīng)用設(shè)備的性能和效率至關(guān)重要，特別是在對能效要求極高的電動(dòng)汽車和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。

• 提高開關(guān)速度和降低開關(guān)損耗：隨著技術(shù)的發(fā)展，未來的SiC MOSFET可能會(huì)采用新的結(jié)構(gòu)和材料，進(jìn)一步提高開關(guān)速度，降低開關(guān)損耗。這將使得電源轉(zhuǎn)換器等設(shè)備能夠在更高的頻率下工作，實(shí)現(xiàn)更高的功率密度和更小的體積，滿足電子設(shè)備不斷朝著小型化、高性能化發(fā)展的需求。

• 優(yōu)化柵氧保護(hù)：目前SiC MOSFET存在的一個(gè)問題是在反向偏置過程中，柵極氧化物處有更高的電場。未來的發(fā)展趨勢可能是通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)或者采用新的材料，優(yōu)化柵氧保護(hù)，提高器件的可靠性和穩(wěn)定性，從而延長器件的使用壽命，降低故障風(fēng)險(xiǎn)。

• 結(jié)構(gòu)改進(jìn)與創(chuàng)新

• 溝槽結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展：目前，溝槽型SiC MOSFET已經(jīng)顯示出了很多優(yōu)勢，如羅姆的第四代雙溝槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)品具有低導(dǎo)通電阻等優(yōu)點(diǎn)。未來，溝槽結(jié)構(gòu)可能會(huì)得到進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化，例如減小元胞尺寸，提高溝道密度等。通過這些改進(jìn)，可以進(jìn)一步提高器件的性能，降低成本，并且可能會(huì)逐漸取代平面結(jié)構(gòu)成為主流的SiC MOSFET結(jié)構(gòu)。不過，溝槽結(jié)構(gòu)也面臨著一些挑戰(zhàn)，如工藝復(fù)雜、單元一致性較差以及柵氧可靠性等問題，需要在未來的發(fā)展中加以解決。

• 新結(jié)構(gòu)的探索：除了現(xiàn)有的平面結(jié)構(gòu)和溝槽結(jié)構(gòu)之外，研究人員可能會(huì)探索新的SiC MOSFET結(jié)構(gòu)。這些新結(jié)構(gòu)可能會(huì)結(jié)合平面結(jié)構(gòu)和溝槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，或者采用全新的設(shè)計(jì)理念，以實(shí)現(xiàn)更高的性能、更低的成本和更好的可靠性。例如，一些研究可能會(huì)致力于開發(fā)具有更好的電場分布、更低的寄生電容和更高的溝道遷移率的結(jié)構(gòu)。

• 應(yīng)用領(lǐng)域的拓展與深化

• 電動(dòng)汽車市場的進(jìn)一步滲透：隨著電動(dòng)汽車市場的不斷發(fā)展，對高性能、高效率的功率器件的需求也在不斷增加。第四代SiC MOSFET技術(shù)將繼續(xù)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并且隨著技術(shù)的成熟和成本的降低，可能會(huì)逐漸應(yīng)用于更多類型的電動(dòng)汽車，包括中低端車型。除了電驅(qū)逆變器之外，還可能會(huì)在電動(dòng)汽車的其他部件，如電池管理系統(tǒng)、充電樁等方面得到應(yīng)用，進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車的整體性能和能效。

• 工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用：在工業(yè)領(lǐng)域，第四代SiC MOSFET技術(shù)已經(jīng)在大功率工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、太陽能逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心等方面得到了應(yīng)用。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，該技術(shù)將在更多的工業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并且有望實(shí)現(xiàn)更高的能效提升。例如，在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域，第四代SiC MOSFET技術(shù)可能會(huì)發(fā)揮重要的作用，推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的智能化、高效化發(fā)展。

• 新興領(lǐng)域的開拓：隨著科技的不斷發(fā)展，一些新興領(lǐng)域如5G通信、物聯(lián)網(wǎng)等對功率器件也提出了新的要求。第四代SiC MOSFET技術(shù)的高功率密度、高效率和良好的可靠性等特性，使其有可能在這些新興領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，在5G基站的電源模塊中，該技術(shù)可以提高電源效率，降低功耗，滿足5G通信對高功率、高效率的要求；在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，它可以為傳感器等設(shè)備提供高效的電源管理，延長設(shè)備的使用壽命。

功率器件芯片清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。