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功率半導(dǎo)體器件主要應(yīng)用領(lǐng)域與IGBT清洗介紹

功率半導(dǎo)體大致可分為功率半導(dǎo)體分立器件和功率半導(dǎo)體集成電路兩大類。功率半導(dǎo)體器件(Power semiconductor Device)又稱為電力電子器件和功率電子器件,是指可直接用于處理電能的主電路中,實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件,其作用主要分為功率轉(zhuǎn)換、功率放大、功率開關(guān)、線路保護(hù)和整流等。

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來源:富士電機(jī)

按照器件結(jié)構(gòu),現(xiàn)有的功率半導(dǎo)體分立器件可分二極管、功率晶體管、晶閘管等,其中功率晶體管分為雙極性結(jié)型晶體管(BJT)、結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)、金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。

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圖  功率半導(dǎo)體器件主要應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù) Omdia、Yole 數(shù)據(jù),2021-2025 年全球半導(dǎo)體功率器件市場將由 259 億美元增至 357 億美元,年復(fù)合增速約為 8.4%。其中,MOSFET(含模塊)2021 年市場規(guī)模約為 104 億美元,至 2025 年占比預(yù)計達(dá) 29%;IGBT(含模塊)2025 年市場規(guī)模將快速增至 136 億美元,占比約為 38%,2021-2025 年年復(fù)合增長率約為 12.8%;全球 SiC 功率器件 2025 年市場規(guī)模約 43 億美元, 2021 年至 2025 年復(fù)合增長率約為 42%。

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圖 2021-2025 全球半導(dǎo)體功率器件市場規(guī)模及增速(按器件類型分,億美元) 

如今,MOSFET和IGBT等功率半導(dǎo)體器件獲得了前所未有的關(guān)注,國內(nèi)外眾多半導(dǎo)體企業(yè)都在斥巨資研發(fā)和生產(chǎn)功率半導(dǎo)體,爭奪功率半導(dǎo)體市場的主動權(quán)。在國家相關(guān)政策支持、國產(chǎn)化替代加速及產(chǎn)業(yè)投資增加等多重因素合力下,目前國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈正在日趨完善,技術(shù)正在取得突破。同時,中國也是全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國,發(fā)展前景十分廣闊。 

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圖  不同功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用領(lǐng)域

在400V~10數(shù)kV的高耐壓區(qū)域,現(xiàn)在最常用的功率半導(dǎo)體是IGBT。作為現(xiàn)如今功率半導(dǎo)體器件的主要代表之一,IGBT綜合了功率MOSFET和雙極型晶體管(BJT)兩種器件的結(jié)構(gòu),具有輸入阻抗高、易于驅(qū)動、電流能力強(qiáng)、功率控制 能力高、工作頻率高等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于逆變器、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。
表 Si/SiC/GaN基本材料特性

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經(jīng)過幾十年的發(fā)展,硅正在達(dá)到其性能的極限,Si基器件性能提高的潛力愈來愈小。但新結(jié)構(gòu)和新封裝的引入升級仍推動著硅基器件的應(yīng)用和市場發(fā)展。此外,以碳化硅為代表的寬禁帶功率半導(dǎo)體器件憑借其優(yōu)異的性能,逐步應(yīng)用于高壓、高頻、高溫和大功率電力電子領(lǐng)域。SiC被認(rèn)為是一種超越 Si 極限的用于制造功率器件的材料。SiC功率器件面準(zhǔn)的市場是大約600V以上的耐壓用途,基于SiC襯底的IGBT器件甚至可達(dá)到20kV以上超高壓。SiC功率器件可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、5G 通訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域,特別是在新能源汽車領(lǐng)域的滲透逐步上升。

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△IGBT晶圓、單管、模塊,攝于翠展微展臺

雖然不同應(yīng)用領(lǐng)域和不同應(yīng)用場景對半導(dǎo)體功率器件性能要求存在差異,但都在朝著高功率密度、小型化、高效率、低能耗、高可靠性等方向演變。功率半導(dǎo)體芯片產(chǎn)品差異化來自晶圓制造能力、封裝測試能力及系統(tǒng)理解能力。
經(jīng)過多年發(fā)展,芯片技術(shù)經(jīng)歷升級迭代,芯片面積、開關(guān)損耗等各項(xiàng)指標(biāo)不斷優(yōu)化。但僅靠芯片的優(yōu)化,還不足以滿足現(xiàn)在的使用要求,仍需要高可靠性的封裝技術(shù),使芯片的優(yōu)勢能夠完全發(fā)揮出來。功率模塊封裝是將一個或多個功率芯片和陶瓷襯板(DBC、AMB),引線,功率端子,信號端子,絕緣灌封膠(液態(tài)環(huán)氧/硅凝膠),外殼等輔助體集成封裝在一起,以提高功率模塊的可用性,使用壽命以及可靠性。

IGBT功率半導(dǎo)體器件清洗:

針對各類半導(dǎo)體不同的封裝工藝如功率器件QFN,為保證產(chǎn)品的可靠性,合明科技研發(fā)多款自主知識產(chǎn)權(quán)專利清洗劑,針對不同工藝及應(yīng)用的半導(dǎo)體封裝需要的精密清洗要求,合明科技在水基清洗方面開發(fā)了較為完整的水基系列產(chǎn)品,精細(xì)化對應(yīng)涵蓋從半導(dǎo)體封裝到PCBA組件終端,包括有水基清洗劑和半水基清洗劑,堿性水基清洗劑和中性水基清洗劑等。具體表現(xiàn)在,在同等的清洗力的情況下,合明科技的兼容性較佳,兼容的材料更為廣泛;在同等的兼容性下,合明科技的功率器件QFN清洗劑清洗的錫膏種類更多(測試過的錫膏品種有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;測試過的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,離子殘留低、干凈度更好。合明科技專注電子制程精密清洗20多年經(jīng)驗(yàn),在水基清洗劑方面頗有心得,包括油墨水基清洗劑,環(huán)保清洗劑,半導(dǎo)體芯片封裝水基清洗劑等數(shù)十款產(chǎn)品,多年來受到無數(shù)客戶的青睞。我們有強(qiáng)大的售前技術(shù)指導(dǎo)和最貼心的服務(wù),水基清洗,選擇合科技,決不會讓您失望!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。以上便是功率器件的材料的演進(jìn)與功率器件電子芯片清洗介紹介紹,希望可以幫到您!



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