碳化硅功率器件
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-12
碳化硅功率器件的視頻教程
半導體器件的功率循環及熱可靠性測試
本視頻介紹了半導體器件的功率循環及熱可靠性測試流程。 第一步：將待測器件與POWERTESTER連接，輸入相關參數，校準K系數（溫度敏感因子） 第二步：通過測試平臺內置的觸摸屏電腦，設置待測器件的循環策略，啟動設備，進行全自動熱瞬態及功率循環測試 第三步：數據分析（支持數據導出，進行結構函數分析、生成熱模型等）
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多導體系統及功率器件寄生參數計算與電路分析應用
多導體系統及功率器件寄生參數計算與電路分析應用會議包括 1.基于SimLab PE的導體阻抗參數計算； 2.基于PSIM的功率器件電路建模與分析應用。點擊參會
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碳化硅功率器件的實例教程
碳化硅功率器件與傳統硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導通型單晶襯底上額外生長高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
功率器件行業發展到IGBT(絕緣柵雙極晶體管)時期，硅基器件的性能已經接近極限，邊際成本越來越高。
半導體器件產業仍對高功率、高頻切換、高溫操作、高功率密度等有著越來越多的需求，因此以SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)等第三代半導體材料為核心的寬禁帶功率器件成為了研究熱點與新發展方向，并逐步進入應用量產階段。
SiC功率器件性能優勢
SiC功率半導體的發展改善了功率開關器件的硬開關特性，耐壓可達數萬伏，耐溫可達500℃以上，其性能優勢如下：
(1)寬禁帶可大幅減小泄漏電流，從而減少高功率器件損耗；
(2)高擊穿場強可提高功率器件耐壓能力與電流密度，減小整體尺寸；
(3)高熱導率可改善耐高溫能力，有助于器件散熱，減小散熱設備體積，提高集成度，增加功率密度；
(4)強抗輻射能力，更適合在外太空等輻照條件下應用。理論上，SiC器件是實現高壓、高溫、高頻、高功率及抗輻射相結合的理想材料，主要應用于大功率場合，可實現模塊及應用系統的小型化、集成化，提高功率密度和系統效率。
展開 SiC 能大大降低功率轉換中的開關損耗
SiC 更容易實現模塊的小型化、更耐高溫
碳化硅功率半導體器件相較于硅基功率器件優勢
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????????????碳化硅功率半導體器件產業鏈
碳化硅功率半導體器件從上個世紀70年代開始研發，經過30年的積累，于2001年開始商用碳化硅SBD器件，之后于2010年開始商用碳化硅MOSFET器件，當前碳化硅IGBT器件還在研發當中。
碳化硅功率器件發展歷程
資料來源：太平洋證券
碳化硅功率器件整個生產過程大致如下圖所示，主要會分為碳化硅單晶生產、外延層生產、器件制造三大步驟，分別對應產業鏈的襯底、外延、器件和模組三大環節。
展開 ▲碳化硅智能功率模塊
與傳統硅基器件相比，SiC的擊穿場強是傳統硅基器件的10倍，導熱系數是傳統硅基器件的3倍，非常適合于高壓應用，如電源、太陽能逆變器、火車和風力渦輪機。
另外，SiC還用于制造LED。碳化硅材料各項指標均優于硅，其禁帶寬度幾乎是硅的3倍，理論工作溫度可達600℃，遠高于硅器件工作溫度。技術成熟度最高，應用潛力最大。
碳化硅器件具有更低的導通電阻。
在低擊穿電壓 (約 50V 下）,碳化硅器件的比導通 電阻僅有 1.12uΩ,是硅同類器件的約 1/100。
在高擊穿電壓 (約 5kV 下）,比導通電 阻提高到 25.9mΩ, 卻是硅同類器件的約 1/300。
更低的導通電阻使得碳化硅電力電子器件具有更小的導通損耗,從而能獲得更高的整機效率。
商業化的硅肖特基二極管通常耐壓在 300V 以下,而首個商業化的碳化硅肖特基二極管的電壓定額就已近達到了600V ; 首個商業化的碳化硅 MOSFET 電壓定額為 1200V ,而常用的硅 MOSFET大多在 1kV 以下。
▲典型的EV/HEV電路框圖及適用于SiC/GaN的可能性
碳化硅器件的極限工作溫度有望達到 600℃以上, 而硅器件的最大結溫僅為 150℃。
碳化硅器件抗輻射能力較強,在航空等領域應用可以減輕輻射屏蔽設備的重量。
碳化硅器件對電動車充電模塊性能的提升主要體現在三方面：
（1）提高頻率，簡化供電網絡；
（2）降低損耗，減少溫升。
（3）縮小體積，提升效率。
展開 碳化硅MOSFET
碳化硅MOSFET具有正向導通電阻低、開關速度快、驅動電路筒單等優點。碳化硅MOSFET的漂移區相對較薄，它的正向導通電阻低，導通損耗也小。由于正向電阻小,所以相較于傳統硅IGBT，在相同的耐壓和導流能力條件下碳化硅MOSFET的面積可以更小，從而其結電容也更小（相對介電常數：碳化硅9.66，硅11.9，＠300K），較小的結電容使得器件的開關速度更快。
碳化硅MOSFET是電壓型驅動器件，驅動功耗較低，而柵氧結構讓它的柵極輸入阻抗極大，所以碳化硅MOSFET的驅動電路相對筒單，并且從電路拓撲上來說傳統硅IGBT的驅動電路可以直接驅動碳化硅MOSFET，所以碳化硅功率MOSFET被視為硅IGBT的最理想替代品。
碳化硅MOSFET的工作原理可以用圖2.3中的垂直型DMOS來說明。
當柵源之間存在正偏壓，并且高于閾值電壓時，柵極下方在SiC表面形成了反型溝道，從源極到漏極形成了導電通路，MOSFET導電通路的等效電阻由如圖2.3中所示的幾個部分等效電阻串聯組成。
當柵源之間短路或者在柵源之間施加反偏電壓時，溝道被斷開，源極到漏極的電流通路不復存在，漏源之間開始具備承受高電壓應力的條件。
展開 ▲采用AMB工藝氮化硅陶瓷覆銅基板封裝第3代半導體碳化硅芯片、碳化硅功率器件
采用AMB工藝氮化硅陶瓷覆銅基板則是利用包括鈦Ti、鋯Zr、鉭Ta、鈮Nb、釩V、鉿Hf等活性金屬元素可以潤濕陶瓷表面的特性，將覆銅層通過活性金屬釬料釬焊在氮化硅陶瓷基板上。通過活性金屬釬焊AMB工藝形成的銅與氮化硅陶瓷界面粘結強度更高，且氮化硅陶瓷基板相比Al2O3氧化鋁陶瓷基板和AlN氮化鋁陶瓷基板同時兼顧了優異的機械性能和良好的導熱性，因此采用AMB工藝氮化硅陶瓷覆銅基板各方面性能比較均衡，在高溫下的工作可靠性能更強，所以說氮化硅陶瓷覆銅基板是氧化鋁陶瓷基板和氮化鋁陶瓷基板升級產品，是第3代半導體材料SiC汽車電子功率器件模塊封裝完美之選。
三、當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，新能源汽車開啟性能狂飆模式
碳化硅SiC作為第3代寬禁帶半導體材料，相對于第1代Si硅基半導體器件具有禁帶寬度大、熱導率高、擊穿電場高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等眾多技術優勢，尤其是在高頻、高溫、高壓等工作場景中，有著易散熱、小體積、 高功率、低能耗等諸多明顯的優勢特點。
當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，氮化硅基板的優異高強度和高導熱的綜合性能，完美配套升級碳化硅功率模塊的性能優勢。氮化硅基板配套升級碳化硅功率模塊的寬禁帶特性有助于提高碳化硅器件的穩定性，使其具備良好的耐高溫性、耐高壓性和抗輻射性，顯著提升器件功率密度，從而利于系統散熱與終端小型輕便化；氮化硅基板配套升級碳化硅功率模塊的高擊穿電場強度特性，有助于提高碳化硅器件的功率范圍，降低通電電阻，使其具備耐高壓性和低能耗性，利于器件體積薄化的同時提高系統驅動力；氮化硅基板配套升級碳化硅功率模塊的高飽和電子漂移速率特性意味著較低的電阻，顯著降低能量損失，簡化周邊被動器件，大幅提升開關頻率同時提高整機效率。
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※ 展會優勢
CINNO Research產業資訊，日本半導體材料加工設備廠商高鳥株式會社（Takatori，以下簡稱為“高鳥”）近日推出了一款用于切割功率半導體方向碳化硅（SiC）晶圓的新型切割設備。該設備不僅支持切割當下主流的直徑為6吋（約15厘米）的晶圓，還可用于切割10吋晶圓（約25厘米），可顯著提升半導體芯片的生產效率。
新型多線切割設備可切割直徑為10吋的晶圓
與硅基功率半導體相比
并于2018年開始研究、設計碳化硅功率器件，成為中國碳化硅功率器件較早一批實現量產的企業。2019年，瑞森半導體開始進軍功率IC領域，成功開發高PF無頻閃LED恒流驅動IC系列，是國內唯一一家可將產品單級方案做到400W以上的大功率，并涵蓋高PF、低THD、無頻閃、高效率等優勢的企業。
使用碳化硅功率器件的光伏逆變器可將系統轉換效率從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，設備循環壽命提升 50倍。瑞森半導體針對光伏逆變器提供功率半導體解決方案。
來源 | 各公司官網，網絡
氮化鋁具有一系列優良特性，核心優勢特性為優良的熱導性、可靠的電絕緣性、以及與硅相匹配的熱膨脹系數等。它既是新一代散熱基板和電子器件封裝的理想材料，也可用于熱交換器、壓電陶瓷及薄膜、導熱填料等，應用前景廣闊。
根據 Maxmize Market Research 數據，2021 年全球陶瓷基板市場規模達到
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引言
電路板被很多人譽為電子產品之母，它是計算機、手機等消費電子產品的關鍵部件，在醫療、航空、新能源、汽車等行業有著廣泛應用。縱觀全球技術發展簡史，每一次技術進步都直接或間接影響著全人類。在電路板誕生之前，電子設備都包含許多電線，它們不僅會糾纏在一起，占用大量空間，而且短路的情況也不罕見。這個問題對于電路相關的工作人員來說是個非常頭疼的問題。1925年，來自美國的
一、前言
大功率電源通常由一個變壓器、整流電路、濾波電路、功率半導體器件和開啟電路等多個部分組成。變壓器主要用于將市電的交流電壓轉換為設備所需要的直流電壓。整流電路將輸出的交流電壓轉化為直流電壓。濾波電路可對直流電壓進行過濾，使其更加穩定。
士蘭微也是采用IDM模式，旗下士蘭明鎵在去年已實施“碳化硅功率器件芯片生產線”項目的建設，去年10月，士蘭微籌劃非公開發行募資65億元，募投項目之一便是用于“年產14.4萬片碳化硅功率器件生產線建設項目”，并在今年4月26日定增獲上交所審核通過。
SiC功率器件的概況
SiC（碳化硅）功率器件以其耐高溫、耐高壓、低開關損耗等特性，能有效實現電力電子系統的高效率、小型化、輕量化、高功率密度等要求，受到了新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網等領域的追捧。
在車用領域，SiC功率器件在能量轉換效率上的顯著優勢，能有效增加電動汽車的續航里程和充電效率。
