功率半導體器件設計的案例
功率半導體器件的機遇與挑戰
而美國半導體巨頭安森美半導體(ON Semiconductor）也將以車載半導體為中心，擴充功率半導體產品。
中國的比亞迪也在日前表示，明年會將其IGBT的產能從現在的5萬片提升到十萬片左右。
順便說一下，IGBT的歷史并不是很久遠。1990年左右進入市場，最初并未成為人們的話題。登場的契機居然是因為用在了豐田的混合動力車--“PRIUS-普銳斯”上，自那以后，開始逐漸推廣用于汽車上。
SiC功率器件以電動車為中心，擴展用途
以IGBT為“主角”功率半導體市場很活躍，SiC功率半導體也相當備受矚目。Band gap（禁帶寬度）比硅（1.12）高3.26，熱傳導率也比硅（1.5）高4.9。在周波特性方面也很突出，在對應高電壓方面也實現了1,200V以上。可以說，對于高電壓、高電流應用方面是最合適的功率器件。
據中村先生說，“羅姆公司在本田的Clarity（一款氫燃料電池電動車）上搭載了SiC功率器件，它是世界首次用Full SiC驅動的燃料電池車，由于具有高溫條件下動作和低損耗特點，可以縮小用于冷卻的散熱片，通過高頻切換也實現了電抗器的小型化。為此，擴大了內部空間，豐田的燃料電池車MIRAI可以坐4個人，本田的Clarity實現了5人座”。
SiC功率器件的目標市場是EV、混合動力車、燃料電池車等電動車。最近也開始用于功率調節器（power conditioner）、工業機器的電源等方面。成本方面相當具有優越性。也開始搭載在鐵道上，JR的新干線N700系列等已經使用，但是只采用了三菱電機公司的Full SiC。富士電機、日立制作所、東芝等公司還沒有實現Full。
德國英飛凌同樣是SiC市場一個重磅玩家。
展開 拆解報告 ：瑞森半導體功率器件在九陽Z2-Vmini 榨汁機上的應用
瑞森半導體于2018年開始與中國家喻戶曉的品牌九陽股份合作，并成為九陽在功率半導體器件上的長期合作伙伴。在合作期間，瑞森半導體始終堅持“首件確認，始終如一”的產品理念，得到九陽股份的高度認可與信任。
九陽Z2-Vmini榨汁機開箱展示
九陽Z2-Vmini榨汁機內含有主機、推料棒、螺桿、擠汁器、支架、果渣桶、接汁杯 、USB充電線及產品使用說明書等。
產品采用便攜式設計，體積迷你，為原汁機的3分之一。拿在手上的直觀感受，小巧而精致。
頂部面板有電量顯示，剩余電量一目了然，開關按鍵同樣位于頂部，通過開關按鍵可以控制原汁機的開/關機和正/反方向，雙擊即可啟動。這里的正反方向控制，可以更好地將原汁機縫隙里的果肉碾壓出果汁。
這款產品通過USB口為其充電，充電口附有橡膠塞，使用防水結構，4小時即可充滿，充電不受使用場景的限制，如手機插頭、車載充電以及充電寶均可。
展開 芯導科技募資加強功率器件與IC研發，抓緊第三代半導體材料發展機遇
因此，功率半導體行業下游的市場需求和國內對高性能功率器件的需求均具有廣闊的市場空間。
芯導科技的主體產品包括功率器件和功率IC功率器件和功率IC，在功率器件方面，芯導科技會在目前功率器件產品的基礎上進行技術開發與升級，開發一系列大功率高性能的TVS產品、超低導通阻抗、超低柵極電荷的MOSFET以及超低VF的肖特基二極管，擴展現有產品系列、加強對現有產品的更新迭代。
在功率IC方面，通過加大投入，可以促進高性能數模混合電源管理芯片技術的開發和積累，實現產業化，并豐富產品系列以滿足消費電子市場對電源管理芯片產品的需求。多年專注于功率半導體設計與銷售，令其在消費電子領域的功率IC領域有一定的技術儲備和客戶的資源。按照芯導科技方面的規劃，未來其會把功率IC技術的開發和產業化緊密結合，加大對高性能功率IC技術更深入的開發和研究。
根據招股書方面信息顯示，高性能分立功率器件開發和升級項目達產后，能夠實現大功率高性能的TVS產品年銷量增加654.15百萬顆、超低導通阻抗、超低柵極電荷的MOSFET產品年銷量增加285.10百萬顆以及超低VF的肖特基二極管年銷量增加593.96百萬顆。
高性能數模混合電源管理芯片開發及產業化項目達產后，預計每年新增銷售高性能數模混合電源管理芯片426.36百萬顆，提升芯導科技在功率IC領域的市場份額，優化整體收入結構。
上述兩個項目落址均為上海張江高科科技園區內，項目建設時間均為3年。
抓緊第三代半導體材料機遇
芯導科技的募資項目里面，值得關注的會是硅基氮化鎵高電子遷移率功率器件開發項目。通過該項目，其可以滿足產業內未來第三代半導體材料應用導致對功率器件性能提升的需求，能夠為產業內的相關新技術和新材料的創新突破進行前瞻性的布局。
展開 全球功率半導體IGBT企業20強
成立伊始，公司就聚焦于功率半導體的設計和應用，產品涵蓋了全電壓段的MOSFET,IGBT, DIODES, POWER IC以及寬禁帶(SiC,GaN)功率器件，并提供整體的Power Management Solutions。
20. 達新半導體
達新半導體有限公司成立于2013年，是以海歸博士為主創立的一家中外合資的高科技公司，公司主要從事IGBT、MOSFET、FRD等功率半導體芯片與器件的設計、制造和銷售，并提供相關的應用解決方案。
功率器件封裝結構熱設計綜述
華北電力大學新能源電力系統國家重點實驗室
原位 | DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.230136
摘要：半導體技術的進步使得芯片的尺寸得以不斷縮小，倒逼著封裝技術的發展和進步，也由此產生了各種各樣的封裝 形式。當前功率器件的設計和發展具有低電感、高散熱和高絕緣能力的屬性特征，器件封裝上呈現出模塊化、多功能化 和體積緊湊化的發展趨勢。為實現封裝器件低電感設計，器件封裝結構更加緊湊，而芯片電壓等級和封裝模塊的功率密度持續提高，給封裝絕緣和器件散熱帶來挑戰。在有限的封 裝空間內，如何把芯片的耗散熱及時高效的釋放到外界環境中以降低芯片結溫及器件內部各封裝材料的工作溫度，已成 為當前功率器件封裝設計階段需要考慮的重要問題之一。本文聚焦于功率器件封裝結構的散熱方面，針對功率半導體器件在散熱路徑方面的結構設計進行歸納總結。通過對國內外 功率器件封裝結構設計的綜述，梳理了功率器件封裝結構設計過程中在散熱方面的考慮及封裝散熱特點，并根據功率器 件散熱特點對功率器件封裝結構類型進行了分類。最后，基于降低封裝結構散熱熱阻、提高器件散熱能力的目的，從高導熱封裝材料和連接工藝、芯片面接觸連接、增加散熱路徑 以及縮短散熱路程四個方面對功率器件封裝結構設計在散熱方面未來的發展趨勢進行了展望。
展開 SiC功率器件的特性與系統設計應用
來源：松哥電源
聚焦功率半導體產業︱APSME 2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展將在廣州盛大召開
2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展覽會，以“聚焦前沿技術突破，賦能產業創新融合”為主題。將于2025年11月20-22日在廣州保利世貿博覽館盛大召開！
APSME 2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展覽會匯聚全球優質品牌廠商齊聚現場，打造功率半導體全產業鏈創新展示、一站式采購及技術交流平臺，集中展示半導體器件、功率模塊、材料、封裝技術、測試技術、生產設備、散熱管理等熱門產品，致力于先進半導體器件、封裝測試、工藝流程、創新應用及產業鏈間的合作，為上游及材料設備搭建交流協作的橋梁。展會期間還將舉辦一系列技術論壇，展示全球產業動態及未來技術趨勢。
展開 2025大賽優秀作品 | 基于多物理場仿真技術的高速動車用功率器件主端子連接結構設計與評價
近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：基于多物理場仿真技術的高速動車用功率器件主端子連接結構設計與評價
作者： 曾祥浩 | 中車株洲電力機車研究所有限公司 仿真高級工程師
關鍵詞：高速動車 ，IGBT，多物理場仿真，Ansys
作者說
Ansys人機交互友好，界面簡潔，使用邏輯符合仿真一般流程。同時，Ansys包含多個功能模塊，能夠支持機電熱磁多物理場仿真，功能強大，是仿真融入正向研發，指導故障分析的重要幫手。
為了提高高速動車服役環境下功率器件主端子連接結構的服役可靠性，本文通過有限元分析對IGBT器件主端子結構焊層的疲勞可靠性進行研究，并且運用不同的理論預測焊層疲勞壽命并通過功率循環試驗進行了驗證。結果表明，隨著主端子焊層孔洞率的增加，循環周次會降低，但影響并不明顯。隨著主端子焊層厚度逐漸增加，循環周次呈現出先增加后減少的變化規律。在功率循環過程中，主端子結構焊層的退化表現為灰色含Sn相的粗化，采用基于能量的Darveaux模型進行分析更加符合功率器件主端子結構焊層的退化過程。故在主端子結構中，影響其服役壽命的主要因素為焊層厚度。
挑戰/需求
IGBT廣泛應用于軌道交通等高可靠性領域，其封裝熱應力引發的失效多發生在連接部位。本文針對高速動車IGBT真實工況，基于Ansys工具，采用多物理場仿真研究主端子連接結構可靠性，重點分析連接層孔洞與厚度的影響，并通過功率循環試驗驗證結果。
展開 碳化硅功率器件的性能分析與多芯片并聯應用研究--碳化硅MOSFET&功率模塊
功率模塊各個構件的材料屬性非常重要，本文沒有深入研究過各種材料的特性，僅簡要介紹幾種主流材料以及文中設計功率模塊所涉及的材料。
在這些部件中，最主要是器件、陶瓷襯底。器件是模塊的核心，陶瓷襯底是器件散熱、絕緣以及電回路的襯底基礎。器件損耗產生的熱，絕大部分通過陶瓷襯底經底部基板耗散出去，同時陶瓷襯底的熱阻占了器件結到模塊外殼熱阻的大部分，陶瓷襯底以及上下表面焊料層也是功率模塊可靠性問題的重點。所以陶瓷襯底的選擇是功率模塊設計中除功率器件本身之外最重要的部分。
對于電動汽車應用的功率模塊，A1203和AIN是常見的襯底材料，前者是傳統硅IGBT功率模塊中常用的襯底材料，價格低廉；后者導熱性能好，機械強度也較高，而且熱膨脹系數（CTE）和SiC材料的CTE(3ppm/°Ｃ）更接近，所以導熱性和可靠性會更高，但是價格較高。兩者的性能對比如表5.1所示。
焊接材料主要用于器件與陶瓷襯底和底部基板與陶瓷襯底兩處的連接，考慮到模塊工作時的溫度分布，本文在兩處采用了兩種焊錫材料。器件與陶瓷襯底之間溫度相對較高，采用的焊錫材料也是熔點較高的錫銅焊料（~225°Ｃ），陶瓷襯底與底部基板之間溫度190°Ｃ）。
半導體芯片正面引線鍵合所用的鍵合線有多種材料，常見的有鋁（Al）、金（Au）、銅（Cu），本文中采用了ＡI鍵合線，由于商業芯片正表面基本為Al層，所以鍵合線和芯片之間鍵合程度高。
展開 這些企業即將出席2021功率半導體大會！
作為第三方功率半導體器件的知名檢測服務平臺，廣東能芯現有6臺國內外品牌的功率循環測試設備配套支持Infineon-HPD模塊的直接水冷系統，并計劃于2021年將設備數量增加至15臺，致力于打造國內參數范圍最廣，容量最大，響應速度最快、技術最先進的功率循環測試平臺，幫助客戶在最短時間內建立產品的功率循環測試壽命模型。
廣東能芯現有實驗室面積900余平米，擁有種類齊全的可靠性測試設備與分析儀器，可以完整支持-AQG-324功率半導體模塊與部分AEC-Q101功率半導體單管的車規級可靠性測試標準，包括高低溫沖擊、機械振動等環境老化測試、HTRB/HTGB/H3TRB等帶電老化測試、功率循環測試、動靜態/絕緣耐壓/熱阻等器件參數測試，以及超聲波掃描檢測等。
展開 究竟為何功率半導體是半導體領域中的優質賽道？
——以下內容摘自《功率半導體：乘風新能源汽車，國產替代漸行漸近》，已上傳【半導體產業研究】知識星球，成員可登錄星球搜索關鍵詞下載（文末查看如何成為星球成員）。
目錄：
01/功率半導體解密：
究竟為何功率半導體是半導體領域中的優質賽道？
02/功率半導體行業總覽：
千億賽道，中國企業有望重塑產業格局
03/功率半導體各產品梳理：
主要產品包括二極管、晶閘管、晶體管、功率IC
04/ 功率半導體下游需求：
新能源汽車、充電樁、可再生能源市場需求旺盛， 功率半導體市場規模持續增長
05/ 功率半導體新機遇：
第三代功率半導體加速滲透，打開功率半導體成長天花板
06/ 建議關注標的：
推薦整體研發實力強勁，產品高端化布局的各細分賽道領先企業
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資訊 | 士蘭微擴產，比亞迪半導體擬分拆上市，功率半導體迎來高景氣
3月，博世宣布其正在德國德累斯頓建設新的12英寸晶圓廠，計劃下半年實現商用生產，其生產的產品主要用于汽車功率半導體；
同時，國內聞泰科技安世半導體也宣布在上海臨港投資120億元新建一座12英寸晶圓廠，將于2022年開始運營，年產能大約是40萬片，主產功率半導體。
據SEMI統計和預測，2020年，全球用于12英寸晶圓廠的投資額有望同比增長13%，創造歷史新紀錄，其中用在功率器件的投資增長幅度在2021年有望超過200%，而2022和2023年也將保持兩位數的增長率。
功率半導體對晶圓的消耗量巨大，目前，電動車處于滲透率快速提升階段，汽車功率半導體用量需求的成長空間很大，同時5G手機的推廣使得對存儲和邏輯類芯片需求大為提升，這些將帶動硅晶圓產業進入長期、持續的供需緊張狀態。
有行業媒體認為，在這種狀況下，要提升產能，將8英寸產線轉為12英寸，以提升生產效率和芯片絕對數量，就成為了各大模擬芯片，特別是功率器件廠商的共同選擇。
中國銀河證券傅楚雄表示，在當前全球功率半導體市場高景氣行情下，本土功率半導體產業鏈有望加速產品的市場拓展，提升產品的價值量或出貨量，充分受益于行業增長與國產替代紅利。
功率半導體相關動態2：比亞迪半導體擬拆分上市
5月11日，比亞迪股份有限公司發布公告稱，比亞迪股份擬將控股子公司比亞迪半導體股份有限公司（以下簡稱“比亞迪半導體”）分拆至深交所創業板上市。
本次分拆完成后，比亞迪股份股權結構不會因本次分拆而發生變化，且仍將維持對比亞迪半導體的控制權。比亞迪半導體的財務狀況和盈利能力仍將反映在比亞迪股份的合并報表中。
展開 國內國外主要IGBT廠商匯總！
華微電子
吉林華微電子股份有限公司成立于1999年，集功率半導體器件設計研發、芯片加工、封裝測試及產品營銷為一體，官網信息顯示其擁有4英寸、5英寸與6英寸等多條功率半導體分立器件及IC芯片生產線，芯片加工能力為每年400萬片，封裝資源為24億只/年，模塊360萬塊/年。
重慶華潤微
華潤微電子（重慶）有限公司，即原中航（重慶）微電子有限公司，集半導體設計、研發、制造與服務一體化，以功率半導體器件、功率/模擬集成電路為產業基礎，面向工業電子、消費電子、汽車電子、5G通訊市場。具備功率器件、GaN、MEMS傳感器等技術開發和制造平臺。
展開 助力汽車半導體產業發展，2025 廣州國際新能源汽車功率半導體技術展覽會與您相約“羊城”廣州
隨著半導體技術的升級與發展，功率半導體已經成為推動新能源汽車和智能汽車產業升級的關鍵因素。汽車不再只是單純的交通工具，而是逐漸演變為一個智能移動空間，集成了多種先進技術和功能。特別是在新能源汽車領域，功率半導體在提升能源效率和車輛性能方面起到了至關重要的作用。
在全球新能源車市場快速擴張的背景下，中國市場表現尤為突出。隨著國家政策的大力支持和市場需求的不斷增長，國內半導體企業迎來了前所未有的發展機遇。然而，功率半導體行業也面臨著激烈的市場競爭和技術更新的挑戰。車企需要在保障產品性能和可靠性的同時，不斷推動技術創新，以應對市場變化和需求升級。
為推動新能源汽車半導體產業發展，2025年11月20日至22日，亞洲領先的車用功率半導體技術專業展，將在廣州保利世貿博覽館盛大召開。隸屬于AUTO TECH 展系列的AUTO TECH 2025 廣州國際新能源汽車功率半導體技術展覽會，展品覆蓋車用功率器件IGBT/MOSFET、SiC、GaN、基礎功率器件、材料、封裝測試、生產設備、散熱管理等技術產品，組委會將邀請比亞迪、廣汽埃安、特斯拉、豐田、小鵬、理想、小米、極氪、長城、上汽、本田、日產、大眾、寶馬、蔚來、華為、匯川技術、寧德時代、博世、英飛凌、電裝、瑞薩、安森美、意法半導體等汽車OEM廠商及Tier1 & 2 零部件供應商的上萬名采購、技術工程師匯聚一堂，參加展會以尋求供應商及合作伙伴。同期還將舉辦2025中國新能源汽車功率半導體產業技術論壇，為廣大汽車行業人士奉送一場“美味佳肴”。誠邀廣大同仁共同探索新能源汽車功率半導體產業前沿技術發展，您豈能錯過！
AUTO TECH 2025 華南展——誠邀您與行業同仁一道共迎汽車人的行業盛會，奏響汽車產業新篇章。
展開 從IGBT到SiC，特斯拉汽車功率器件的變遷
因此，IGBT的管腳設計和制造也變得重要起來。
SDU的出現使得特斯拉對IGBT器件有了更嚴格的機械、電學以及可制造性的要求。筆者也有幸作為供應商，與多位特斯拉核心研發人員合作，一同參與了IGBT單管的定制工作，也由此負責了下一代特斯拉定制IGBT器件的開發。此后，特斯拉開始與功率半導體頭部廠商進行更緊密的合作，深度介入核心功率器件的定義與設計，并最終推出了劃時代的第三代動力總成。
03
Model 3/Y
Model 3/Y動力總成相較于上一代產品更為緊湊，尤其是逆變器部分尤為明顯。原因之一是與其他公司的三合一電驅系統相比，特斯拉逆變器從上一代開始就選擇移去蓋板，緊貼減速器，因此減少了逆變器的重量和體積。但是更重要是，新一代的逆變器中選擇了全新的功率器件，并因此改變了逆變器的整體設計。
Model 3/Y中的動力總成，綠色部分為逆變器
（來源：Munro & Associates）
當特斯拉還在優化SDU的設計時，核心研發人員就已經在思考下一代動力總成該如何實現。尤其是前兩代系統、三種設計中中核心器件IGBT單管所用的TO247和TO247 Plus封裝，已經沒有很大潛力進一步增加電流規格和提高性能了。同時，雖然IGBT技術持續進步，但是帶來的多為量變而非質變。綜上，IGBT單管即將到達性能瓶頸。有鑒于此，特斯拉不僅與功率半導體廠商共同探討新功率芯片的選擇，還與一些先進封裝技術公司合作新封裝的開發。
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