大功率器件的案例
『分享』功率器件的散熱計(jì)算及散熱器選擇
功率器件的散熱計(jì)算及散熱器選擇
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目前的電子產(chǎn)品主要采用貼片式封裝器件，但大功率器件及一些功率模塊仍然有不少用穿孔式封 裝，這主要是可方便地安裝在散熱器上，便于散熱。進(jìn)行大功率器件及功率模塊的散熱計(jì)算，其目的是在確定的散熱條件下選擇合適的散熱器，以保證器件或模塊安全、可靠地工作。
散熱計(jì)算
任何器件在工作時(shí)都有一定的損耗，大部分的損耗變成熱量。小功率器件損耗小，無需散熱裝置。而大功率器件損耗大，若不采取散熱措施，則管芯的溫度可達(dá)到或超過允許的結(jié)溫，器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置，最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上，利用散熱器將熱量散到周圍空間，必要時(shí)再加上散熱風(fēng)扇，以一定的風(fēng)速加強(qiáng)冷卻散熱。在某些大型設(shè)備的功率器件上還采用流動冷水冷卻板，它有更好的散熱效果。 散熱計(jì)算就是在一定的工作條件下，通過計(jì)算來確定合適的散熱措施及散熱器。功率器件安裝在散熱器上。它的主要熱流方向是由管芯傳到器件的底部，經(jīng)散熱器將熱量散到周圍空間。若沒有風(fēng)扇以一定風(fēng)速冷卻，這稱為自然冷卻或自然對流散熱。
熱量在傳遞過程有一定熱阻。由器件管芯傳到器件底部的熱阻為R JC，器件底部與散熱器之間的熱阻為R CS，散熱器將熱量散到周圍空間的熱阻為R SA，總的熱阻R JA=R JC+R CS+R SA。若器件的最大功率損耗為PD，并已知器件允許的結(jié)溫為TJ、環(huán)境溫度為TA，可以按下式求出允許的總熱阻R JA。
展開 智芯研報(bào) | 碳化硅SiC功率器件在電動汽車中的研究與應(yīng)用
為此，美國能源局制定了2020 年HEV 的發(fā)展目標(biāo)：電力電子設(shè)備的功率密度超過14.1kW/kg，體積小于13.4kW/L，效率超過98%，價(jià)格低于3.3/kW。
這個(gè)發(fā)展目標(biāo)對電力電子器件和拓?fù)湫阅堋⒖刂撇呗?、系統(tǒng)集成以及封裝都提出了新的要求和挑戰(zhàn)。
SiC 功率半導(dǎo)體器件具有Si基器件無可比擬的電氣性能：
1 ） 耐壓高。
臨界擊穿電場高達(dá)2MV/cm(4H-SiC)，因此具有更高的耐壓能力(10 倍于Si)。
2）散熱容易。
由于SiC 材料的熱導(dǎo)率較高(3倍于Si)，散熱更容易，器件可工作在更高的環(huán)境溫度下。有報(bào)導(dǎo)，SiC 肖特基二極管在361℃的工作結(jié)溫下正常工作超過1 小時(shí)。
SiC 可顯著減小散熱器的體積和成本。理論上，SiC 功率器件可在175℃結(jié)溫下工作，因此散熱器的體積可以顯著減小。
▲采用 Si 和SiC SBDs 的散熱對比
上圖為采用SiC SBDs的小功率EV 車載逆變器散熱片體積和采用傳統(tǒng)Si基半導(dǎo)體器件散熱片體積的對比，可看出，采用SiCSBDs 器件散熱片的體積大大減小。
對于主流的大功率HEV，一般包含兩套水冷系統(tǒng)，一套是引擎冷卻系統(tǒng)，冷卻溫度約105℃，另一套是電力電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，冷卻溫度約為70℃。
如果采用SiC 功率器件，由于其具有3 倍于Si 的導(dǎo)熱能力，可以使器件工作于較高的環(huán)境溫度中。
長期以來，HEV 設(shè)計(jì)者一直希望將兩套水冷系統(tǒng)合二為一，其直接效益是大大降低了HEV 驅(qū)動系統(tǒng)的成本。
此外，SiC 功率器件的高導(dǎo)熱性也使風(fēng)冷在未來的中、大功率電動汽車中成為可能。
3）導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗低。
展開 納米銀膏增強(qiáng)大功率LED器件散熱性能研究
來源：
電子器件封裝及熱管理?？? 作者：
劉佳欣、
牟運(yùn)、
彭洋、
陳明祥
摘要：為了解決大功率發(fā)光二極管(LED)散熱效率低、可靠性差等問題，提出將無壓燒結(jié)納米銀膏作為芯片固晶材料，應(yīng)用于大功率發(fā)光二極管封裝．對納米銀膏的熱學(xué)行為及燒結(jié)后的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，分析了燒結(jié)溫度對電阻率和孔隙率的影響．利用納米銀膏封裝大功率發(fā)光二極管，分析了不同固晶溫度下發(fā)光二極管器件熱阻及其結(jié)溫變化，并與傳統(tǒng)錫膏材料進(jìn)行了對比．結(jié)果表明：隨著固晶溫度升高，納米銀膏的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性逐漸提高．納米銀膏在 200℃ 燒結(jié)后的電阻率為 6.49 μΩ
·
cm，界面孔隙率為11.5%，封裝后的大功率發(fā)光二極管樣品固晶層熱阻為7.45 K/W，比采用 SAC305和Sn42Bi58 焊膏封裝的發(fā)光二極管樣品固晶層熱阻分別降低 15.4%和 28.9%，芯片結(jié)溫則分別降低 2.9%和 21.2%．此外，實(shí)驗(yàn)還測試了三種發(fā)光二極管封裝樣品的出光功率和工作溫度，結(jié)果表明納米銀膏作為芯片固晶材料可為大功率發(fā)光二極管提供良好的散熱通道，降低芯片結(jié)溫并提高器件可靠性．
關(guān)鍵詞：大功率發(fā)光二極管(LED); 納米銀膏; 固晶; 熱阻; 散熱
發(fā)光二極管(LED)因其具有發(fā)光效率高、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)照明、戶外照明、汽車大燈和背光顯示等領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，并被認(rèn)為是一種新型的固態(tài)光
源
．
展開 功率器件封裝結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)綜述
功率器件正呈現(xiàn)出高頻、高壓、高功率以及高溫的發(fā)展特點(diǎn)。
同時(shí)這些特征也對功率器件封裝提出了巨大挑戰(zhàn)，需要考慮到封裝結(jié)構(gòu)、封裝材料和封裝工藝的可行性和適配性，這些涉及到器件的封裝電感、芯片散熱和電氣絕緣等問題，倘若這些不能夠很好的得到解決，就會對器件的熱學(xué)、電學(xué)、機(jī)械性能和可靠性產(chǎn)生極大的影響，甚至導(dǎo)致器件的失效。
尤其是在目前功率器件高電壓、大電流和封裝體積緊湊化的發(fā)展背景下，封裝器件的散熱問題已變得尤為突出且更具挑戰(zhàn)性。芯片產(chǎn)生的熱量會影響載流子遷移率而降低器件性能。
此外，高溫也會增加封裝不同材料間因熱膨脹系數(shù)不匹配造成的熱應(yīng)力，這將會嚴(yán)重降低器件的可靠性及工作壽命。結(jié)溫過高將導(dǎo)致器件發(fā)生災(zāi)難性故障及封裝材料因熱疲勞和高溫加速導(dǎo)致材料退化而造成的故障問題。
因此，在非常有限的封裝空間內(nèi)，及時(shí)高效的把芯片的耗散熱排放到外界環(huán)境中以降低芯片結(jié)溫及器件內(nèi)部各封裝材料的溫度，已成為未來功率器件封裝設(shè)計(jì)過程中需要考慮的重要課題。
伴隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電壓等級越來越高，電力系統(tǒng)朝著更加智能化方向發(fā)展，高壓、大功率和高開關(guān)速度要求功率器件承擔(dān)的功能也更加多樣化，工作環(huán)境更加惡劣，在此背景下，除芯片自身需具有較高的處理能力外，器件封裝結(jié)構(gòu)已成為限制器件整體性能的關(guān)鍵。
而傳統(tǒng)的封裝或受到材料性能的限制或因其自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能適應(yīng)高壓大電流高開關(guān)速度應(yīng)用所帶來的高溫和高散熱要求。
展開 
技術(shù) | 碳化硅功率器件的三大關(guān)鍵技術(shù)！
混合SiC功率模塊與同等額定電流的SiIGBT模塊產(chǎn)品相比，可顯著提高工作頻率，大幅度降低開關(guān)損耗。
全SiC功率模塊是在優(yōu)化工藝條件及器件結(jié)構(gòu)，改善了晶體質(zhì)量后才實(shí)現(xiàn)了SiCSBD與SiCMOSFET一體化封裝，解決了高壓級別SiIGBT模塊功率轉(zhuǎn)換損耗較大的問題，可在高頻范圍中實(shí)現(xiàn)外圍部件小型化，但成本較高。
封裝技術(shù)
封裝過程中需要涉及的電、熱和熱機(jī)械問題，取決于器件的電壓等級和電流水平，傳統(tǒng)的功率封裝方法是實(shí)現(xiàn)SiC功率器件性能優(yōu)勢的限制因素。SiC功率器件的封裝材料應(yīng)滿足以下要求：
(1)具有良好的導(dǎo)熱性；
(2)具有優(yōu)良的絕緣特性；
(3)熱膨脹系數(shù)小，與SiC半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)相匹配；
(4)耐高溫，在空氣氛圍300℃以上高溫環(huán)境中保持穩(wěn)定。
隨著SiC功率器件產(chǎn)業(yè)鏈中各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步完善，未來各種SiC功率器件會在成品率、可靠性和成本方面取得很大改善，從而進(jìn)入全面推廣應(yīng)用的階段，將引發(fā)電力電子技術(shù)的新革命。
參考來源：
[1]閆美存.碳化硅功率器件的關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化研究
[2]葛海波等.碳化硅功率器件的關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化研究
文稿來源：中國粉體網(wǎng)
展開 華為大肆招兵、大舉進(jìn)攻功率器件意欲何為？
而功率器件，電流從正面（或背面）進(jìn)去，從背面（或正面）出來，電流是穿透芯片的。
IGBT等功率器件，本質(zhì)上是個(gè)開關(guān)，一般只需畫三條線，對線寬沒這么大的要求，再加上需要處理高電壓、大電流，微米級（注：1微米=1000納米）的線寬即可。
功率器件追求的是低損耗、高可靠性。背面工藝和減薄工藝對IGBT尤為重要，例如英飛凌目前已經(jīng)將IGBT的厚度減薄到40微米。而襯底背面工藝中的減薄極易使硅片破碎、翹曲，所以對加工工藝要求很高。
在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上，兩者也有較大差異。在集成電路領(lǐng)域，晶圓代工（Foundry）模式，已經(jīng)成了摩爾定律的核心推動力。軍備競賽、先進(jìn)設(shè)備的發(fā)展使得晶圓加工的投資規(guī)模持續(xù)增大。
對先進(jìn)制程的追求，也誕生了臺積電這種巨無霸，一方面順應(yīng)趨勢，延續(xù)了摩爾定律；另一方面，通過分工，提高了行業(yè)的發(fā)展效率。
在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，全球功率半導(dǎo)體主要廠商大部分采用IDM模式進(jìn)行功率器件的生產(chǎn)，即芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測試全流程均自主生產(chǎn)。這與集成電路的廠商主要掌握芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)
，將晶圓交由臺積電等代工廠生產(chǎn)有很大不同。
展開 干貨 | 功率器件的dv/dt和di/dt有多大？
前 言
01
我們都知道功率半導(dǎo)體器件屬于電力電子開關(guān)，開關(guān)速度非?？?，1秒可以開關(guān)上千次（kHz），高速功率器件可達(dá)到幾十kHz，甚至上百kHz。開關(guān)速度越快意味著器件的電壓變化率dv/dt和電流變化率di/dt也就越大。影響dv/dt和di/dt的主要因素是器件材料，其次是器件的電壓、電流、溫度以及驅(qū)動特性。為了加深大家對高速功率半導(dǎo)體器件的理解，今天我們以SiC和GaN為例來聊一下這個(gè)話題，看看高速功率器件的dv/dt和di/dt到底有多大？
開關(guān)暫態(tài)參數(shù)定義
02
首先，讓我們先來看一下SiC MOSFET開關(guān)暫態(tài)的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，圖片來源于Cree官網(wǎng)SiC MOS功率模塊的datasheet。
展開 大功率半導(dǎo)體技術(shù)現(xiàn)狀及其進(jìn)展
摘要：介紹了現(xiàn)代硅基大功率半導(dǎo)體器件的歷史演變和新型器件結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，以及寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件的現(xiàn)狀；闡述了國內(nèi)大功率半導(dǎo)體器件在軌道交通、直流輸電和新能源汽車等領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀；最后討論了大功率半導(dǎo)體技術(shù)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。
0 引言
經(jīng)過 60 余年的技術(shù)發(fā)展，大功率半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出多種硅（Si）基功率器件，單極型器件以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（Metal Oxide Semiconductor,MOS）為代表，雙極型器件包括二極管、功率晶體管和晶閘管等，復(fù)合型器件包括絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）等。圍繞功率轉(zhuǎn)換，功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)和工藝以提高功率容量、增大功率密度、降低功率損耗和提升能源轉(zhuǎn)換效率為主要的技術(shù)發(fā)展方向 [1-2] 。
功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展不斷推動著能源技術(shù)和軌道牽引傳動技術(shù)的發(fā)展。1957 年晶閘管的發(fā)明使得牽引傳動技術(shù)進(jìn)入電力電子技術(shù)時(shí)代 [1]，晶閘管的誕生促進(jìn)了交直傳動技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。1965 年第 1 臺晶閘管整流機(jī)車問世，同時(shí)全球也興起了單相工頻交流電網(wǎng)電氣化的高潮。20 世紀(jì) 70 年代初，大功率晶閘管特別是門極可關(guān)斷晶閘管（Gate Turn-off Thyristor, GTO）的出現(xiàn)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，推動了交流傳動技術(shù)逐步取代交直傳動技術(shù)。20 世紀(jì) 90 年代中期，隨著高壓 IGBT 技術(shù)的成熟，交流傳動功率開關(guān)器件被 IGBT 所取代，在高速、重載和城市軌道交通等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
展開 一文了解大功率半導(dǎo)體技術(shù)歷史進(jìn)程與現(xiàn)狀
摘要：介紹了現(xiàn)代硅基大功率半導(dǎo)體器件的歷史演變和新型器件結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，以及寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件的現(xiàn)狀；闡述了國內(nèi)大功率半導(dǎo)體器件在軌道交通、直流輸電和新能源汽車等領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀；最后討論了大功率半導(dǎo)體技術(shù)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：功率半導(dǎo)體器件；硅材料；晶閘管；門極可關(guān)斷晶閘管；集成門極換流晶閘管；絕緣柵雙極晶體管；金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管；寬禁帶
00
引言
經(jīng)過 60 余年的技術(shù)發(fā)展，大功率半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出多種硅（Si）基功率器件，單極型器件以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（Metal Oxide Semiconductor,MOS）為代表，雙極型器件包括二極管、功率晶體管和晶閘管等，復(fù)合型器件包括絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）等。圍繞功率轉(zhuǎn)換，功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)和工藝以提高功率容量、增大功率密度、降低功率損耗和提升能源轉(zhuǎn)換效率為主要的技術(shù)發(fā)展方向。
功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展不斷推動著能源技術(shù)和軌道牽引傳動技術(shù)的發(fā)展。1957 年晶閘管的發(fā)明使得牽引傳動技術(shù)進(jìn)入電力電子技術(shù)時(shí)代，晶閘管的誕生促進(jìn)了交直傳動技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。1965 年第 1 臺晶閘管整流機(jī)車問世，同時(shí)全球也興起了單相工頻交流電網(wǎng)電氣化的高潮。20 世紀(jì) 70 年代初，大功率晶閘管特別是門極可關(guān)斷晶閘管（Gate Turn-off Thyristor, GTO）的出現(xiàn)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，推動了交流傳動技術(shù)逐步取代交直傳動技術(shù)。20 世紀(jì) 90 年代中期，隨著高壓 IGBT 技術(shù)的成熟，交流傳動功率開關(guān)器件被 IGBT 所取代，在高速、重載和城市軌道交通等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
展開 陶瓷基板助力高功率器件散熱消暑
來源：百度
04
行業(yè)分析
陶瓷基板具備散熱性好、耐熱性好、熱膨脹系數(shù)與芯片材料匹配、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于大功率電子模塊、航空航天、軍工電子等產(chǎn)品。高功率IGBT、SiC 功率器件搭載上車，刺激上游陶瓷基板的需求，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，近期多個(gè)公司宣布陶瓷基板項(xiàng)目的投產(chǎn)或擴(kuò)建計(jì)劃。
5.1 全球陶瓷基板市場火爆，市場規(guī)模穩(wěn)步增加
根據(jù)華西證劵研究所報(bào)告顯示，2020 年全球陶瓷基板市場規(guī)模達(dá)到 89 億美元，預(yù)計(jì) 2026 年全球規(guī)模將達(dá)到 172.9 億美元，漲幅達(dá)到 94.27%，市場前景廣闊。
來源：《熱管理材料》整理
5.2 高功率IGBT模塊持續(xù)推動DBC/AMB陶瓷基板市場擴(kuò)大
DBC 陶瓷基板具有高強(qiáng)度、 導(dǎo)熱性能強(qiáng)以及結(jié)合穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)性能，而 AMB 陶瓷基板是在 DBC 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的， 結(jié)合強(qiáng)度相對更高。近年來隨著新能源汽車、光伏儲能行業(yè)的快速發(fā)展， IGBT 功率模塊的需求快速增長，對于 DBC、 AMB 陶瓷基板的需求也不斷增加。目前 DBC 陶瓷基板主要生產(chǎn)廠家有羅杰斯、賀利氏集團(tuán)、高麗化工等；AMB 陶瓷基板主要生產(chǎn)廠家有羅杰斯、日本京瓷、日本丸和等。
5.3 LED需求量提高
LED 芯片對于散熱要求極為苛刻，車載照明將進(jìn)一步提升 AlN 基板的需求。 目前單芯片 1W 大功率 LED 已產(chǎn)業(yè)化， 3W、 5W，甚至 10W 的單芯片大功率 LED 也已推出，并部分走向市場。這使得超高亮度 LED 的應(yīng)用面不斷擴(kuò)大，從特種照明的市場領(lǐng)域逐步走向普通照明市場。由于 LED 芯片輸入功率的不斷提高，對這些功率型 LED 的封裝技術(shù)提出了更高的要求。
展開 碳化硅功率器件的性能分析與多芯片并聯(lián)應(yīng)用研究--碳化硅MOSFET&功率模塊
功率模塊各個(gè)構(gòu)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(shè)計(jì)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(chǔ)。器件損耗產(chǎn)生的熱，絕大部分通過陶瓷襯底經(jīng)底部基板耗散出去，同時(shí)陶瓷襯底的熱阻占了器件結(jié)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(diǎn)。所以陶瓷襯底的選擇是功率模塊設(shè)計(jì)中除功率器件本身之外最重要的部分。
對于電動汽車應(yīng)用的功率模塊，A1203和AIN是常見的襯底材料，前者是傳統(tǒng)硅IGBT功率模塊中常用的襯底材料，價(jià)格低廉；后者導(dǎo)熱性能好，機(jī)械強(qiáng)度也較高，而且熱膨脹系數(shù)（CTE）和SiC材料的CTE(3ppm/°Ｃ）更接近，所以導(dǎo)熱性和可靠性會更高，但是價(jià)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(shí)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(diǎn)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(dǎo)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(yè)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 
功率器件進(jìn)階之路
第一代功率器件——半控型晶閘管時(shí)代
1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了由多晶鍺構(gòu)成的點(diǎn)觸式晶體管，后又在硅材料上得到驗(yàn)證，一場電子技術(shù)的革命開始了。
1957年，美國通用電氣公司發(fā)明了晶閘管，標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生，正式進(jìn)入了以晶閘管為代表的第一代電力電子技術(shù)發(fā)展階段。當(dāng)時(shí)的晶閘管主要用于相控電路，工作頻率一般低于400Hz，較水銀整流器，具有體積小、可靠性高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。但只能控制導(dǎo)通，不能控制關(guān)斷的半控型特點(diǎn)在直流供電場合的使用顯得很雞肋，必須要加上電感、電容以及其他開關(guān)件才能強(qiáng)制換流，從而導(dǎo)致變流裝置整機(jī)體積增大、效率降低等問題的出現(xiàn)。
第二代功率器件——以GTO、BJT、MOSFET、IGBT為代表的全控型功率器件時(shí)代
1970年代，既能控制導(dǎo)通，又能控制關(guān)斷的全控型功率器件在集成電路技術(shù)的發(fā)展過程中應(yīng)運(yùn)而生，如門極可關(guān)斷晶閘管GTO、電力雙極型晶體管BJT、電力場效應(yīng)晶體管功率MOSFET等，其工作頻率達(dá)到兆赫級，常被應(yīng)用于直流高頻斬波電路、軟開關(guān)諧振電路、脈寬調(diào)制電路等。
到了1980年代后期，絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）出現(xiàn)，兼具M(jìn)OSFET輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大、耐壓高的優(yōu)點(diǎn)，因此在中低頻率、大功率電源中運(yùn)用廣泛。
展開 10種簡單實(shí)用的PCB散熱方法
溫度檢測器件放置在最熱的位置。
同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的最上流（入口處），發(fā)熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等）放在冷卻氣流最下游。
在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時(shí)對其他器件溫度的影響。
設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要研究空氣流動路徑，合理配置器件或印制電路板。
空氣流動時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動，所以在印制電路板上配置器件時(shí)，要避免在某個(gè)區(qū)域留有較大的空域。整機(jī)中多塊印制電路板的配置也應(yīng)注意同樣的問題。
對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域（如設(shè)備的底部），千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方，多個(gè)器件最好是在水平面上交錯布局。
將功耗最高和發(fā)熱最大的器件布置在散熱最佳位置附近。不要將發(fā)熱較高的器件放置在印制板的角落和四周邊緣，除非在它的附近安排有散熱裝置。
在設(shè)計(jì)功率電阻時(shí)盡可能選擇大一些的器件，且在調(diào)整印制板布局時(shí)使之有足夠的散熱空間。
展開 功率器件 | 日本團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)出高品質(zhì)第三代100mm氧化鎵外延片
在本次研發(fā)中，外延片制造技術(shù)得到了改進(jìn)，將抑制大電流氧化鎵功率器件發(fā)展的降低擊穿電壓特性的缺陷減少到上一代產(chǎn)品的十分之一。
據(jù)NEDO官網(wǎng)介紹，這一研發(fā)成果將能夠使氧化鎵功率器件被廣泛應(yīng)用于需要100A級功率器件的市場，如電車、工業(yè)設(shè)備和電動汽車等，并有望在實(shí)現(xiàn)碳中和以及節(jié)能方面取得重大進(jìn)展。
圖1 使用第三代β-Ga2O3 100mm外延片制作的肖特基勢壘二極管樣品
最大芯片尺寸10mm×10mm
1.概述
氧化鎵（β-Ga2O3）作為一種能夠以低成本實(shí)現(xiàn)低功率損耗的功率器件新材料而備受關(guān)注。功率器件在各種電氣設(shè)備中被用于控制電壓和電流，如家用電器、汽車、電車和工業(yè)設(shè)備等。傳統(tǒng)的功率器件一般使用硅制成，但在功率控制過程中產(chǎn)生的功率損失問題一直亟需解決。為降低功率損失，研究人員正在開發(fā)由碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）制成的功率器件，但如果使用β-Ga2O3，則可以進(jìn)一步減少功率損失并降低電氣設(shè)備的功耗。此外，由于可以使用比SiC和GaN更快的制造方法，因此預(yù)期成本會降低。所以，目前日本及其它國家都在積極推進(jìn)研發(fā)，以期早日實(shí)現(xiàn)β-Ga2O3功率器件的商業(yè)化。
在這一背景下，Novell Crystal Technology與佐賀大學(xué)在NEDO的戰(zhàn)略節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃下，共同啟動了 "β-Ga2O3功率器件 "項(xiàng)目，旨在實(shí)現(xiàn)β-Ga2O3功率器件商業(yè)化。在本次研究中，通過改進(jìn)β-Ga2O3外延片的制造技術(shù)，研究人員成功地開發(fā)出了第三代β-Ga2O3 100mm外延片，器件擊穿電壓特性的缺陷降低至上一代外延片的十分之一，同時(shí)完成了300A～500A級的大型氧化鎵肖特基勢壘二極管的原型樣品制作。這將使β-Ga2O3功率器件能夠被廣泛應(yīng)用于電動汽車等需要100A級功率器件的市場中。
展開 如何利用PCB設(shè)計(jì)改善散熱
對于電子設(shè)備來說，工作時(shí)都會產(chǎn)生一定的熱量，從而使設(shè)備內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)出去，設(shè)備就會持續(xù)的升溫，器件就會因過熱而失效，電子設(shè)備的可靠性能就會下降。因此，對電路板進(jìn)行很好的散熱處理是非常重要的。
1 、加散熱銅箔和采用大面積電源地銅箔。
根據(jù)上圖可以看到：連接銅皮的面積越大，結(jié)溫越低
根據(jù)上圖，可以看出，覆銅面積越大，結(jié)溫越低。
2、熱過孔
熱過孔能有效的降低器件結(jié)溫，提高單板厚度方向溫度的均勻性，為在 PCB 背面采取其他散熱方式提供了可能。通過仿真發(fā)現(xiàn)，與無熱過孔相比，在器件熱功耗為 2.5W 、間距 1mm 、中心設(shè)計(jì) 6x6 的熱過孔能使結(jié)溫降低 4.8°C 左右，而 PCB 的頂面與底面的溫差由原來的 21°C 減低到 5°C 。熱過孔陣列改為 4x4 后，器件的結(jié)溫與 6x6 相比升高了 2.2°C ，值得關(guān)注。
3、IC背面露銅，減小銅皮與空氣之間的熱阻
4、PCB布局
大功率、熱敏器件的要求。
a、熱敏感器件放置在冷風(fēng)區(qū)。
b、溫度檢測器件放置在最熱的位置。
c、同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的最上流（入口處），發(fā)熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等）放在冷卻氣流最下游。
d、在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時(shí)對其他器件溫度的影響。
e、設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要研究空氣流動路徑，合理配置器件或印制電路板。
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