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功率半导体器件主要应用领域与IGBT清洗介绍

合明科技 👁 2169 Tags:功率半导体器件电力电子器件功率电子器件

功率半导体大致可分为功率半导体分立器件和功率半导体集成电路两大类。功率半导体器件(Power semiconductor Device)又称为电力电子器件和功率电子器件,是指可直接用于处理电能的主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件,其作用主要分为功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等。

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来源:富士电机

按照器件结构,现有的功率半导体分立器件可分二极管、功率晶体管、晶闸管等,其中功率晶体管分为双极性结型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。

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图  功率半导体器件主要应用领域

根据 Omdia、Yole 数据,2021-2025 年全球半导体功率器件市场将由 259 亿美元增至 357 亿美元,年复合增速约为 8.4%。其中,MOSFET(含模块)2021 年市场规模约为 104 亿美元,至 2025 年占比预计达 29%;IGBT(含模块)2025 年市场规模将快速增至 136 亿美元,占比约为 38%,2021-2025 年年复合增长率约为 12.8%;全球 SiC 功率器件 2025 年市场规模约 43 亿美元, 2021 年至 2025 年复合增长率约为 42%。

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图 2021-2025 全球半导体功率器件市场规模及增速(按器件类型分,亿美元) 

如今,MOSFET和IGBT等功率半导体器件获得了前所未有的关注,国内外众多半导体企业都在斥巨资研发和生产功率半导体,争夺功率半导体市场的主动权。在国家相关政策支持、国产化替代加速及产业投资增加等多重因素合力下,目前国内功率半导体产业链正在日趋完善,技术正在取得突破。同时,中国也是全球最大的功率半导体消费国,发展前景十分广阔。 

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图  不同功率半导体器件的应用领域

在400V~10数kV的高耐压区域,现在最常用的功率半导体是IGBT。作为现如今功率半导体器件的主要代表之一,IGBT综合了功率MOSFET和双极型晶体管(BJT)两种器件的结构,具有输入阻抗高、易于驱动、电流能力强、功率控制 能力高、工作频率高等特点,被广泛应用于逆变器、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
表 Si/SiC/GaN基本材料特性

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经过几十年的发展,硅正在达到其性能的极限,Si基器件性能提高的潜力愈来愈小。但新结构和新封装的引入升级仍推动着硅基器件的应用和市场发展。此外,以碳化硅为代表的宽禁带功率半导体器件凭借其优异的性能,逐步应用于高压、高频、高温和大功率电力电子领域。SiC被认为是一种超越 Si 极限的用于制造功率器件的材料。SiC功率器件面准的市场是大约600V以上的耐压用途,基于SiC衬底的IGBT器件甚至可达到20kV以上超高压。SiC功率器件可广泛应用于新能源汽车、5G 通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等现代工业领域,特别是在新能源汽车领域的渗透逐步上升。

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△IGBT晶圆、单管、模块,摄于翠展微展台

虽然不同应用领域和不同应用场景对半导体功率器件性能要求存在差异,但都在朝着高功率密度、小型化、高效率、低能耗、高可靠性等方向演变。功率半导体芯片产品差异化来自晶圆制造能力、封装测试能力及系统理解能力。
经过多年发展,芯片技术经历升级迭代,芯片面积、开关损耗等各项指标不断优化。但仅靠芯片的优化,还不足以满足现在的使用要求,仍需要高可靠性的封装技术,使芯片的优势能够完全发挥出来。功率模块封装是将一个或多个功率芯片和陶瓷衬板(DBC、AMB),引线,功率端子,信号端子,绝缘灌封胶(液态环氧/硅凝胶),外壳等辅助体集成封装在一起,以提高功率模块的可用性,使用寿命以及可靠性。

IGBT功率半导体器件清洗:

针对各类半导体不同的封装工艺如功率器件QFN,为保证产品的可靠性,合明科技研发多款自主知识产权专利清洗剂,针对不同工艺及应用的半导体封装需要的精密清洗要求,合明科技在水基清洗方面开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封装到PCBA组件终端,包括有水基清洗剂和半水基清洗剂,碱性水基清洗剂和中性水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的功率器件QFN清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。合明科技专注电子制程精密清洗20多年经验,在水基清洗剂方面颇有心得,包括油墨水基清洗剂,环保清洗剂,半导体芯片封装水基清洗剂等数十款产品,多年来受到无数客户的青睐。我们有强大的售前技术指导和最贴心的服务,水基清洗,选择合科技,决不会让您失望!合明科技运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。以上便是功率器件的材料的演进与功率器件电子芯片清洗介绍介绍,希望可以帮到您!



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