我們生活的各個方面越來越依賴于電力。而在電力的生產、分發和使用過程中,功率轉換起著至關重要的作用。首先,讓我們先理解一下功率轉換。簡單來說,功率轉換是一種將電力從一種形式轉變為另一種形式的過程。這種轉換可能涉及電壓、電流、頻率的變化,從而使電力適合特定應用的需求。例如,當我們在家里使用電視、冰箱或者其他電子設備時,我們正在使用的電力都經過了轉換。這些電器設備需要將電網供應的交流電轉換為它們可以使用的直流電。此外,電力轉換也在風力或太陽能等可再生能源的生產過程中起著關鍵作用,將生產的電力轉換為我們日常生活中可以使用的形式。
然而,每次進行電力轉換時,都會有一部分能量損失。盡管這部分能量看似微不足道,但由于我們日常生活中的許多設備需要不斷運行,所以這些能量損失累計起來就是很龐大的數字。因此,提高電力轉換的效率就顯得尤為重要。此外,功率轉換技術的改進也對減少碳排放,對環境保護有著積極的影響。
問題來了,如何提高電力轉換的效率?這可能是一個復雜的工程和科學領域的問題,提高效率的方法可能涉及設計、材料、控制策略等多方面,具體包括選擇合適的電力轉換拓撲、使用先進的半導體材料、使用先進的算法優化控制策略、改進散熱設計等等。在眾多方法中,改進功率器件材料是當下行業熱衷于做的一件事。從最初的Si到SiC/GaN,功率器件已經展現出了明顯的效率轉換提升優勢。隨著行業不斷探索更多新型材料,功率器件將迎來更大的發展突破。
硅作為最常用的半導體材料之一,占據了功率器件市場的主導地位。它的主要優點是資源豐富、工藝成熟和成本較低。然而,這一材料的電子遷移率較低,耐壓和頻率上限也相對有限,限制了其在某些高端應用中的使用。
碳化硅(SiC)以其寬禁帶特性逐漸在高功率和高溫場合受到歡迎。其高耐受電壓、低導通損耗和良好的高溫性能使其在許多應用中具有優勢,正在逐漸蠶食硅的市場份額。但相對較高的成本則是其普及的一大障礙。氮化鎵也是一種寬帶隙半導體材料,GaN優點是高電子遷移率,低導通損耗,適合高頻應用。但缺點是制造工藝復雜,成本相對較高。目前市面上主要采用上述這幾種材料來制造功率器件,但與此同時,行業也正在不斷探索新型材料。尤其是氧化鎵和金剛石,這兩種材料正在受到越來越多的關注。氧化鎵,作為一種相對較新的半導體材料,相比碳化硅、氮化鎵具有更寬的禁帶寬度(約 4.9eV 禁帶寬度),以及具有 8MV/cm 的理論臨界擊穿場強。其高擊穿電場和較低的損耗顯示出巨大的潛力,但由于制造工藝相對不成熟,目前其應用仍處于探索階段。未來,氧化鎵有望在高壓和高效的功率轉換系統中找到其位置。金剛石被認為是終極半導體,因為它在許多方面的性能優于市場上的舊材料(如硅、砷化鎵)和新材料(如氮化鎵和碳化硅)。與其他半導體材料相比,金剛石具有獨特的優勢:
不同半導體材料對功率器件的影響
(來源:Diamfab)
極高的熱導率、優異的電絕緣性能和高溫穩定性:金剛石是一種在高溫下穩定的材料,其電性能在超過2000°C的溫度下不會惡化,遠超其他半導體材料。卓越的電氣性能:金剛石的臨界電場比硅高30倍,比碳化硅高3倍。與大多數半導體不同,金剛石的電阻率隨溫度升高而降低,這使其在高溫環境中表現出色。超高電流密度和電壓:與硅相比,金剛石的電流密度高出5000倍,電壓高出30倍。這使其能夠在高溫和輻射的惡劣環境下工作,適用于極端條件下的應用。廣泛的應用潛力:盡管制造工藝復雜且成本高昂,金剛石在高溫、高壓和高功率的極端環境中的潛力仍然巨大。其應用范圍涵蓋了電動汽車、具有20年長壽命電池的物聯網、使用硬化電子元件或探測器的核能和空間應用,以及用于自動駕駛汽車的超精確量子傳感器等領域。
功率半導體器件清洗:針對各類半導體不同的封裝工藝如功率器件QFN,為保證產品的可靠性,合明科技研發多款自主知識產權專利清洗劑,針對不同工藝及應用的半導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了較為完整的水基系列產品,精細化對應涵蓋從半導體封裝到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多年經驗,在水基清洗劑方面頗有心得,包括油墨水基清洗劑,環保清洗劑,半導體芯片封裝水基清洗劑等數十款產品,多年來受到無數客戶的青睞。我們有強大的售前技術指導和最貼心的服務,水基清洗,選擇合科技,決不會讓您失望!合明科技運用自身原創的產品技術,滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求,打破國外廠商在行業中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。以上便是功率器件的材料的演進與功率器件電子芯片清洗介紹介紹,希望可以幫到您!