我們生活的各個(gè)方面越來越依賴于電力。而在電力的生產(chǎn)、分發(fā)和使用過程中,功率轉(zhuǎn)換起著至關(guān)重要的作用。首先,讓我們先理解一下功率轉(zhuǎn)換。簡(jiǎn)單來說,功率轉(zhuǎn)換是一種將電力從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式的過程。這種轉(zhuǎn)換可能涉及電壓、電流、頻率的變化,從而使電力適合特定應(yīng)用的需求。例如,當(dāng)我們?cè)诩依锸褂秒娨?、冰箱或者其他電子設(shè)備時(shí),我們正在使用的電力都經(jīng)過了轉(zhuǎn)換。這些電器設(shè)備需要將電網(wǎng)供應(yīng)的交流電轉(zhuǎn)換為它們可以使用的直流電。此外,電力轉(zhuǎn)換也在風(fēng)力或太陽能等可再生能源的生產(chǎn)過程中起著關(guān)鍵作用,將生產(chǎn)的電力轉(zhuǎn)換為我們?nèi)粘I钪锌梢允褂玫男问健?/p>
然而,每次進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換時(shí),都會(huì)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?nèi)粘I钪械脑S多設(shè)備需要不斷運(yùn)行,所以這些能量損失累計(jì)起來就是很龐大的數(shù)字。因此,提高電力轉(zhuǎn)換的效率就顯得尤為重要。此外,功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的改進(jìn)也對(duì)減少碳排放,對(duì)環(huán)境保護(hù)有著積極的影響。
問題來了,如何提高電力轉(zhuǎn)換的效率?這可能是一個(gè)復(fù)雜的工程和科學(xué)領(lǐng)域的問題,提高效率的方法可能涉及設(shè)計(jì)、材料、控制策略等多方面,具體包括選擇合適的電力轉(zhuǎn)換拓?fù)?、使用先進(jìn)的半導(dǎo)體材料、使用先進(jìn)的算法優(yōu)化控制策略、改進(jìn)散熱設(shè)計(jì)等等。在眾多方法中,改進(jìn)功率器件材料是當(dāng)下行業(yè)熱衷于做的一件事。從最初的Si到SiC/GaN,功率器件已經(jīng)展現(xiàn)出了明顯的效率轉(zhuǎn)換提升優(yōu)勢(shì)。隨著行業(yè)不斷探索更多新型材料,功率器件將迎來更大的發(fā)展突破。
硅作為最常用的半導(dǎo)體材料之一,占據(jù)了功率器件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。它的主要優(yōu)點(diǎn)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(duì)有限,限制了其在某些高端應(yīng)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(chǎng)合受到歡迎。其高耐受電壓、低導(dǎo)通損耗和良好的高溫性能使其在許多應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì),正在逐漸蠶食硅的市場(chǎng)份額。但相對(duì)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(dǎo)體材料,GaN優(yōu)點(diǎn)是高電子遷移率,低導(dǎo)通損耗,適合高頻應(yīng)用。但缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜,成本相對(duì)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(shí),行業(yè)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(guān)注。氧化鎵,作為一種相對(duì)較新的半導(dǎo)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(chǎng)強(qiáng)。其高擊穿電場(chǎng)和較低的損耗顯示出巨大的潛力,但由于制造工藝相對(duì)不成熟,目前其應(yīng)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(zhuǎn)換系統(tǒng)中找到其位置。金剛石被認(rèn)為是終極半導(dǎo)體,因?yàn)樗谠S多方面的性能優(yōu)于市場(chǎng)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(dǎo)體材料相比,金剛石具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):
不同半導(dǎo)體材料對(duì)功率器件的影響
(來源:Diamfab)
極高的熱導(dǎo)率、優(yōu)異的電絕緣性能和高溫穩(wěn)定性:金剛石是一種在高溫下穩(wěn)定的材料,其電性能在超過2000°C的溫度下不會(huì)惡化,遠(yuǎn)超其他半導(dǎo)體材料。卓越的電氣性能:金剛石的臨界電場(chǎng)比硅高30倍,比碳化硅高3倍。與大多數(shù)半導(dǎo)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(huán)境中表現(xiàn)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(huán)境下工作,適用于極端條件下的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用潛力:盡管制造工藝復(fù)雜且成本高昂,金剛石在高溫、高壓和高功率的極端環(huán)境中的潛力仍然巨大。其應(yīng)用范圍涵蓋了電動(dòng)汽車、具有20年長(zhǎng)壽命電池的物聯(lián)網(wǎng)、使用硬化電子元件或探測(cè)器的核能和空間應(yīng)用,以及用于自動(dòng)駕駛汽車的超精確量子傳感器等領(lǐng)域。
功率半導(dǎo)體器件清洗:針對(duì)各類半導(dǎo)體不同的封裝工藝如功率器件QFN,為保證產(chǎn)品的可靠性,合明科技研發(fā)多款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利清洗劑,針對(duì)不同工藝及應(yīng)用的半導(dǎo)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(fā)了較為完整的水基系列產(chǎn)品,精細(xì)化對(duì)應(yīng)涵蓋從半導(dǎo)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(xiàn)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(cè)試過的錫膏品種有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;測(cè)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(jīng)驗(yàn),在水基清洗劑方面頗有心得,包括油墨水基清洗劑,環(huán)保清洗劑,半導(dǎo)體芯片封裝水基清洗劑等數(shù)十款產(chǎn)品,多年來受到無數(shù)客戶的青睞。我們有強(qiáng)大的售前技術(shù)指導(dǎo)和最貼心的服務(wù),水基清洗,選擇合科技,決不會(huì)讓您失望!合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù),滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求,打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。以上便是功率器件的材料的演進(jìn)與功率器件電子芯片清洗介紹介紹,希望可以幫到您!