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功率半導體器件主要應用領域與IGBT清洗介紹

功率半導體大致可分為功率半導體分立器件和功率半導體集成電路兩大類。功率半導體器件(Power semiconductor Device)又稱為電力電子器件和功率電子器件,是指可直接用于處理電能的主電路中,實現電能的變換或控制的電子器件,其作用主要分為功率轉換、功率放大、功率開關、線路保護和整流等。

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來源:富士電機

按照器件結構,現有的功率半導體分立器件可分二極管、功率晶體管、晶閘管等,其中功率晶體管分為雙極性結型晶體管(BJT)、結型場效應晶體管(JFET)、金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。

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圖  功率半導體器件主要應用領域

根據 Omdia、Yole 數據,2021-2025 年全球半導體功率器件市場將由 259 億美元增至 357 億美元,年復合增速約為 8.4%。其中,MOSFET(含模塊)2021 年市場規模約為 104 億美元,至 2025 年占比預計達 29%;IGBT(含模塊)2025 年市場規模將快速增至 136 億美元,占比約為 38%,2021-2025 年年復合增長率約為 12.8%;全球 SiC 功率器件 2025 年市場規模約 43 億美元, 2021 年至 2025 年復合增長率約為 42%。

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圖 2021-2025 全球半導體功率器件市場規模及增速(按器件類型分,億美元) 

如今,MOSFET和IGBT等功率半導體器件獲得了前所未有的關注,國內外眾多半導體企業都在斥巨資研發和生產功率半導體,爭奪功率半導體市場的主動權。在國家相關政策支持、國產化替代加速及產業投資增加等多重因素合力下,目前國內功率半導體產業鏈正在日趨完善,技術正在取得突破。同時,中國也是全球最大的功率半導體消費國,發展前景十分廣闊。 

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圖  不同功率半導體器件的應用領域

在400V~10數kV的高耐壓區域,現在最常用的功率半導體是IGBT。作為現如今功率半導體器件的主要代表之一,IGBT綜合了功率MOSFET和雙極型晶體管(BJT)兩種器件的結構,具有輸入阻抗高、易于驅動、電流能力強、功率控制 能力高、工作頻率高等特點,被廣泛應用于逆變器、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
表 Si/SiC/GaN基本材料特性

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經過幾十年的發展,硅正在達到其性能的極限,Si基器件性能提高的潛力愈來愈小。但新結構和新封裝的引入升級仍推動著硅基器件的應用和市場發展。此外,以碳化硅為代表的寬禁帶功率半導體器件憑借其優異的性能,逐步應用于高壓、高頻、高溫和大功率電力電子領域。SiC被認為是一種超越 Si 極限的用于制造功率器件的材料。SiC功率器件面準的市場是大約600V以上的耐壓用途,基于SiC襯底的IGBT器件甚至可達到20kV以上超高壓。SiC功率器件可廣泛應用于新能源汽車、5G 通訊、光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等現代工業領域,特別是在新能源汽車領域的滲透逐步上升。

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△IGBT晶圓、單管、模塊,攝于翠展微展臺

雖然不同應用領域和不同應用場景對半導體功率器件性能要求存在差異,但都在朝著高功率密度、小型化、高效率、低能耗、高可靠性等方向演變。功率半導體芯片產品差異化來自晶圓制造能力、封裝測試能力及系統理解能力。
經過多年發展,芯片技術經歷升級迭代,芯片面積、開關損耗等各項指標不斷優化。但僅靠芯片的優化,還不足以滿足現在的使用要求,仍需要高可靠性的封裝技術,使芯片的優勢能夠完全發揮出來。功率模塊封裝是將一個或多個功率芯片和陶瓷襯板(DBC、AMB),引線,功率端子,信號端子,絕緣灌封膠(液態環氧/硅凝膠),外殼等輔助體集成封裝在一起,以提高功率模塊的可用性,使用壽命以及可靠性。

IGBT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!



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