功率半導體論壇:中國智造時代的發展和成長動力 ─SEMICON China 2016

文 Joanne/LEDinside

隨著功率半導體器件在移動通訊、消費電子、新能源交通、發電與配電領域發揮著越來越重要的作用,「中國智造」時代的來臨給功率半導體行業帶來新的發展機遇和增長動力。

SEMI中國將在SEMICON China 2016期間於3月17日在上海舉辦「功率半導體論壇2016」。 內容涵蓋氮化鎵、碳化矽寬禁帶半導體材料和器件、IGBT、射頻通訊等最新技術進展及應用市場趨勢。以下為LEDinside重點整理市場趨勢:

交流傳動用功率半導體應用需求

株洲中電時代電器股份有限公司副總經理 劉國友表示軌道交通上的要求相當嚴苛,包括高速、重載要求、長時間滿功率運行、地鐵頻繁起停與惡劣運行環境。高速上,空氣阻力與速度的平方成正比,速度越高阻力越大,能耗越高,則IGBT能承受的電流越大。重載條件下,機車輸出牽引功率幾乎達到設計極限,對IGBT的大電流輸出能力是極大考驗。長時間滿功率運行則是考驗IGBT的魯棒特性與散熱能力,要求IGBT能長時間承受高溫運行帶來的電應力與熱應力影響。地鐵頻繁起停使得IGBT在高溫區與常溫區循環運行,對IGBT功率循環能力要求高,軌道交通應用要求IGBT功率循環能力達到上百萬次以上。以上種種嚴苛的條件,高功率帶來高溫,IGBT必須能夠承受頻繁劇烈的溫度衝擊。交流傳動牽引系統普遍使用IGBT,覆蓋1700V-6500V。

因此中車提出的1500A / 3300V IGBT及750A/6500V IGBT具有強健的反偏安全工作與短路安全工作性能。

交流傳動牽引逆變器必須依靠IGBT全控型功率器件。目前,IGBT已成為高鐵牽引動力系統的主流技術,將以技術助力中國高鐵快速發展。

中車提出的1500A / 3300V IGBT及750A/6500V IGBT具有強健的反偏安全工作與短路安全工作性能。

英飛凌高功率產品解決方案

英飛凌產品最大的產品結溫 (Junction Temperature) 計畫將提升到175度;產品壽命取決於機械應力與熱膨脹係數的不匹配,因此高產品的結溫也可提升產品壽命。

英飛凌推出.XT 技術,使用銅基板 (Copper bond wires) ,將會增加25%功率密度與10倍工作壽命。若將此技術放入產品中,可見到應用巴士與電動車市場,IGBT 5 將可將功率密度提升到1700V、1800A。

 

英飛凌提出第二種技術 6.5kV RCDC 二級管可控逆導IGBT,將二級管與可控逆導IGBT結合在一起,功能集成,應用在高鐵等市場,使用此技術,可以將輸出功率做到1000A。RCDC 模組的散熱優勢則在緊密的溫度波動移向耦合降低模塊溫度波動,電流密度提高33%,更強的散熱能力,溫度變動更小以增強列車啟動能力。同時,並增強列車剎車能力與電網故障抗衝擊能力。

第三、英飛凌提到XHP模組,更能達到最小模塊封裝,降低封裝雜散電感到1/6 (雜散電感將會引起過壓尖峰),實現半橋電路,以提升系統性能。XHP模組便於擴充,更能靈活運用。

 

豐田合成環保車與功率半導體產品系列

豐田合成積極推廣環保車,包含電動車與燃料電池車。MIRAI是豐田新推出的FCV,提供足夠電力供應,自有生產SiC 功率半導體,可承受高開關頻率,最大輸出電壓為650V,透過Motor電壓提升,減少電池使用數量,也使得體積與重量更能大幅減輕,提升燃料電池使用效能。

 

三五族類比半導體的設備市場需求

因應功率半導體與微波通訊的市場需求,Evatec 推出濺鍍與蒸鍍設備機台。Evatec 為瑞士製造公司並於去年收購了歐瑞康半導體事業部門,其推出的濺鍍與蒸鍍機台用於功率半導體和無線寬頻通訊的微波高科技領域中, EVATEC有強大的製程專業知識和全球最大的市佔率. 設備主要講求控制系統的精準度和穩定性,同時開發出4、6、8 吋的平台供製造廠商使用。

設備優勢上,擁有穩定生產力和最低的總擁有成本。首先、此設備機台可以使用150mm (6吋基板) 與160mm 的載板,在客戶使用彈性上大大升級。工藝條件上涵蓋了TaN-TFR 與 Metal Lift-Off 製程,不用拆分兩個設備,節省了製造時間與機台設備空間。除此之外,獨特可以調整靶材到基板(T-S)的距離,加上機台可以同時進行 DC直流濺鍍和RF射頻磁控濺鍍 的操作,大大便利了製程工藝的調整。

主要膜層TaN的均勻性,為正負2%,同時 TCR<100ppm/K; Stress< 正負200MPa; 產能40 – 60 wph。TiW/Au 產能30 – 45 wph 並保證基板溫度小於90度C 這都歸功於獨特的動態鍍膜方式和主動式冷卻方案。

 

目前使用客戶包含主要歐美國際廠商,看好中國功率半導體(Power Device)與無線通訊的微波 (RF Device)設備市場,Evatec 將大幅增加市場銷售布局。

 
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