功率半导体的最新技术进展及应用市场趋势

     随着功率半导体器件在移动通讯、消费电子、新能源交通、发电与配电领域发挥着越来越重要的作用，“中国智造”时代的来临给功率半导体行业带来新的发展机遇和增长动力。

    SEMI中国在SEMICONChina2016期间于3月17日在上海举办“功率半导体论坛2016”。内容涵盖氮化镓、碳化硅宽禁带半导体材料和器件、IGBT、射频通讯等最新技术进展及应用市场趋势。以下为笔者重点整理市场趋势：

    交流传动用功率半导体应用需求

    株洲中电时代电器股份有限公司副总经理刘国友表示轨道交通上的要求相当严苛，包括高速、重载要求、长时间满功率运行、地铁频繁起停与恶劣运行环境。高速上，空气阻力与速度的平方成正比，速度越高阻力越大，能耗越高，则IGBT能承受的电流越大。重载条件下，机车输出牵引功率几乎达到设计极限，对IGBT的大电流输出能力是极大考验。长时间满功率运行则是考验IGBT的鲁棒特性与散热能力，要求IGBT能长时间承受高温运行带来的电应力与热应力影响。地铁频繁起停使得IGBT在高温区与常温区循环运行，对IGBT功率循环能力要求高，轨道交通应用要求IGBT功率循环能力达到上百万次以上。以上种种严苛的条件，高功率带来高温，IGBT必须能够承受频繁剧烈的温度冲击。交流传动牵引系统普遍使用IGBT，覆盖1700V-6500V。

    因此中车提出的1500A/3300VIGBT及750A/6500VIGBT具有强健的反偏安全工作与短路安全工作性能。

    交流传动牵引逆变器必须依靠IGBT全控型功率器件。目前，IGBT已成为高铁牵引动力系统的主流技术，将以技术助力中国高铁快速发展。

    英飞凌高功率产品解决方案

    英飞凌产品最大的产品结温(JunctionTemperature)计划将提升到175度;产品寿命取决于机械应力与热膨胀系数的不匹配，因此高产品的结温也可提升产品寿命。

    英飞凌推出.XT技术，使用铜基板(Copperbondwires)，将会增加25%功率密度与10倍工作寿命。若将此技术放入产品中，可见到应用巴士与电动车市场，IGBT5将可将功率密度提升到1700V、1800A。

    英飞凌提出第二种技术6.5kVRCDC二级管可控逆导IGBT，将二级管与可控逆导IGBT结合在一起，功能集成，应用在高铁等市场，使用此技术，可以将输出功率做到1000A。RCDC拈的散热优势则在紧密的温度波动移向耦合降低拈温度波动，电流密度提高33%，更强的散热能力，温度变动更小以增强列车启动能力。同时，并增强列车剎车能力与电网故障抗冲击能力。

    第三、英飞凌提到XHP拈，更能达到最小拈封装，降低封装杂散电感到1/6(杂散电感将会引起过压尖峰)，实现半桥电路，以提升系统性能。XHP拈便于扩充，更能灵活运用。

    丰田合成环保车与功率半导体产品系列

    丰田合成积极推广环保车，包含电动车与燃料电池车。MIRAI是丰田新推出的FCV，提供足够电力供应，自有生产SiC功率半导体，可承受高开关频率，最大输出电压为650V，透过Motor电压提升，减少电池使用数量，也使得体积与重量更能大幅减轻，提升燃料电池使用效能。

    三五族类比半导体的设备市场需求

    因应功率半导体与微波通讯的市场需求，Evatec推出溅镀与蒸镀设备机台。Evatec为瑞士制造公司并于去年收购了欧瑞康半导体事业部门，其推出的溅镀与蒸镀机台用于功率半导体和无线宽带通讯的微波高科技领域中，EVATEC有强大的制程专业知识和全球最大的市占率.设备主要讲求控制系统的精准度和稳定性，同时开发出4、6、8吋的平台供制造厂商使用。

    设备优势上，拥有稳定生产力和最低的总拥有成本。首先、此设备机台可以使用150mm(6吋基板)与160mm的载板，在客户使用弹性上大大升级。工艺条件上涵盖了TaN-TFR与MetalLift-Off制程，不用拆分两个设备，节省了制造时间与机台设备空间。除此之外，独特可以调整靶材到基板(T-S)的距离，加上机台可以同时进行DC直流溅镀和RF射频磁控溅镀的操作，大大便利了制程工艺的调整。

    主要膜层TaN的均匀性，为正负2%，同时TCR<100ppm/K;Stress<正负200MPa;产能40–60wph。TiW/Au产能30–45wph并保证基板温度小于90度C这都归功于独特的动态镀膜方式和主动式冷却方案。

    目前使用客户包含主要欧美国际厂商，看好中国功率半导体(PowerDevice)与无线通信的微波(RFDevice)设备市场，Evatec将大幅增加市场销售布局。