新型封裝材料——降低電子產品高能耗

隨著世界各國對節能減排的需求越來越迫切，如何降低電子電器產品的高能耗成為眼下的熱點話題之一。5月16日，國務院常務會議安排265億元資金，對符合節能標準的平板電視、空調、冰箱、洗衣機等產品進行補貼，就體現出國家在此問題上的政策導向。而要想實現家用電器等電子電器產品的節能降耗，功率半導體是不可或缺的元器件產品，如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）和FRD（快恢復二極管）等均屬于該領域的重要產品。作為半導體產業中僅次于大規模集成電路的另一大分支，功率半導體在降低電路損耗和提高電源使用效率中，發揮著重要的作用，可說是信息技術與先進制造之間的橋梁。

　　功率半導體器件正從傳統的工業控制和4C領域向新能源、軌道交通、智能電網、變頻家電等諸多產業邁進。因此關注功率器件行業的技術發展趨勢，促進相關行業的發展至關重要。而從近日召開的PCIM ASIA 2012（電力電子、能源管理、可再生能源、智能運動）展上可以看出，當前行業內主流公司在產品開發上越來越多體現出小型化，高可靠的特點，此外采用先進封裝技術和新型SiC材料也是主要關注對象。
封裝技術將摒棄綁定線

　 SKiN技術摒棄了綁定線、焊接和導熱涂層，采用柔性箔片和燒結連接。
封裝是功率半導體器件中一個非常關鍵的技術，它關系到功率半導體器件是否能形成更高的功率密度，能否適用于更高的溫度、擁有更高的可用性、可靠性，更好地適應惡劣環境。功率半導體器件的封裝技術特點為：設計緊湊可靠、輸出功率大。其中的關鍵是使硅片與散熱器之間的熱阻達到最小，同樣使模塊輸人輸出接線端子之間的接觸阻抗最低。過去25年中，綁定線一直是連接芯片和DBC基板的主要方法。但據賽米控公司相關人員向記者介紹，正因綁定線連接達不到技術進步所帶來的更高電流密度要求，意味著產品的可靠性受到損害。目前該公司開發出一種革命性的功率半導體封裝SKiN技術，它摒棄了綁定線、焊接和導熱涂層，采用柔性箔片和燒結連接。與采用標準綁定線連接技術所實現的1.5A/cm2電流密度相比，新技術的電流密度實現了倍增，達到3A/cm2。因此，采用該技術的逆變器體積可以減少35%。

　　賽米控公司表示新技術帶來了更高的電流承載能力和10倍的功率循環能力。這對于過去使用限制性綁定線連接的電力電子技術來說是不可想象的。新的封裝中，燒結金屬箔片取代了芯片上的綁定線，芯片的下部燒結在DBC基板上。此封裝具有更佳的芯片熱連接和電氣連接性能，因為燒結層比焊層的熱阻小。燒結箔的整個表面與芯片相連，而接合線只在接觸點與芯片相連。得益于新封裝技術提供的高負載循環能力，器件可以運行在更高的溫度下。有了SKiN技術，現在有可能將一個3MW的風力發電轉換器放進一個開關柜中。另一個例子是用于混合動力汽車和電動汽車的90kW轉換器，該轉換器的體積比當今市場上最小的轉換器還小35%。

　　SiC功率器件腳步臨近
　　硅材料的節能能力已接近極限，部分企業把注意力放到碳化硅材料上。
　　SiC材料的采用也是功率半導體器件的主要技術趨勢之一。以前功率半導體器件都采用硅材料，但業內人士認為硅材料的節能能力已經接近極限，因此部分企業開始把注意力放到碳化硅材料的開發上。對此，谷口豐聰即指出，碳化硅半導體功率器件有四大優點：第一，工作溫度范圍比較大，在高溫下也可工作;第二，低阻抗、耐高破壞性;第三，可高頻工作;第四，散熱性好。碳化硅的功率器件用在系統上有很多好處，功率的密度可以更高，體積可以更小，更加耐高電壓，設計容易，總體來講可以提高功率半導體的效率，運用的領域可以更加廣泛，更為方便。因此，三菱電機利用碳化硅生產出來的第一個產品，就是使用在高鐵上的變頻器、家用空調上的DIPIPMTM和風力發電變換器上的MOSFET器件。三菱電機在2010年在世界上首先開發成功搭載驅動電路和保護電路的全碳化硅IPM，與采用硅材料的IPM相比，電力消耗減少70%、器件體積減少50%。另外，三菱目前也將搭載碳化硅二極管的功率器件用于家用空調，并使之商品化，已在日本銷售。

　　羅姆半導體也于2010年4月開始SiC-SBD的量產，2010年12月開始SiC-MOSFET的量產。羅姆認為，SiC器件應用會在2012年走熱。一直以來，羅姆積極推進溝槽型SiC-MOSFET等產品的研究開發，通過將其量產化，早于其他公司率先推出領先一步的SiC元器件。羅姆認為電動汽車、混合動力汽車等也是SiC可以發揮的領域，對于新能源汽車來說，在控制方面電氣不可或缺。總之，碳化硅有著優良的物理和電氣特性，可期待在電力變換容量、低耗等方面超越硅材料。

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