碳化硅基板在功率器件IGBT中应用详解

Question

如题所述

Answer 1

碳化硅（SiC）基板在功率器件中的应用，尤其是在绝缘栅双极晶体管（IGBT）中，具有显著的潜力和优势。
详细解释：
1. 高温性能：碳化硅的材料特性使得它能够在更高的温度下工作而不会受到热失效的影响。这对于功率器件非常关键，因为它们通常需要在高温环境中工作。传统的硅器件在高温下效率会下降，而碳化硅保持更高的性能水平。
2. 高电压应用：IGBT通常用于需要高电压控制和开关的应用，如电力电子、电机驱动和电网应用。碳化硅的材料特性允许制造能够承受高电压的IGBT，从而扩展了其应用领域。
3. 高频开关：碳化硅IGBT还在高频开关应用中表现出色。它的电子迁移速度高，因此可以实现更快的开关速度，这对于高频应用非常重要。
4. 降低导通和开关损耗：碳化硅材料的特性降低了IGBT的导通和开关损耗。这意味着在工作时会产生更少的热量，提高了效率并延长了器件寿命。
5. 紧凑尺寸：碳化硅允许制造更小型的IGBT，这在一些空间受限的应用中非常有用。
6. 环保：由于碳化硅IGBT可以提供更高的效率，它们在降低能源消耗方面非常有帮助，有助于减少碳排放。
尽管碳化硅IGBT在许多方面表现出色，但它们也面临着一些挑战，如成本较高和制造技术复杂。随着技术的进步和广泛的采用，碳化硅IGBT在未来将继续发展，成为高性能功率电子应用的主要选择之一。

Answer 2

众所周知，在现今社会中，IGBT功率模块越来越重要，在家用电器、轨道交通、电力工程、可再生能源和智能电网等领域都有广泛的应用。并且IGBT产业是涉及国家经济安全、国防安全等战略性产业，可想而知它有多么重要。

那么这个重要模块到底是怎样的呢？它其实只是指甲盖那么大的小方块，但别看体积小，能量却很大。如果没有这个小小的器件，电车、地铁、电气列车（动车、高铁），甚至飞机，船舶，以及凡是运用变频电机驱动的装备全都得趴窝。而它是采用IC驱动等各种驱动保护电路，然后利用新型封装技术，最终实现高性能的IGBT芯片。这其中它还将强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率自然进化，达到较低的压降，从而转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，这样就能支持更高的电流密度。

因此，IGBT芯片可以处理的能量和那些处理信息或存储数据的芯片不同。它的主要作用是控制和传输电能，指甲盖般大小的芯片组成的IGBT可以处理6500W以上的超高电压，因此其可以在短短1秒的时间内，实现10万次电流开关动作，从而让高铁飞速行驶。

并且IGBT的基板不仅需要承受超高电压，还要承担当于100台电炉发出来的热量。其中的沟槽栅结构，扩大了元件放置面积，满足了更加智能化、微小化的需求，但增加了散热负担，因此传统的基板更本无法承受。这时碳化硅基板就是它必不可少的重要部件。

碳化硅具有超高的绝缘性，耐击穿电压可高达20KV/mm。同时热导率比传统铝基板热导率1～2W/mk高出好多倍。因此IGBT可根据自身功率的大小灵活选择相应的 碳化硅电路板 ，从而达到散热的目的。并且，碳化硅基板电阻率均小于2.5×10－6Ω.cm，这样高压电流通过时发热就会更小。

所以，在未来更多IGBT模块的应用领域中，都会伴随着碳化硅电路板的出现，给广大用户带来更智能化的体验。