半導(dǎo)體功率器件焊錫膏清洗合明科技介紹：什么是半導(dǎo)體功率器件？

什么是半導(dǎo)體：

半導(dǎo)體是指同時(shí)具有容易導(dǎo)電的“導(dǎo)體”和不導(dǎo)電的“絕緣體”兩方面特性的物質(zhì)。能夠?qū)崿F(xiàn)交流電轉(zhuǎn)為直流電——“整流”、增大電信號——“增幅”、導(dǎo)通或者阻斷電——“開關(guān)”等。

一、什么是功率半導(dǎo)體：

功率半導(dǎo)體是能夠支持高電壓、大電流的半導(dǎo)體，在分立器件中占據(jù)主要地位。具有不同于一般半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，在使用高電壓、大電流時(shí)也不會(huì)損壞。 功率半導(dǎo)體主要用于改變電壓和頻率；或?qū)⒅绷鬓D(zhuǎn)換為交流，交流轉(zhuǎn)換為直流等形式的電力轉(zhuǎn)換。

二、功率半導(dǎo)體器件主要功能：

功率半導(dǎo)體的作用是在高電壓或大電流條件下，用于改變電壓和頻率，或?qū)⒅绷鬓D(zhuǎn)換為交流，交流轉(zhuǎn)換為直流等形式的電力轉(zhuǎn)換，包括變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理等。

三、功率半導(dǎo)體器件類型：

功率半導(dǎo)體器件種類眾多， 功率半導(dǎo)體根據(jù)載流子類型可分為雙極型與單極型功率半導(dǎo)體。雙極型功率半導(dǎo)體包括功率二極管、雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction Transistor，BJT）、電力晶體管（Giant Transistor， GTR）、晶閘管、 絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor， IGBT）等，單極型功率半導(dǎo)體包括功率 MOSFET、肖特基勢壘功率二極管等，防護(hù)器件可視其產(chǎn)業(yè)端的分支。

四、功率半導(dǎo)體器件芯片產(chǎn)線：

四寸線對應(yīng)晶閘管，功率半導(dǎo)體過壓保護(hù)器件（TVS、TSS、可編程過壓保護(hù)集成電路等），二極管（高阻斷電壓二極管、低壓降二極管、整流橋等）；六寸線對應(yīng)高端肖特基晶圓和高壓MOSFET；八寸線對應(yīng)IGBT，溝槽MOSFET和超結(jié)MOSFET；十二寸線對應(yīng)部分IGBT。

五、功率半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域：

終端應(yīng)用領(lǐng)域包括光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、軌道交通、新能源汽車、照明、儀器、儀表、家用電器、通訊、IT等。經(jīng)營模式：主要以B2B2C和B2C等為主。其中，IDM具備核心競爭力。

六、功率半導(dǎo)體市場格局 ：

國際廠商制造水平較高，已經(jīng)形成了較高的專業(yè)壁壘。預(yù)計(jì)在 2022 年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)426億美元。在全球功率半導(dǎo)體市場中，英飛凌以 12%的市場占 有率 排 名 第 一。歐美日廠商憑借其技術(shù)和品牌優(yōu)勢，占據(jù)了全球功率半導(dǎo)體器件市場的70%。大陸、臺灣地區(qū)主要集中在二極管、低壓 MOSFET 等低端功率器件市場，IGBT、中高壓 MOSFET等高端器件市場主要由歐美日廠商占據(jù)。

我國開展功率半導(dǎo)體的研究工作比較晚，且受到資 金、技術(shù)及人才的限制，功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體呈現(xiàn)出數(shù)量偏少、企業(yè)規(guī)模偏小、技術(shù)水平 偏低及產(chǎn)業(yè)布局分散的特點(diǎn)。原始創(chuàng)新問題成為阻礙國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。國際功率半導(dǎo)體廠商尚未形成專利和標(biāo)準(zhǔn)的壟斷。相比國外廠商，國內(nèi)廠商在服務(wù)客戶需求和降低成本等方面具有競爭優(yōu)勢。功率半導(dǎo)體的國產(chǎn)代替空間十分廣闊。

七、功率半導(dǎo)體器件現(xiàn)狀：

中國功率半導(dǎo)體市場占世界功率半導(dǎo)體市場份額的 50%以上，但在中高端 MOSFET 及 IGBT器件中，90%依賴于進(jìn)口。

八、功率半導(dǎo)體器件分類

功率半導(dǎo)體器件包含MOSFET，二極管，IGBT，晶閘管等，屬于同一個(gè)器件分類，都是功率電能轉(zhuǎn)換開關(guān)元件，但是側(cè)重于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。如晶閘管適用于低頻交流控制，中大功率應(yīng)用；MOSFET適用于高頻直流控制，中小功率應(yīng)用。晶閘管和MOSFET是可以用于同一終端電器，比如在交流輸入電能轉(zhuǎn)換為直流可以用晶閘管，然后直流升降壓控制用MOSFET，比如家用電器的交流輸入端用晶閘管控制，在后續(xù)直流轉(zhuǎn)換控制用MOSFET；電動(dòng)工具的交流輸入端用晶閘管控制，在直流無刷電機(jī)用MOSFET。MOSFET和晶閘管都屬于功率半導(dǎo)體器件，生產(chǎn)工藝和設(shè)備完全兼容，主要包含光刻，腐蝕，擴(kuò)散，離子注入，薄膜淀積，背面減薄，金屬化等工藝，主要差別是晶閘管的光刻線寬要求不高，同時(shí)高溫?cái)U(kuò)散溫度要求較高。

1.晶閘管：晶閘管又名可控硅，屬于功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，是一種功率半導(dǎo)體開關(guān)元件，具有整流器件的特性，能在高電壓，大電流條件下工作，且其工作過程是可以控制的，電流控制型器件。因此，晶閘管可被廣泛應(yīng)用于可控整流，交流調(diào)壓，無觸點(diǎn)電子開關(guān)，逆變及變頻等電子電路中。終端產(chǎn)品：白色家電（洗衣機(jī)，冰箱，熱水器等），小家電、電動(dòng)工具、漏電保護(hù)器、汽車電子。

2.防護(hù)器件：防護(hù)器件又名浪涌保護(hù)器，是一種供電線路過電壓保護(hù)裝置，具有極快的相應(yīng)時(shí)間和相當(dāng)高的浪涌吸收能力，當(dāng)兩端經(jīng)受瞬時(shí)的高能力沖擊時(shí)，能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變?yōu)榈妥杩梗晕找粋€(gè)瞬時(shí)大電流，保護(hù)后面的電路元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的沖擊?？捎糜诒Ｗo(hù)設(shè)備或者電路免受靜電，電感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓以及感應(yīng)雷擊所產(chǎn)生的過電壓。終端產(chǎn)品：電表，網(wǎng)絡(luò)通信，安防系統(tǒng)，照明系統(tǒng)。

3.MOSFET的全稱是metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，屬于功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，也是一種功率半導(dǎo)體開關(guān)元件，是一種電壓控制性電能轉(zhuǎn)換器，具有輸入阻抗高，開關(guān)速度快，轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。終端產(chǎn)品：家用電器、汽車電子、消費(fèi)電子（手機(jī)、筆電、線材）、開關(guān)電源（充電器、適配器、LED）、電動(dòng)工具、無刷電機(jī)、逆變器（UPS、太陽能逆變器、風(fēng)能逆變）。

4.IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管） 和 MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。IGBT 可以實(shí)現(xiàn)直流電和交流電之間的轉(zhuǎn)化或者改變電流的頻率，有逆變和變頻的作用。

IGBT 多應(yīng)用于高壓領(lǐng)域，MOSFET 主要應(yīng)用在高頻領(lǐng)域。從產(chǎn)品來看，IGBT 一般應(yīng)用在高壓產(chǎn)品上，電壓范圍為 600-6500V。MOSFET 的應(yīng)用電壓相對較低，從十幾伏到 1000V。但是，IGBT 的工作頻率比 MOSFET 低許多。MOSFET 的工作頻率可以達(dá)到 1MHz 以上，甚至幾十 MHz，而 IGBT 的工作頻率僅有 100KHz。IGBT 集中應(yīng)用在逆變器、變頻器等高壓產(chǎn) 品。而 MOSFET 主要應(yīng)用在鎮(zhèn)流器、高頻感應(yīng)加熱等高頻產(chǎn)品。

按電壓分布來看，消費(fèi)電子領(lǐng)域運(yùn)用的 IGBT 產(chǎn)品主要在 600V 以下，如數(shù)碼相機(jī)閃光燈等。1200V 以上的 IGBT 多用于電力設(shè)備、汽車電子、高鐵及動(dòng)車中。動(dòng)車組常用的 IGBT 模塊 為 3300V 和 6500V。智能電網(wǎng)使用的 IGBT 通常為 3300V。

九、半導(dǎo)體發(fā)展歷程

半導(dǎo)體可大致分為三 代，第三 代半導(dǎo)體也被稱為新一代半導(dǎo)體（理解為，材料上的差異導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域延伸與拓展，包括部分功能）。

第一 代半導(dǎo)體材料硅(Si)和鍺(Ge)主要用于以計(jì)算機(jī)為代表的數(shù)值計(jì)算，成就了“美國硅谷”高科技產(chǎn)業(yè)群，促成英特爾、德州儀器等半導(dǎo)體巨頭的誕生。

第二 代半導(dǎo)體材料砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)主要用于無線通信，帶來了光纖通信、移動(dòng)通信、GPS全球?qū)Ш降入娮有畔I(yè)的飛速發(fā)展。

第三 代半導(dǎo)體材料禁帶寬度(能帶隙)大，又稱寬禁帶半導(dǎo)體;主要包括碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)，SiC最接近產(chǎn)業(yè)化（目前國內(nèi)部分功率半導(dǎo)體器件廠家結(jié)合部分院校共同研發(fā)實(shí)現(xiàn)小部分量產(chǎn)）。第三 代寬禁帶半導(dǎo)體具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件的新要求，將逐步形成功率半導(dǎo)體器件發(fā)展趨勢。目前第三 代半導(dǎo)體的典型應(yīng)用，包括新能源汽車、軌道交通、輸電系統(tǒng)、太陽能和風(fēng)能并網(wǎng)、雷達(dá)、5G移動(dòng)通信等領(lǐng)域。