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碳化硅陶瓷基板如何用于电子器件行业崛起?

 时间:2022-05-12     浏览:77     分享

在电子器件行业中的碳化硅陶瓷基板用途?

电动汽车、智能电网、核电和太阳能,以及导航、航空、航天、高铁等新兴产业能源领域的不断发展,对功率器件的性能提出了更高的要求。这使得第三代半导体材料碳化硅在新兴产业中得到更广泛的应用。在本节中,我们将讨论碳化硅陶瓷基板在电动汽车领域、新型电力传输系统、太阳能领域和 LED 照明方面的用途。

 

目前,基于硅材料的功率器件随着其结构设计和制造工艺的改进,正在接近由材料本身性能决定的理论极限。第三代半导体材料可以替代第一代半导体材料硅,满足未来更高的需求,在行业中得到更广泛的应用。

 

第三代半导体材料具有更宽的能带宽度、更高的击穿电场、热导率、电子饱和率和更高的抗辐射能力,适合制作高温、高频、抗辐射和大功率器件。代表材料有碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝。

 

目前最成熟、应用潜力最大的第三代半导体材料是碳化硅,其各项指标优于硅,能带宽度几乎是硅的三倍。此外,碳化硅陶瓷基板器件的理论工作温度为600℃,远高于硅器件。以下是一些典型的碳化硅陶瓷基板用途。

 

一、碳化硅陶瓷在电动汽车领域的应用

碳化硅陶瓷是先进的电子材料。它是未来电动汽车充电模块和电动模块的核心,可实现绿色出行的能源供应、低碳、智能和可持续发展。碳化硅陶瓷终将抢占未来产业发展的制高点。

碳化硅陶瓷基板器件充电模块性能的提升主要体现在三个方面:

(1)提高频率,简化供电网络;

(2)减少损耗和温升;

(3)减少体积,提高效率。

 

碳化硅组件可以提高纯电动汽车或混合动力汽车的动力转换性能。在电动汽车的电气模块中,电动机是有源负载,其转速范围较宽,在行驶过程中需要频繁的加减速,因此工作条件比一般的调速系统要复杂。

 

二、碳化硅陶瓷在新型输电系统中的应用

碳化硅陶瓷基板功率开关因其极低的开态电阻而成为硅基器件的理想替代品,可应用于高压、高温和高频应用。如果使用碳化硅功率模块,开关损耗引起的功率损耗与硅电源装置相比可降低5倍以上。这将对未来的电网配置和能源战略调整产生重大影响,尺寸和重量将减少 40% 以上。

 

三、碳化硅陶瓷在太阳能领域得应用

碳化硅陶瓷基板在太阳能行业的用途包括大功率模块,如太阳能逆变器、不间断电源设备和风力涡轮机电机驱动器,以实现更小的尺寸、更低的材料成本和更高的效率。新标准太阳能硅基逆变器的典型转换效率接近96%,而SiC基逆变器的平均效率可以提高到97.5%,相当于降低了25%的逆变器损耗。此外,基于 SiC 的逆变器在风电领域可以提高 20% 的转换效率。

 

四、碳化硅陶瓷在LED照明中的应用

目前,碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料等LED光电器件核心材料的技术与应用,正成为全球半导体产业新的战略高地。碳化硅陶瓷基板LED照明设备可使原有LED灯的数量减少1/3,成本降低40-50%,亮度提高2倍,导热系数提高10倍以上。

日常生活中可以看到的各种信号灯、室内照明、信息屏、彩色显示设备和白光照明等都使用碳化硅LED半导体照明,可以达到更高的电光转换效率,同时达到显着的目的。降低成本和污染。