什么是功率半导体？
功率半导体由两部分组成：功率器件和功率集成电路。其中，功率器件属于分立式功率半导体器件的分支；而功率集成电路则集成了用于实现多种功能的外围电路。功率半导体的主要功能是实现电能转换、电路控制，并在电子设备中改变电压与频率，例如直流或交流电。这些器件均具备处理高电压和大电流的能力。
目前，主流且广泛使用的半导体器件包括晶闸管，其能够输出大功率，但频率相对较低，主要用于直流输电及大功率低频电源领域；其次是IGCT，该器件通过将GTO与栅极驱动电路以低电感方式集成，显著提升了关断性能。目前，IGCT主要应用于大功率电机传动领域，如船舶驱动、海上风电等场景；第三种是IGBT。自20世纪90年代突破技术瓶颈后，IGBT已实现产业化并得到大规模应用。如今，大功率IGBT的电压等级最高可达6500V，应用范围极为广泛，涵盖轨道交通、光伏发电、汽车电子等多个领域，已成为当前主流的开关器件。
IGBT模块具有节能、安装与维护便捷以及散热稳定的特点。其功能是实现交流电与直流电之间的转换，同时承担高低电压转换的任务。可以说，它是电动汽车的核心技术之一。IGBT的品质直接决定了电动汽车动力释放的速度。
IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统又占整车成本的15%至20%，这意味着IGBT在整车成本中占比达到7%至10%。IGBT是仅次于电池的第二大成本部件，同时也是决定车辆能源效率的关键因素。
新能源汽车对IGBT提出了极高要求，不仅需要其具备更强、更高效的功率处理能力，还需大幅降低能耗和不必要的热量产生，从而全面提升整车性能。此外，在全生命周期可靠性相关领域，如温度冲击、功率循环、温度循环及结温等方面，也已提出了更高标准的要求。
作为新型电力半导体器件的主流产品，IGBT广泛应用于家用电器、电动汽车、轨道交通、充电基础设施、充电桩、光伏发电、风能利用、工业制造、电机驱动以及储能等多个领域。
IGBT模块是20世纪80年代诞生的新一代功率半导体电子元件模块，并在90年代经历了新一轮的革新与升级。通过不断开发新技术，IGBT模块已集成了多项显著特性，包括导通状态电压降低、开关速度加快、耐高压且损耗低，以及出色的高电流热稳定性。这些技术优势正是IGBT模块能够取代传统双极型晶体管，成为电路制造中关键电子器件的主要原因。
近年来，电动汽车的蓬勃发展推动了功率模块封装技术的更新与迭代。目前，电动汽车主逆变器所采用的功率半导体技术代表了中等功率模块技术的先进水平。高可靠性、高功率密度以及成本竞争力是当前亟需满足的首要要求。
电力器件模块封装结构的演变趋势
IGBT作为电力电子领域的重要核心元件，其可靠性是决定整机安全运行的最关键因素。由于IGBT采用了叠层封装技术，这一技术不仅提升了封装密度，还有效缩短了芯片间导线的互连长度，从而显著提高了设备的运行速度。
根据封装形式和复杂程度，IGBT产品可分为裸芯片（DIE）、IGBT单管、IGBT模块以及IPM模块。
1. 模具：从单片晶圆上切割出的多个模具；
2. IGBT单管：一种采用单颗芯片封装的分立式IGBT器件，具有较低的电流承载能力，适用于家用电器及其他领域；
3. IGBT模块：由多个并联封装的芯片组成，具有更高的功率和更强的散热能力，适用于新能源汽车、高速铁路、光伏发电等高功率领域；
4. IPM模块：一种智能功率模块（IPM），在IGBT模块的基础上增加了其他功能；
IGBT被誉为“功率半导体皇冠上的明珠”，广泛应用于光伏发电、新能源汽车、轨道交通、配电网建设、直流输电以及工业控制等行业，其下游需求市场潜力巨大。IGBT的核心应用产品形式为IGBT模块，其中IGBT模块的市场份额可高达50%以上，而IPM模块和IGBT单管的市场份额则分别仅为约28%和20%。从产品的投资价值来看，IGBT模块的价值最高，这有助于企业快速扩大产品规模，因此具有最大的投资价值。
IGBT应用领域
为实现IGBT的本地化，不仅需要开发一套成熟的工艺技术，涵盖芯片设计、晶圆制造、封装测试、可靠性检测及系统应用等环节，还需配备先进的工艺设备。
随着芯片减薄技术的发展，封装领域也提出了更高的要求。封装工艺直接关系到IGBT能否实现更高的功率密度、适应更高温度环境，同时具备更高的可用性和可靠性，并能更好地应对严苛的使用条件。
IGBT模块封装是将多个IGBT器件集成并封装在一起的过程，旨在提升IGBT模块的使用寿命与可靠性。目前，市场对IGBT模块的需求趋势表现为更小的尺寸、更高的效率以及更强的可靠性。常见的模块封装技术种类繁多，且各制造商对其命名不尽相同，例如英飞凌的62mm封装、TP34、DP70等。IGBT模块的封装工艺包括表面贴装、真空焊接、等离子清洗、X射线检测、键合、胶水填充与固化、模塑成型、测试及贴标等多个生产环节。
标签：
接下来：
相关新闻
