IGBT 散熱材料：淺析IGBT 雙面冷卻散熱優(yōu)勢
IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的縮寫，譯為絕緣柵雙極型晶體管，由BJT(雙極結(jié)晶體管)和MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)組成，是一種復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動式-功率半導(dǎo)體器，具有自動關(guān)斷的特性。優(yōu)點是能夠利用電壓控制，高耐壓，減小飽和壓，快速切換，節(jié)能等。
二、IGBT散熱材料的封裝結(jié)構(gòu)
IGBT芯片，DBC導(dǎo)熱基板，封裝材料，電連接端子等材料是IGBT散熱材料的封裝結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成材料，Si，SiC，GaN等是其芯片的主要，Si3N4，AL2O3，等是DBC覆銅陶瓷導(dǎo)熱基板的主要的陶瓷材料。
三、散熱問題影響產(chǎn)品性能
（一）單一冷卻散熱不足
傳統(tǒng)的冷卻結(jié)構(gòu)為單一冷卻，以功率芯片、鍵合線、功率端子、外框、絕緣基板(DBC)、底板以及內(nèi)部的灌封膠等為主要材料，它的工作模式是將底板固定在冷卻機表層，憑借絕緣基板、底板獨自將功率芯片損耗產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至散熱器，進行散熱。
這種方式的優(yōu)點是可以快速解決小熱量的散熱需求，但對于解決一些大熱量的散熱需求這樣的效果是遠遠不夠的。因為，單面散熱方案，傳輸熱量的通道有數(shù)量限制，且有很大的熱阻，使得芯片與散熱面的溫度相差很大，因此，在長期使用過程中，芯片容易因溫度過高而被毀壞。所以，隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的單面冷卻結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法承載現(xiàn)在的散熱需求，需要由此推進改變，從而承載現(xiàn)在的散熱需求。
（二）雙面冷卻散熱優(yōu)點
對于有些尺寸小功率高的部件，傳統(tǒng)的單一冷卻結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足其散熱需求，因此，近幾年來，研究功率模塊的雙面冷卻結(jié)構(gòu)的人也越來越多。且相較于單面結(jié)構(gòu)散熱結(jié)構(gòu)，雙面冷卻結(jié)構(gòu)在功率芯片的兩側(cè)增加了絕緣導(dǎo)熱基板，功率端子全部與絕緣導(dǎo)熱基板相連，在絕緣導(dǎo)熱基板的外側(cè)也安裝有散熱器?？梢杂行У臏p小功率模塊的熱阻，同時減小體積及質(zhì)量，而且由于結(jié)構(gòu)的改進促使IGBT散熱材料的可靠性也有了一定的提升。
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隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動的新計算時代的發(fā)展，對半導(dǎo)體器件的需求日益增長，同時也催生了市場對半導(dǎo)體材料的需求，半導(dǎo)體材料行業(yè)迎來快速發(fā)展的黃金期。在國家鼓勵半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化的政策導(dǎo)向下，本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進中國半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化進程，促進中國半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展。
數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模逐年增長，從2017年的76億美元增長至2020年的94億美元。據(jù)統(tǒng)計，2017-2020年全球62座新投產(chǎn)的晶圓廠中有26座來自中國大陸，占比超過40%，成為增速最快的地區(qū)。伴隨著5G時代的來臨，汽車電動化進程拉動IGBT規(guī)模增長。得益于對清潔能源高速增長的需求，IGBT市場規(guī)模將持續(xù)增長，IGBT市場在2020年的規(guī)模為54億美元，從2020年到2026年將以7.5%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，預(yù)計2026年市場規(guī)模為84億美元。新能源車應(yīng)用作為IGBT市場規(guī)模的重要增量，2020年市場規(guī)模為為5.09億美元，2020-2026年的復(fù)合年增長率為23%，預(yù)計2026年新能源車用IGBT市場規(guī)模為17億美元。
隨著5G、智慧物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，中國大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速與全面布局，正逐步驅(qū)使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從韓國、中國臺灣向中國大陸轉(zhuǎn)移。目前，我國已經(jīng)成為最大的半導(dǎo)體市場，并且繼續(xù)保持最快的增速，預(yù)計半導(dǎo)體市場增長將持續(xù)帶動半導(dǎo)體材料行業(yè)快速發(fā)展。
