SiC болон GaN нь цахилгаан хагас дамжуулагч сав баглаа боодлыг хэрхэн хувьсгал болгож байна вэ

Өргөн зурвасын зурвасын (WBG) материалыг хурдацтай нэвтрүүлснээр цахилгаан хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд томоохон өөрчлөлт гарч байна.Цахиурын карбид(SiC) болон Галлийн нитрид (GaN) нь энэхүү хувьсгалын тэргүүн эгнээнд байгаа бөгөөд өндөр үр ашигтай, хурдан шилжих, дээд зэргийн дулааны гүйцэтгэлтэй дараагийн үеийн цахилгаан төхөөрөмжүүдийг бий болгох боломжийг олгож байна. Эдгээр материалууд нь зөвхөн цахилгаан хагас дамжуулагчийн цахилгаан шинж чанарыг дахин тодорхойлоод зогсохгүй сав баглаа боодлын технологийн салбарт шинэ сорилт, боломжуудыг бий болгож байна. Үр дүнтэй сав баглаа боодол нь SiC болон GaN төхөөрөмжүүдийн боломжийг бүрэн ашиглах, цахилгаан тээврийн хэрэгсэл (EV), сэргээгдэх эрчим хүчний систем, аж үйлдвэрийн цахилгаан электроник зэрэг хүнд нөхцөлд найдвартай байдал, гүйцэтгэл, урт наслалтыг хангахад чухал үүрэгтэй.

SiC болон GaN-ийн давуу талууд

Уламжлалт цахиур (Si) цахилгаан төхөөрөмжүүд хэдэн арван жилийн турш зах зээлд ноёрхож ирсэн. Гэсэн хэдий ч өндөр эрчим хүчний нягтрал, өндөр үр ашиг, илүү авсаархан хэлбэрийн хүчин зүйлсийн эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэхийн хэрээр цахиур нь дотоод хязгаарлалттай тулгарч байна:

• Хязгаарлагдмал эвдрэлийн хүчдэл, өндөр хүчдэл дээр аюулгүй ажиллахад хүндрэл учруулж байна.

• Удаан шилжих хурд, өндөр давтамжийн хэрэглээнд шилжих алдагдлыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.

• Дулаан дамжуулалт бага, улмаар дулаан хуримтлагдаж, хөргөлтийн шаардлага чангардаг.

WBG хагас дамжуулагч болох SiC болон GaN нь эдгээр хязгаарлалтуудыг даван туулдаг:

• SiCөндөр эвдрэлийн хүчдэл, маш сайн дулаан дамжуулалт (цахиурынхаас 3-4 дахин), өндөр температурт тэсвэртэй тул инвертер болон зүтгүүрийн мотор зэрэг өндөр хүчин чадалтай хэрэглээнд тохиромжтой.

• Ганхэт хурдан шилжих, бага эсэргүүцэлтэй, өндөр электрон хөдөлгөөнтэй байдлыг хангаж, өндөр давтамжтайгаар ажиллах авсаархан, өндөр үр ашигтай цахилгаан хувиргагчийг бий болгодог.

Эдгээр материалын давуу талыг ашигласнаар инженерүүд илүү өндөр үр ашигтай, жижиг хэмжээтэй, сайжруулсан найдвартай эрчим хүчний системийг зохион бүтээх боломжтой.

Цахилгаан савлагаанд үзүүлэх нөлөө

SiC болон GaN нь хагас дамжуулагчийн түвшинд төхөөрөмжийн гүйцэтгэлийг сайжруулдаг ч сав баглаа боодлын технологи нь дулааны, цахилгааны болон механик асуудлуудыг шийдвэрлэхийн тулд хөгжих ёстой. Гол анхаарах зүйлс нь:

1. Дулааны менежмент
   SiC төхөөрөмжүүд нь 200°C-аас дээш температурт ажиллах боломжтой. Дулаан алдагдлаас урьдчилан сэргийлэх, урт хугацааны найдвартай байдлыг хангахын тулд үр ашигтай дулаан тархалт чухал үүрэгтэй. Дэвшилтэт дулааны интерфэйсийн материал (TIM), зэс-молибдений суурь, оновчтой дулаан тархалтын загвар нь чухал юм. Дулааны хүчин зүйлс нь хэвний байршил, модулийн зохион байгуулалт, нийт багцын хэмжээнд нөлөөлдөг.

2. Цахилгаан гүйцэтгэл ба шимэгч хорхой
   GaN-ийн өндөр шилжих хурд нь индуктив чанар болон багтаамж зэрэг багцын паразитуудыг онцгой чухал болгодог. Жижиг паразит элементүүд ч гэсэн хүчдэлийн хэт ачаалал, цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоо (EMI) болон шилжих алдагдалд хүргэж болзошгүй. Паразит нөлөөллийг багасгахын тулд эргэлдэгч чип холболт, богино гүйдлийн гогцоо, суулгагдсан хэвний тохиргоо зэрэг савлах стратегиудыг улам бүр ашиглаж байна.

3. Механик найдвартай байдал
   SiC нь угаасаа хэврэг бөгөөд GaN-on-Si төхөөрөмжүүд нь стрессд мэдрэмтгий байдаг. Дулааны болон цахилгааны давталтын үед төхөөрөмжийн бүрэн бүтэн байдлыг хадгалахын тулд сав баглаа боодол нь дулааны тэлэлтийн зөрүү, гажуудал, механик ядралыг харгалзан үзэх ёстой. Бага стресстэй хэвний бэхэлгээний материал, нийцтэй суурь, бат бөх дүүргэлт нь эдгээр эрсдэлийг бууруулахад тусалдаг.

4. Миниатюрчлал ба Интеграци
   WBG төхөөрөмжүүд нь илүү өндөр чадлын нягтралыг бий болгодог бөгөөд энэ нь жижиг сав баглаа боодлын эрэлтийг нэмэгдүүлдэг. Чип-он-board (CoB), хоёр талт хөргөлт, систем-доторх (SiP) интеграци зэрэг дэвшилтэт сав баглаа боодлын техникүүд нь дизайнеруудад гүйцэтгэл болон дулааны хяналтыг хадгалахын зэрэгцээ ул мөрийг багасгах боломжийг олгодог. Миниатюрчлал нь мөн цахилгаан электроникийн системд өндөр давтамжийн ажиллагаа болон илүү хурдан хариу үйлдлийг дэмждэг.

Шинээр гарч ирж буй сав баглаа боодлын шийдлүүд

SiC болон GaN-ийн хэрэглээг дэмжих хэд хэдэн шинэлэг сав баглаа боодлын аргууд гарч ирсэн:

• Шууд холбосон зэс (DBC) суурь материалуудSiC-ийн хувьд: DBC технологи нь өндөр гүйдлийн дор дулаан тархалт болон механик тогтвортой байдлыг сайжруулдаг.

• Суулгагдсан GaN-on-Si загваруудЭдгээр нь паразит индуктив чанарыг бууруулж, авсаархан модулиудад хэт хурдан шилжих боломжийг олгодог.

• Өндөр дулаан дамжуулалтын капсулжуулалтДэвшилтэт хэвний нэгдлүүд болон бага стресстэй дүүргэлт нь дулааны мөчлөгийн үед хагарал, гуужилт үүсэхээс сэргийлдэг.

• 3D болон олон чиптэй модулиудДрайвер, мэдрэгч болон цахилгаан төхөөрөмжүүдийг нэг багцад нэгтгэх нь системийн түвшний гүйцэтгэлийг сайжруулж, самбарын зайг багасгадаг.

Эдгээр шинэлэг зүйлс нь WBG хагас дамжуулагчийн бүрэн боломжийг нээхэд сав баглаа боодлын чухал үүргийг онцолж байна.

Дүгнэлт

SiC болон GaN нь цахилгаан хагас дамжуулагчийн технологийг үндсээр нь өөрчилж байна. Тэдгээрийн дээд зэргийн цахилгаан болон дулааны шинж чанарууд нь төхөөрөмжүүдийг илүү хурдан, илүү үр ашигтай, илүү хүнд нөхцөлд ажиллах чадвартай болгодог. Гэсэн хэдий ч эдгээр ашиг тусыг хэрэгжүүлэхийн тулд дулааны менежмент, цахилгаан гүйцэтгэл, механик найдвартай байдал, жижигрүүлэлтийг хамарсан ижил дэвшилтэт сав баглаа боодлын стратеги шаардлагатай. SiC болон GaN сав баглаа боодлын салбарт шинэлэг зүйл хийдэг компаниуд автомашин, аж үйлдвэр, сэргээгдэх эрчим хүчний салбарт эрчим хүчний хэмнэлттэй, өндөр хүчин чадалтай системийг дэмжиж, дараагийн үеийн цахилгаан электроникийг тэргүүлэх болно.

Товчхондоо, цахилгаан хагас дамжуулагч сав баглаа боодлын хувьсгал нь SiC болон GaN-ийн өсөлтөөс салшгүй юм. Салбар нь илүү өндөр үр ашиг, өндөр нягтрал, илүү өндөр найдвартай байдлыг эрэлхийлж байгаа тул сав баглаа боодол нь өргөн зурвасын завсрын хагас дамжуулагчийн онолын давуу талыг практик, ашиглах боломжтой шийдэл болгон хөрвүүлэхэд гол үүрэг гүйцэтгэх болно.