在電子器件行業(yè)中的碳化硅陶瓷基板用途？

電動汽車、智能電網(wǎng)、核電和太陽能，以及導(dǎo)航、航空、航天、高鐵等新興產(chǎn)業(yè)能源領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對功率器件的性能提出了更高的要求。這使得第三代半導(dǎo)體材料碳化硅在新興產(chǎn)業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。在本節(jié)中，我們將討論碳化硅陶瓷基板在電動汽車領(lǐng)域、新型電力傳輸系統(tǒng)、太陽能領(lǐng)域和 LED 照明方面的用途。

目前，基于硅材料的功率器件隨著其結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝的改進，正在接近由材料本身性能決定的理論極限。第三代半導(dǎo)體材料可以替代第一代半導(dǎo)體材料硅，滿足未來更高的需求，在行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。

第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的能帶寬度、更高的擊穿電場、熱導(dǎo)率、電子飽和率和更高的抗輻射能力，適合制作高溫、高頻、抗輻射和大功率器件。代表材料有碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化鋁。

目前最成熟、應(yīng)用潛力最大的第三代半導(dǎo)體材料是碳化硅，其各項指標(biāo)優(yōu)于硅，能帶寬度幾乎是硅的三倍。此外，碳化硅陶瓷基板器件的理論工作溫度為600℃，遠高于硅器件。以下是一些典型的碳化硅陶瓷基板用途。

一、碳化硅陶瓷在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

碳化硅陶瓷是先進的電子材料。它是未來電動汽車充電模塊和電動模塊的核心，可實現(xiàn)綠色出行的能源供應(yīng)、低碳、智能和可持續(xù)發(fā)展。碳化硅陶瓷終將搶占未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點。

碳化硅陶瓷基板器件充電模塊性能的提升主要體現(xiàn)在三個方面：

(1)提高頻率，簡化供電網(wǎng)絡(luò)；

(2)減少損耗和溫升；

(3)減少體積，提高效率。

碳化硅組件可以提高純電動汽車或混合動力汽車的動力轉(zhuǎn)換性能。在電動汽車的電氣模塊中，電動機是有源負(fù)載，其轉(zhuǎn)速范圍較寬，在行駛過程中需要頻繁的加減速，因此工作條件比一般的調(diào)速系統(tǒng)要復(fù)雜。

二、碳化硅陶瓷在新型輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用

碳化硅陶瓷基板功率開關(guān)因其極低的開態(tài)電阻而成為硅基器件的理想替代品，可應(yīng)用于高壓、高溫和高頻應(yīng)用。如果使用碳化硅功率模塊，開關(guān)損耗引起的功率損耗與硅電源裝置相比可降低5倍以上。這將對未來的電網(wǎng)配置和能源戰(zhàn)略調(diào)整產(chǎn)生重大影響，尺寸和重量將減少 40% 以上。

三、碳化硅陶瓷在太陽能領(lǐng)域得應(yīng)用

碳化硅陶瓷基板在太陽能行業(yè)的用途包括大功率模塊，如太陽能逆變器、不間斷電源設(shè)備和風(fēng)力渦輪機電機驅(qū)動器，以實現(xiàn)更小的尺寸、更低的材料成本和更高的效率。新標(biāo)準(zhǔn)太陽能硅基逆變器的典型轉(zhuǎn)換效率接近96%，而SiC基逆變器的平均效率可以提高到97.5%，相當(dāng)于降低了25%的逆變器損耗。此外，基于 SiC 的逆變器在風(fēng)電領(lǐng)域可以提高 20% 的轉(zhuǎn)換效率。

四、碳化硅陶瓷在LED照明中的應(yīng)用

目前，碳化硅、氮化鎵等第三代半導(dǎo)體材料等LED光電器件核心材料的技術(shù)與應(yīng)用，正成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。碳化硅陶瓷基板LED照明設(shè)備可使原有LED燈的數(shù)量減少1/3，成本降低40-50%，亮度提高2倍，導(dǎo)熱系數(shù)提高10倍以上。

日常生活中可以看到的各種信號燈、室內(nèi)照明、信息屏、彩色顯示設(shè)備和白光照明等都使用碳化硅LED半導(dǎo)體照明，可以達到更高的電光轉(zhuǎn)換效率，同時達到顯著的目的。降低成本和污染。