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高功率元件應用研發聯盟

半導體長晶及磊晶、元件設計與製程、模組封裝、產品應用

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石墨烯新應用:讓太陽能板能利用雨水發電

2016/10/3

如何提升太陽能板發電量始終是科學家致力研究的方向,近幾年來太陽能發電的技術進展幾乎都是在於如何提升太陽能板的轉換效率,然而近日「石墨烯」材料,提供一個全然不同的方向,克服太陽能發電的自然天敵—雨天,使得即使在雨天也能利用雨水發電的太陽能板。
「石墨烯」與一般的太陽能板相同,這種新型太陽能電池可在日照時,利用太陽光產生電力,而若天氣進入烏雲密佈或開始下雨時,太陽能電池就能轉換成以石墨烯協助發電的狀態。科學家在太陽能電池表面塗上一層薄薄的石墨烯,而雨水本身帶有一些礦物質,因此當雨水降落在塗上石墨烯的太陽電池表面時,雨水會分離成帶正電與帶負電的離子,其中,帶正電的離子主要為鈉離子、鈣離子與氨鹽基,會沈積在石墨烯表面,而這層帶正電的離子層會與石墨烯的負電電子作用結合,產生類似擬電容(pseudocapacitor)的雙層系統,兩個層之間的電位差大到足以產生電壓與電流。然而,這種太陽能電池最高的太陽能轉換效率僅能達到 6.53%,與目前約可達 20% 左右轉換效率的太陽能電池還無法相提並論,另外,下雨狀態時所產生的電壓也僅能達到數百微伏特(microvolt)。雖然科學家們希望能盡快使這種太陽能電池走出概念階段,但距離商用恐怕還有很長一段路要走。

資料來源:
1. Kelly Hodgkins,‘Raindrops may help power the next-generation solar panel’, Digital Trends, April 10, 2016.

智慧電網與儲能系統為調整臺灣能源結構之關鍵要素

2016/10/3

能源議題最近在臺灣廣受矚目,但屬於尖載發電的再生能源目前尚無法徹底取代傳統能源之基載發電。若想改變能源結構,除了進一步提升再生能源發電量外,智慧電網的結構與儲能系統的配合也不可或缺。

http://www.energytrend.com.tw/sites/energytrend.com.tw/files/2014-05/pic2.png
圖1、民國102年臺灣8月台灣用電狀況(資料來源:臺灣電力公司)
能源依發電特性可分為:滿足基本用電需求的基載發電、快速啟動以滿足尖峰需求的尖載發電,以及介於兩者之間可調度的中載發電。民國102年時,臺灣各種發電容量比例如圖1所示,燃煤、燃氣及核能占發電量近九成,包括再生能源在內的其他發電型態僅有11.7%
就比例而言,約兩成的基載發電來自核電,若想降低核電比例,剩餘的基載發電需求須由燃煤或燃氣補齊,如此一來將增加對燃煤與燃氣的依賴,影響碳排放量。核四的作用是遞補核一、核二廠於112年先後退役後所留下的北部基載發電空缺。在配電、用電結構不變的前提下,若不建核四,113年後北部將出現的6萬瓩容量空缺將成能源問題所在。再生能源屬尖載發電。以全球經驗來說,一定規模的太陽能發電可成為準中載發電,一定規模的風能可視為準基載發電,但兩者在臺灣皆未達標準。再生能源大幅提升發電量,才有可能補上113年後的6萬瓩容量空缺。若想讓再生能源進一步跳脫尖載發電,提升為中載發電以減輕對其他能源的依賴,目前看來,建構智慧電網與儲能系統提供了一條非走不可但似乎可行的道路。
資料來源:
1. 國家中山科學研究院產學研合作/分包/委託研究計畫期末報告,家戶型儲電系統關鍵模組開發,CSIST-013-V203,2015

無線充電簡介

2016/10/1

無線充電包含感應式、共振式、微波傳輸式等等類型,基本原理都是利用交變電磁場的電磁感應來實現能量的無線傳輸。感應式的無線電能傳輸是目前比較成熟的技術,很多手機無線充電、甚至我們常見的電磁爐就是利用的這種原理。由於數碼設備空間小,接收線圈也小,加上充電設備功率小,所以通常充電的距離近(甚至需要與充電座接觸),不過相對電磁輻射也小。
共振式則是麻省理工提出的充電技術,利用電磁感應現象加上共振的原理提升無線充電的效率。共振傳輸的距離比普通感應式更遠一些,而麻省理工目前正在進行小型化的研究,對於車長好幾米的電動車來說,這方面的技術壓力倒不是太大。
微波傳輸式也是無線電力傳輸的一種方式,只不過受到發送功率等方面的限制,並未大規模實用化。微波傳輸的最大好處就是傳輸距離遠,甚至可以實現航天器與地面之間的能量傳輸,同時還可以實現定向傳輸(發射天線有方向性),未來前景值得期待。
傳輸效率是所有無線充電都面臨的問題,對於電動車這樣充電功率更大的應用來說更是如此。電能首先轉換為無線電波,再由無線電波轉換成電能,這兩級轉換都會損失不少的能量。
電磁相容也是無線充電需要解決的技術瓶頸之一。電磁波很容易產生洩漏,當大功率的車用無線充電設備運行時,也會對周圍的生物和電子設備產生影響,甚至會危害人體健康。利用封閉的自動智慧化車庫安裝無線充電設備是解決電磁相容比較好的途徑,不過成本也相對高昂。

資料來源:
1. 詳解電動汽車無線充電技EnergyTrend,http://www.energytrend.com.tw/knowledge/20150521-11329.html

氮化鎵功率元件面臨的技術挑戰

2016/10/1

氮化鎵元件有機會成為高功率元件/模組產業的亮點,基於材料本身的優越特性使得氮化鎵功率元件具有低導通電組、高速切換頻率、高崩潰電壓及高溫操作等優越特性。但氮化鎵元件要大量導入應用仍須克服以下幾個挑戰,方能取代現有功率元件或是導入高階市場應用,主要的挑戰簡要說明如下:


1.元件的電流崩潰問題:一般常開元件型功率元件需給以反向閘極偏壓控制元件導通與否,而使用於通訊之功率放大器(PA)元件,則需要極大的反向偏壓進行切換,導至閘極金屬與鈍化層表面產生電子陷阱(electron trap)現象,嚴重時形成導電路徑並使閘極漏電流增加,進而降低了通道電流密度,稱為元件的電流崩潰現象。(圖一)
 
圖一、氮化鎵元件電流崩潰現象示意圖
from  R. Vetury, N.Q. Zhang, S. Keller, and U.K. Mishra, Electron Devices, IEEE Transactions on, vol. 48, no. 3, pp. 560-566, 2001.
2.常閉(Normally-off)操作特性:電力電子元件基於安全的考量,於電路應用時多使用常閉元件,以避免元件誤作動問題(如車輛馬達驅動),但由於2DEG的常開特性,很難產生常閉型元件,而目前無論是增強型(E-mode)或是串疊(Cascode)電路架構下的常閉型氮化鎵元件理論上都面臨崩潰電壓下降及低導通電阻不易達成等問題。

3.元件封裝之整合性問題:目前常見之氮化鎵功率元件為水平式結構,透過2DEG高電子遷移率特性達成元件高功率輸出目的,此類元件的封裝方式與一般元件不同,錯誤的封裝將導致元件特性不易發揮,並產生高雜散電感及高溫操作可靠度下降等問題。此外,目前運用碳化矽與氮化鎵所研發的功率元件,隨著操作頻率的提升,元件寄生效應的後果也日趨嚴重,需透過正確的封裝方式來加以降低,方能於市面上銷售。

光伏(Photovoltaic, PV)發電系統簡介

2016/10/1

傳統市電並聯太陽能光伏(PV)系統轉換器架構可分為如圖1所示之幾種架構,圖1 (a)所示為集中式架構,輸入部分由多組光伏模組組成多組串列且並聯,由一組直流至直流轉換器集中作最大功率點追蹤,再藉由一市電併聯變流器(inverter)饋入市電,此架構優點為電路簡單、控制容易與電路效率高,適用於較大功率之場合,缺點為模組易受模組串列特性不匹配及遮蔽效應而大量減低其效率。為改善模組特性不匹配及遮蔽效應,圖1 (b)採用多串(multi-string)DC-DC轉換器及集中式變流器架構,每一光伏模組串列均有個別之直流至直流轉換器作最大功率點追蹤,再由同一組市電併聯變流器饋入市電,與集中式架構相較,圖1 (b)架構由於可以減緩各模組串列之不匹配,具有較佳之發電效率,但電路較集中式為複雜。圖1 (c)則進一步將圖1 (b)之變流器改為分散式,稱為多串式架構,與圖1 (b)相較,除同樣具有較多之MPPT 數目減緩模組特性不匹配及遮蔽效應之優點外,變流器之數目較多因此可避免單一變流器故障造成整個系統中斷,而且散熱較為分散,散熱處理較為容易,另外變流器容量較低,元件較便宜且較易取得。然而圖1 (b)及圖1 (c)採用多組光伏模組串聯仍然具備模組特性不匹配及遮蔽效應問題,圖2顯示部分遮蔽對多組光伏模組串連發電之影響,其顯示串連模組數目愈多,單一模組被遮蔽所造成發電量降低之比例愈顯著,而且P-V曲線具有雙尖峰,易造成MPPT追蹤之錯誤。

 
(a) 集中式架構
 
(b) 多串式DC-DC轉換器及集中式變流器架構
 
(c) 多串式架構
圖1 傳統市電並聯太陽能光伏系統轉換器架構

 

 遮蔽效應
圖2 部分遮蔽對多組光伏模組串連發電之影響

為改善上述組特性不匹配及遮蔽效應之影響,圖3採用微型變流器(micro inverter)架構,單一光伏模組便可以藉由一變流器將所發之電力直接饋入市電,此架構具有以下優點:
1. 較高之系統效率,無部分遮蔭及模組匹配之問題。
2. 轉換器無高壓及高容量之電解電容,壽命較長。
3. 較高之系統可靠度,單一點的故障不會照成整個系統需要停機。
4. 較大之擴充彈性,不需一次購置大量之模組。
5. 大量簡化裝機之機構及程序,大量降低設置時間且安裝及維修較容易及方便。
與集中式方式相較,有研究指出此架構整體之發電效率因為MPPT效率之提升可以達30%以上,另外其亦非常適合都會區BIPV (building integrated PV)系統之應用,可以充分利用建築物各面向之面積發電,分散式之MPPT可以適應各建築物面向,且提供較可行之維修方便性。

 
圖3 微型變流器架構

微型變流器雖然有諸多優點,但目前推廣最大的阻力來自於成本尚無法與一般傳統圖1之方式抗衡,另一種折衷方式為如圖4所示模組式DC-DC轉換器為基礎之優化器(optimizer)配合集中式DC-AC變流器架構乃因應而生,與微型變流器相同的是其均有位於模組後方具有MPPT功能之DC-DC轉換器(此處稱為優化器),不同的是優化器乃將電力轉換為直流,再多組優化器集中藉由一組較大型之變流器連接至電網。此方式兼具微型變流器之高發電效率與集中式發電成本較低之優點。

 
圖4 優化器配合集中式變流器架構
資料來源:
1.尤元甫,多功能微型變流器之研製,國立聯合大學碩士論文,2014.

以Mist-CVD開發出電力損失極小之氧化鎵電力元件

2016/9/21

傳統的化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition;CVD)是在真空狀態下藉反應氣體間的化學反應產生所需要的薄膜,但大面積化有其困難,花費成本大也是問題點之一。相對於CVD,霧化化學氣相沉積法(Mist Chemical Vapor Deposition;Mist-CVD)是將液體霧化之後再應用至成膜製程上。由於原料為液體,原料的選擇性大幅提高,不需真空處理亦使得大面積化變得可行,有助於降低成本支出。
霧化化學氣相沉積法的應用範疇之一即氧化鎵(Gallium Oxide)半導體。雖然被認為將取代矽的次世代電力元件-碳化矽(Silicon Carbide;SiC)、氮化鎵(Gallium Nitride;GaN)等的技術開發不斷演進,但日本 FLOSFIA 公司開發出能隙(Band Gap) 4.9 ~ 5.3eV(矽1.1 eV),低損耗性指標「Baliga性能指數」3444以上(GaN 870),電力損失極小的氧化鎵,並成功開發出世界最小導通電阻 0.1mΩ・cm2 的二極體(Diode)。相較於 SiC 二極體(0.7 mΩ・cm2),可降低 86% 的導通電阻。小型化亦使得封裝面積縮小,生產成本、設備投資等都可望相對降低。
此外,去年10月 FLOSFIA 在分離式元件(Discrete Devices)的開發亦已大有進展,今年 10月起將展開有價樣品的販售,並預計在 2018年建立完成量產體制。

出處 : 材料世界網

台灣IT産業急著找出路

2016/5/23

台灣IT企業的增長正迎來轉折點。19家主要企業4月的合計銷售額連續6個月低於上年。由於美國蘋果增長放緩以及提升技術實力的中國大陸企業的崛起,IT産業迅速出現結構變化。各企業為尋找新的商機,已著手培育新業務和拓展新興國家市場。
 

台灣企業是IT産業的幕後推手(台積電的半導體工廠,該公司提供)

「可穿戴、虛擬現實(VR)、物聯網(IoT)和車載電子設備非常具有潛力」,電子産品代工(EMS)廠商台灣和碩聯合科技首席執行官(CEO)程建中在5月10日的記者會上,不斷列舉出新領域。該公司憑藉「iPhone」等蘋果産品的組裝嶄露頭角,但4月銷售額比上年同月下降17%。擺脫對智慧手機的過度依賴成為當務之急。


台灣企業在以半導體為代表的電子零部件和電子産品代工等世界IT産業的産業鏈中是不可缺少的存在。這些企業曾保持穩步增長,但自2015年下半年開始,明顯陷入苦戰。

 形勢尤為嚴峻的是液晶面板相關企業。群創光電和友達光電(AUO)在1年多時間裏,月度銷售額持續低於上年。據台灣當局相關人士表示,由於中國大陸企業提高了技術實力,因此「出現了台灣企業被當地供應鏈排除在外的趨勢」。

群創光電是世界最大代工企業鴻海精密工業的旗下企業。鴻海4月決定收購夏普。鴻海方面看好具備技術實力的夏普和擅長量産的群創光電産生的協同效應,但這同時也體現出該公司的危機感,即如不採取任何舉措的話,可能遭到淘汰。
 

 

台灣智慧手機廠商宏達國際電子(HTC)4月減收58%。受智慧手機銷售下滑影響,連續13個月減收30%以上。該公司試圖通過虛擬現實(VR)業務尋找活路,4月初首次開始供貨頭戴式VR設備。該公司首席財務官張嘉臨表示,希望在增長可能性較高的領域,取得長期的成果。2015年受業績低迷的影響,該公司裁減了約15%的員工。如果在新領域無法取得成功,再次裁員的壓力將出現增強。

另一方面,也有一部分台灣企業獲取增長市場的戰略奏效,表現堅挺。專注於智慧手機的「大腦」——大規模積體電路(LSI)設計的聯發科技4月的銷售額大幅增長52%,從單月數據來看創歷史最高紀錄。

該公司在對智慧手機的設計提供支持的同時銷售本公司的廉價晶片,被稱為「廉價智慧手機的幕後推手」。雖然競爭日趨激烈導致的利潤率下滑成為課題,但是銷售規模卻出現擴大。在印度,聯發科技從當地智慧手機廠商獲得了需求,擴大了收益,為IT企業擺脫困境指出了一條道路。

受面向蘋果的訂單疲軟影響,4月減收11%的全球最大的半導體代工生産企業台灣積體電路製造(TSMC)對於前景持樂觀態度。該公司相關人士表示「下滑在預料之中。從下半年開始最尖端産品的需求將出現增長,也正加緊開拓印度和印尼的中低價位手機用半導體需求」。

台積電積累了被稱為「圖書館」的無數的設計技術和專利信息。將面向IC晶片設計公司和終端廠商提供技術和信息,對智慧手機開發提供支持,「相比與其他公司合作,産品化的時間將大幅縮短」(台灣的半導體廠商)。發揮自身強項也是能否實現業績復甦的關鍵所在。

資料來源:日經中文網 2016/05/23
 

華燦將與澳大利亞公司合作研發氮化鋁在LED上的應用

2016/4/28

澳大利亞公司BluGlass有限公司宣布,它將與中國領先的LED芯片廠商華燦光電合作,探索氮化鋁(AlN)低溫沉積在高亮度LED上的應用,並探索RPCVD在綠色LED生產上的優勢。通過該合作協議,華燦光電將為BluGlass提供4英寸晶圓產品,並製造用於測試的LED器件。

  

  華燦光電探索RPCVD技術用於LED生產

通過該協議,BluGlass打算為華燦光電系統演示其具備成本和性能優勢的低溫遠程等離子體化學氣相沉積(RPCVD)技術,可用於綠色LED的p-GaN層低溫沉積。該公司還計劃探索在藍寶石襯底上採用氮化鋁(AlN)低溫沉積用於高亮度LED的製造。

BluGlass 2015年從澳大利亞悉尼麥考瑞大學三族氮化物部門獨立出來之後,研發了一種在玻璃襯底上使用遠距離等離子低壓化學氣相沉積(RPCVD)氮化鎵(GaN)和氮化鎵銦(InGaN)等材料的低溫工藝。此工藝生產的發光二級管(LED)和太陽能電池具有節省成本、吞吐量大和效率高等優勢。BluGlass擁有該項技術在美國、中國、歐洲和日本等主要半導體市場的專利權。

而華燦光電是中國著名的LED芯片製造商,公司致力於研發、生產、銷售以GaN基藍、綠光系列產品為主的高質量LED外延材料與芯片,擁有國際領先的技術研發能力和成熟的生產工藝。

據悉,兩家公司預計發展需要若干次迭代以演示其性能的能力。華燦將使用BluGlass的新RPCVD腔室設計,以提高PRCVD沉積的均勻性用來製造LED。華燦預計在未來幾個月內委託BluGlass打造RPCVD設備,雙方將攜手合作,改進工藝,促使BluGlass系統能夠以低成本製造高效率高亮度的綠色和白色LED。

資料來源:阿拉丁新聞 2016/04/28

CISSOID 向Thales 交付第一個 SiC 智慧功率模組

2016/4/18

高溫及長壽命半導體解決方案的領先供應商公司宣布,向Thales Avionics Electrical Systems交付首個三相1200V/100A SiC MOSFET智能功率模塊( )原型。該模塊在Clean Sky Joint Undertaking項目的支持下開發而成,通過減小重量和尺寸,該模塊有助於提高功率轉換器密度,從而支持多電飛機(More-Electrical Aircraft)中的發電系統和機電致動器。

此   可讓柵極驅動器與功率晶體管完美整合,從而利用碳化矽(SiC)的全部優勢,即低切換損耗和高工作溫度。憑藉HADES2®隔離式柵極驅動器(該產品綜合了多年的SiC晶體管驅動開發經驗),並結合先進的封裝技術,使功率模塊在極端條件下實現可靠運行。

對於此航天級模塊,已選擇三相功率轉換器拓撲結構,同時,對於混合動力汽車(HEV)和鐵路項目,正在研究其他拓撲結構。在這個三相拓撲結構中,6個切換位置中的每個都包括一個100A SiC MOSFET晶體管和一個100A SiC肖特基續流二極管。這些器件可承受高達1200V的電壓,為540V航天直流總線提供足夠的防過壓冗餘,而且此模塊在設計上可輕鬆使用1700V/150A SiC器件進行升級。晶體管的典型導通電阻為12.5mΩ或8.5mΩ,取決於其額定電流是100A還是150A。

在模塊的設計中還特別注意了熱工方面的問題。首先,所有選用的材料都允許在較高結溫(高達200°C,峰值為225°C)下可靠運行,以降低冷卻要求。這種選材還使該模塊能耐受機體和儲存溫度較高(150℃)的情況。最後,該模塊基於AlSiC基板、AIN基片和銀燒結等高性能材料,以提供與SiC器件之間近乎完美的熱膨脹係數(CTE)匹配,以及耐熱方面的高魯棒性和功率循環表現。

在同一個中協同化設計柵極驅動器和功率模塊使可以優化柵極驅動器電路,並且在考慮功率模塊的寄生電感的同時最大限度減少這種電感(如可能)。最大限度減少寄生電感可更快切換SiC晶體管並降低切換損耗。IPM還可為電力電子設計者提供一種即插即用解決方案,使他們在設計柵極驅動器板時節省大量時間,而使用SiC晶體管設計柵極驅動器板是非常具有挑戰性的。這樣,用戶可集中精力設計充分利用SiC優點的高密度功率轉換器。

Thales Avionics功率轉換器設計團隊經理Taoufik Bensalah表示:“很高興能夠在Clean Sky項目體系中與團隊合作。他們可以非常靈活地為我們提議相關解決方案,滿足多電飛機對新一代高密度功率轉換器的要求。”CISSOID工程副總裁Etienne Vanzieleghem補充道:“對於和Thales開展的這次成效顯著的合作,以及我們在規範這個IPM時進行的開放性討論,我們都感到非常愉快。我們還要感謝Clean Sky項目使這次合作順利成行,這也是CISSOID在結合封裝和電路設計專業知識方面的一個良好範例。這個項目還提供了一個機會,增進了我們與塔布(CISSOID封裝團隊所在地)的PRIMES平台之間的合作關係。”

資料來源:EEPW 2016/04/18

環球晶圓展寬能隙半導體元件關鍵材料

2016/4/11

環球晶圓公司將在「LED TAIWAN 2016」功率元件製造專區中,展出寬能隙半導體元件(Wide Bandgap Semiconductor Device)關鍵材料最新的研發成果。

環球晶圓為全球前六大半導體矽晶圓材料供應商,向來積極深耕具前瞻性之基板材料,此次專題展覽,將完整呈現環球晶圓致力發展寬能隙功率半導體關鍵材料,在功率半導體的產品研發與技術推進。

展會中,環球晶圓將依功率元件的應用功率,分別展出矽(Si)、氮化鎵(GaN)及碳化矽(SiC)的產品。矽產品將展出3”~ 12”晶圓,包括磊晶片、退火片、拋光片及SOI;氮化鎵產品將展出6”及8” Crack Free GaN/Si;及碳化矽產品將展出晶球及雙拋晶片。並將於展場上說明功率半導體市場需求的關鍵材料、技術及產品等相關資訊。

此外,環球晶圓營運暨研發副總經理徐文慶博士,將於4月13日13:30於功率元件創新技術發表會上,發表「寬能隙功率半導體的關鍵材料」的主題演講,將針對寬能隙功率半導體元件之關鍵材料,進行技術探討、產品應用領域介紹,並介紹環球晶圓於功率半導體全域應用的產品佈局及市場地位。

資料來源:聯合財經網 2016/04/11

ROHM開發出SiC驅動用AC/DC轉換器控制IC

2016/4/9

日本ROHM公司近期開發出大功率(高電壓×大電流)逆變器和伺服等工業設備中日益廣泛應用的SiC-MOSFET驅動用AC/DC轉換器控制IC“BD7682FJ-LB”。 本產品搭載SiC-MOSFET的AC/DC轉換器可以解決以往控制電路分立元件數量過多的問題。 因此,該產品的推出將會進一步對實現節電與小型化的AC/DC轉換器市場帶來新的價值,因SiC功率半導體的普及而帶來的節電化與小型化做出貢獻。

本產品具備豐富的保護功能,不僅可在一般工業設備使用的AC400V條件下工作,還可在更能發揮SiC-MOSFET特性的AC690V高電壓條件下運行,有助於提高所有工業設備的可靠性。

在高耐壓範圍中,SiC-MOSFET與Si-MOSFET相比,具有“開關損耗與導通損耗少”、“可支持大功率”、“耐溫度變化”等優勢,基於這些優勢,當SiC-MOSFET用於AC/DC轉換器和DC/DC轉換器等中時,可帶來更高的功率轉換效率、散熱器件的小型化、高頻工作,使線圈更小等更節電、零部件數量更少、安裝面積更小等效果。

資料來源:  ROHM半導體(上海)有限公司網站(2016-04-09)  (夏宏中提供)

藍海市場新觀點:聯勝光電、奧特維聚焦 UV LED 車用市場

2016/3/29

有鑑於UV客戶對於產品的整合性需求,HPO為了給客戶更棒的產品使用感受,同步提供UV封裝及系統模組的整合性產品服務,封裝部分由UVT(奧特維科技)服務UV全系列的產品封裝,UV封裝波段由360~430nm、功率由1W~30W的業界領先超高功率UV單晶封裝產品,全系列搭配UVT專門為超高功率的共晶製程對於電流乘載能力遠超過一般奈米銀膠的2倍以上,提供客戶高性價比的UV封裝體。UVT獨有的封裝服務提供了客戶多樣化的封裝產品選項,K1、3535、5050……..等,*UVT UV產品摘要:

 

UVT不僅提供了多樣的UV封裝產品,更提供了與世界領先大廠同步的共晶製程產品,克服了錫金共晶受限於版材平整度及錫金厚度及成本因素,無法做到大尺寸的封裝,在普遍業界還採用銀膠製程進行大尺寸封裝的現階段,HPO目前已開始提供單晶客製化的共晶UV產品,協助客戶佔領高階應用UV領域。

*UVT共晶製程與銀膠製程的耐電流能力差異,達到200%的電流乘載

 
 

針對UV模組開發,UVT也協助客戶提供免費UV光學模擬、機構設計方案及豐富的UV模組開發經驗,讓客戶可以最省資源方式進行產品開發。

(UVT光學模擬服務)

因應UV市場門檻高良率低的問題,UVT奧特維科技致力提供”服務”為主的LED專業高功率封裝廠,團隊對於UV LED封裝研發有著多年的經驗,搭配聯勝UV晶片已提供UVA 365~430nm具競爭力的產品組合,也可彈性配合客製化量身方案,封裝產品上發展高性能及差異化產品,切入量小但高技術及高附加價值的市場,封裝能力上採用氮化鋁複合陶瓷搭配共晶製程的強固封裝,具有優異的耐高電流驅動及耐UV能力,在8A電流驅動下,可達5,000mW超高功率輸出。結合聯勝光電高光效UV晶片及封裝一條龍服務客戶。

 

結合UVT(奧特維科技)專業UV封裝,奧特維科技專注在主要市場(1)專門的紫外光LED Total solution (2)免電路車用LED封裝 (3)電路及發光二極體整合型LED ICOB封裝(4)差異化客製化LED封裝產品,建立成為ODM的服務型LED封裝廠。

資料來源:LEDInside

三菱電機開發内置逆變器的新型EV用馬達,構成逆變器的晶體管和二極管全部使用SiC

2016/3/29

機開發出了內置逆變器的新型EV(純電動汽車)用馬達,構成逆變器的晶體管和二極管全部使用SiC(碳化矽)。新馬達的特點是輸出功率為60kW,而體積只有14.1L,實現了業界最小尺寸。目標是在2018年前後實用化。

圖1 此次開發的新型馬達

與以前使用矽元件的逆變器相比,SiC逆變器的效率更高,因此發熱少,有利於實現小型化。以前的EV用馬達與逆變器各自獨立,逆變器和馬達的合計體積達到25L左右,而新馬達的體積縮小了44%,效率也可提高數個百分點。

圖2 使用矽逆變器的傳統馬達

圖3 新型馬達的冷卻水水流路線示意圖

為了實現小型化,此次採用了新的冷卻系統。以前的冷卻系統採用先向溫度較高的逆變器通入冷卻水,再使冷卻水流向馬達的方式。此次則採用使冷卻水在馬達和逆變器合為一體的圓筒形機殼外周,平行地流向逆變器部分和馬達部分。據三菱電機介紹,由於逆變器的發熱量更大,因此,機殼中冷卻水的路徑在逆變器部分配置得更加密集。

三菱電機打算在2018年前後將此次開發的EV用馬達實用化。目前,實用化面臨的課題是降低SiC元件的成本,到2018年,SiC元件的成本有望接近Si元件的水平。

資料來源:日經BP 2014/02/19

治PM2.5 垃圾車裝濾煙器

2016/3/24

垃圾車散發出來的臭味和不斷排放廢氣,常讓民眾倒垃圾時像在考驗「閉氣功力」,台北市環保局從去年開始陸續替50輛老舊垃圾車加裝「碳化矽濾煙器」阻絕黑煙,改善率接近百分之百,比新車排放標準高,未來計畫分批將剩餘244輛3期柴油垃圾車加裝濾煙器,全數完成後,估計每年可減少1400公斤PM2.5。

世界衛生組織已將柴油車排放的黑煙列為第一類致癌物質,環保局第一科長顏伶珍說,以日本東京都及鄰近縣市為例,2002年制訂柴油車懸浮微粒濃度標準,禁未達標準的柴油車上路,強制加裝濾煙器,成為10年間PM2.5濃度降低50%的重要政策。

治PM2.5 垃圾車裝濾煙器

垃圾車散發出來的臭味和不斷排放廢氣,常讓民眾倒垃圾時像在考驗「閉氣功力」,台北市環保局從去年開始陸續替50輛老舊垃圾車加裝「碳化矽濾煙器」(見圖,張立勳攝)阻絕黑煙,改善率接近百分之百,比新車排放標準高,未來計畫分批將剩餘244輛3期柴油垃圾車加裝濾煙器,全數完成後,估計每年可減少1400公斤PM2.5。

目前北市還有244輛3期垃圾車等待加裝濾煙器,顏伶珍指出,安裝濾煙器後,汙染改善成效顯著,50輛垃圾車測試排氣的不透光率平均值0.006,遠低於3期車標準,比5期新車標準0.6低許多,平均排煙率改善達99%以上。

顏伶珍說,每個濾煙器要價25萬元,由環保署補助,1個濾煙器使用平均可超過5年,昨環保局測試加裝濾煙器的老舊垃圾車,排氣不透光率僅有0.001。

環保局長劉銘龍表示,這次垃圾車加裝濾煙器成效良好,後續研議推廣至市區老舊公車、大客車及貨車,今年已向環保署爭取200輛垃圾車安裝計畫。

資料來源:中國時報 2016/03/24

取代舊式功率元件 特定應用MOSFET效率更高

2016/3/21

金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)正經歷重大改變。業界採取兩種截然不同的方法來達到更高效能,首先是經由改善矽材料和製程技術,以克服現有產品的限制,另一種方法則是開發更好的元件封裝方式。

EPC推出60V單片GaN半橋元件

2016/3/21

EPC推出EPC2101 60V強化型單片GaN功率半橋元件。透過整合兩個eGaN功率FET到單一裝置,互連電感和印刷電路板的空隙,使晶體管在電路板佔用的面積減少50%。 EPC2101是理想的高頻DC-DC轉換器,該元件增加效率(特別是在較高的頻率)與功率密度,也同時降低了組裝成本。當系統在500kHz頻率下開關從28V轉至1V之降壓轉換時,電流14A時系統效率接近87%,而電流30A時則超過82%。而與其他元件相比,EPC2101以減少50%面積的大小,達到同等的效率。 每個EPC2101半橋元件的裝置,都具有60V的額定電壓。FET上方有一個典型8.4mΩ 的RDS(on),而FET下方則是2mΩ 的RDS(on)。高側FET的尺寸是低側裝置的四分之一,優化DC-DC的轉換效率。EPC2101採用的是晶片級的封裝,以提高開關速度與散熱性能,並且是唯一尺寸為6.05 mm x 2.3 mm即可增加高功率密度的元件。

鎂、氧等有助於鋁與氮化鋁的接合

2016/3/16

東京大學于2016年3月10日宣佈,以原子水準直接觀察鋁(Al)合金與陶瓷氮化鋁(AlN)基板的異材接合,發現在其界面上偏析的鎂(Mg)的單原子層使兩種材料的接合更加牢固和穩定。

金屬與陶瓷的異種材料接合部件被各種結構件及電子元器件等採用。尤其是混合動力車(HV)及純電動汽車(EV)等的功率模組用絕緣電路板上,採用了鋁與氮化鋁基板等的接合體。要想進一步提高這種材料的機械特性、熱特性和可靠性,就必須使鋁與氮化鋁的接合界面變得更加穩定並進一步提高性能。而關於鋁合金與氮化鋁基板以原子水準如何接合,還有很多未解開的謎團。

此次,通過組合擁有1埃(10-10m)以下解析度的電子解析度掃描透射電子顯微鏡法(STEM)和超高感光度X射線成分分解方法,在鋁合金與氮化鋁的接合界面上以原子水準分析了成分分佈。結果發現,在界面上,不僅雜質——鎂原子形成了單原子層結構,氧原子也在周圍形成了層狀結構。

由此可知,鋁合金與氮化鋁基板的界面上不僅有鋁與氮化鋁的接合,雜質——鎂及氧原子隨著在界面附近增多,也形成了原子水準的界面遷移結構,使接合變得更加牢固。另外,通過採用第一性原理計算的理論分析也可以得出這樣的結論:與單純的Al/AlN接合相比,上述結構可以使界面變得更加穩定。

微量雜質元素對異材接合有很大影響這一新發現將從原子水準為形成穩定的金屬/陶瓷界面提供指導,為今後開發功率模組用絕緣電路基板及提高性能做出很大貢獻。另外,此次研究中採用的成分分析技術在物質科學及材料工學等很多領域都將成為強有力的分析技術。

此次的成果是東京大學與三菱材料、日本電子合作研究獲得的。已于3月10日(日本時間)刊登在英國自然出版集團(NPG)發行的學術期刊《科學報告》(Scientific Reports)上。

資料來源:日經技術在線

歐盟為5G打造III-V族CMOS技術

2016/3/8

歐盟(E.U.)最近啟動一項為期三年的「為下一代高性能CMOS SoC技術整合III-V族奈米半導體」(INSIGHT)研發計劃,這項研發經費高達470萬美元的計劃重點是在標準的互補金屬氧化物半導體(CMOS)上整合III-V族電晶體通道。其最終目的則在於符合未來的5G規格要求,以及瞄準頻寬更廣、影像解析度更高的雷達系統。

除了IBM (瑞士),該計劃將由德國弗勞恩霍夫應用固態物理研究所Fraunhofer IAF、法國LETI、瑞典隆德大學(Lund University)、英國格拉斯哥大學(University of Glasgow)以及愛爾蘭丁鐸爾國家研究所(Tyndall National Institute)等組織聯手進行。

以IBM與隆德大學為主導的這項計劃可分為兩個階段,IBM專注於傳統平面電晶體原型與III-V族通道,而隆德大學則將深入研究垂直III-V族電晶體通道的可用性。

「首先,合作夥伴們將先共同確定水平或垂直電晶體原型是否最具有遠景,」IBM的科學家Lukas Czornomaz介紹,「接著,我們將聯手在三年計劃屆滿以前推出一款射頻(RF)測試電路,例如功率放大器(PA)。」

IBM有信心其平面方法將可發揮效用,因為該公司已經在一份去年發表的研究報告(該報告主題為IBM Scientists Present III-V Epitaxy and Integration to Go Below 14nm)中證實了這一途徑在14nm及其後的可行性。

IBM的製程途徑是透過其所謂的「模板輔助選擇性外延」(TASE)技術。研究人員在矽基板上得以相容前閘極(gate-first) CMOS的理想III-V族電晶體通道所在位置生長氧化物銅絲。接著再用III-V材料塗佈奈米線,使其僅在1奈米級或埃級的區域接觸基板。最後,研究人員從III-V塗佈奈米線內部移去氧化層,因而使III-V族奈米管電晶體通道準確地位於正確位置。

IBM預期,毫米波(mmWave)的RF性能功耗水準比目前更低得多,不僅可用於促進5G進展,同時還可用於認知電腦、下一代物聯網(IoT)以及基於雲端的支援平台。

INSIGHT計劃的既定目標在於使CMOS擴展到超越7nm節點以後,從而開啟一個以超高性能SoC服務為基礎的全新應用範圍。除了IBM與隆德大學,包括Fraunhofer、LETI、格拉斯哥大學與丁鐸爾國家研究所等其他合作夥伴也分別為這項計劃貢獻在III-V族CMOS方面的專業知識與技術。

資料來源:EE Times 2016/03/08

淺談材料領域2016年八大關注點

2016/2/25

材料的進步是各個領域科學發展與應用推廣的物質基礎,近年來世界各主要國家針對材料科學紛紛制定了重點科技發展戰略,如美國的"材料基因組計劃"、歐盟的"石墨烯旗艦計劃"等。上海市科學學研究所技術預見研究團隊參考國際有關機構的評述,結合上海專家團隊意見,提出材料領域2016年十大關注點。

1、快速崛起的第三代半導體材料 第三代半導體材料是以寬禁帶為特點的一類半導體材料,包括碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(AlN)等代表性材料。這一特點使得第三代半導體材料的同第一代(Si)、第二代(GaAs、InP)半導體材料相比,具備更高的擊穿電場、熱導率、電子飽和速率及更好的抗輻射能力。宏觀表現出來,就是在高溫、高頻、高輻射劑量及大功率等傳統半導體材料(尤其是SI)難以勝任的場合具有顯著優勢。 以最典型的SiC材料為例。SiC能夠帶來能夠更高的光電轉換效率,用於LED照明可降低40%的成本,應用於太陽能發電則可降低25%以上的轉換損失。SiC還能夠減少功率元件的電力損失,應用於超高壓直流輸電和智慧電網領域可降低60%電力損失,並提高40%的供電效率;應用在家電、高鐵、新能源汽車、工業電機等領域也可實現20~50%不等的節能效率。效率的提高也會帶來器件體積的減少,例如用於電腦介面卡就可減少80%的體積。 贊助內容 2014年起,美國就成立了以SiC為代表的第三代寬禁帶半導體產業聯盟,目前已經獲得了美國各級政府的1.4億美元的投資。日本政府則更早認識到了SiC的重大意義,將其視為未來節能戰略的重要技術,並在2013年將其納入了"首相戰略"。

2、實用性步伐加快的石墨烯材料 石墨烯是一種二維碳材料,具有超薄、柔性、高強度、導電導熱性好、透光率好等獨特效能,被認為有望在多個科研和產業領域帶來革命性進展。目前主要關注的潛在應用方向包括:新一代積體電路的基礎材料、新一代觸控式螢幕的透光導電膜、高效導熱膜、改善電池效能的新增劑等。石墨烯產業的發展也獲得了全球各主要國家的重點關注。中國石墨烯製造相關的市場活動和產業計劃呈遍地開花之勢,目前已經有企業發展到了噸級生產能力。重慶已經生產了首批採用了石墨烯觸屏、電池和導熱膜的手機。石墨烯超級電池在新能源汽車的試驗中也實現了充電8分鐘續航1000公里的顛覆性表現。石墨烯場效應晶體管在實驗室中也顯示出了高達155G的超高主頻。 贊助內容 當然,目前石墨烯的發展還存在許多關鍵性的障礙,例如批量生產的石墨烯質量較低、缺乏帶隙結構、環境風險等等。但在資本力量已經大舉介入的情況下,可以預見2016年石墨烯產業會迎來大的發展。

3、柔性玻璃 康寧公司計劃中的柔性玻璃Willow除了更薄、更耐磨、更通透之外,還具有一個突出的有點:柔性。在需要的時候甚至可以將玻璃捲起來,甚至其生產過程也借鑑了造紙工廠的靈感。這一材料可以用於電子裝置的曲面螢幕,以及太陽能電池和照明等場合。Willow原定於2013年面世,但是由於技術和工藝等方面的原因,最終的終端產品可能會在2016年才能出現。

4、光學超材料 一些亞波長尺度的物質結構能夠產生奇特的宏觀光學現象。例如蝴蝶翅膀的色彩就是源於其微觀結構,而非簡單的反射特定波長的入射光。科學家利用這一原理製造出了許多以往不可思議的材料,被稱為光學超材料。超材料極大擴充套件了人們對材料的介電常數、磁導率、折射率等電磁效能的選擇範圍,從負值到正值、從無窮小到無窮大、從均勻到漸變等均可實現。光學超材料製造成超級透鏡,來觀察尺寸小於光波波長的材料;有望用於2D全息影象,甚至研發隱形衣等用途。

5、液態自驅動金屬 液態金屬可以通過"吞噬"少量物質而獲得能量,並具備無需外接電力的自主高速運動能力。在不同的環境中,液態自驅動金屬能夠體現出拐彎、變形、分裂、融合、互動等複雜的行為,甚至給人以"金屬生物"之感。這一效能雖然距離電影中的液態機器人仍然遙遠,但已經使智慧馬達、微型機器人、高效泵送機構、柔性運動機構等看到了可能,有望為機械領域帶來諸多變革性進步。

6、氣凝膠 氣凝膠又被稱為"凝煙",是密度最低的固體,可以看成是極為鬆散的骨架結構。氧化鋁或氧化鉻、氧化錫、碳等材料形成的骨架只佔材料整體體積的不到0.2%,其餘空間則全部是空隙充滿了空氣,因此氣凝膠的宏觀物理性質很接近空氣:極低的密度,不到木材的百分之一;良好的熱和電的絕緣性,能輕易抵擋火焰的直射;氣凝膠甚至還具有一定的透光性,顯示出半透明的外觀。而且氣凝膠還具有不錯的強度,因此可以用作保溫、絕緣、吸音隔音以及合成高效複合材料等用途。大量的空隙也使其能夠用於儲能或催化等用途。

7、新型二維材料黑磷 石墨烯作為第一種宏觀二維材料,顯示出了諸多神奇性質而受到了普遍關注,尤其是在電子工業中被視為具有顛覆性潛力的新材料。但石墨烯是電的良導體,缺乏能隙結構的先天缺陷目前還難以解決,因此距離積體電路方面的應用仍然非常遙遠。 針對這一問題,一些科學家嘗試尋找一種既具有二維材料的特性,又具有能隙結構的新材料。黑磷則被寄予了厚望。普通的白磷經過精確的熱處理具備了層狀結構,再經過一系列處理後即可分離為單層的二維材料。黑磷具有可調半導體的特性,能夠用於代替目前的許多半導體元件,例如電晶體、感測器、太陽能電池、電路開關等。此外黑磷對光線的分散效果也超過石墨烯,因此有望率先應用於光電領域。

8、納米壓電材料 壓電材料受到外力作用時,能將機械能轉變成電能。氧化鋅納米棒受力彎曲時就會產生微弱的電壓。將兩塊材料的摩擦面做成齊整密佈、具有壓電效應的納米結構。這樣兩塊材料來回摩擦,會產生群體壓電效應,造成群體納米電源疊加。通過將兩塊材料的納米結構插入對方的縫隙的摩擦方式則可以避免表面的磨損。這樣的摩擦式納米電源已經可以為體積很小的微-納電子器件供電,可使這樣的器件結構變簡單,生產工藝簡化,製造成本下降,使用壽命延長,利於大規模工業化生產與實際應用。很多低頻率的低頻機械可以用類似的方法轉化為電能。目前的一些研究成果已經可以實現超過300伏的輸出電壓。

資料來源:中國玻璃網(2016-02-25)   (張百鎔提供)

無線充電技術是否能對電動車產生革命性改變?

2016/1/5

無線充電的概念已經盛行很久,且被視為未來即將改變人類生活的技術,蘋果、三星等手機製造商甚至是晶片巨擘高通,都積極研發可提高充電效率的無線充電技術。但是目前研發仍集中於家中的私人無線充電設備,如使用無線充電來為手機及筆電充電等。過去,儘管特斯拉(Tesla)和 Nissan 的電動車都配備了高效能大容量的電池設備,但仍需要頻繁的充電,Nissan 的電動車大約每 100 英里(約 161 公里)就需充電,特斯拉 S 系列(Model S)則可撐久一點,每 265 英里(約 426 公里)才充電。儘管大容量電池已可提供長距離的駕駛,但是當電池沒電時,尋找充電站的問題依然存在​​。除了美、日的電動車廠及研究機構對此技術有極大興趣外,歐盟也相當關注利用無線充電技術來提升電動車充電的方便性,為了達到此目的,需要克服數個技術上的挑戰:首先,如何使電動車的無線充電設備和無線充電站可以互相連接及傳輸電力,第二,如何讓汽車可以在高達 50kW 的充電站旁充電,最後,最困難的挑戰是,如何讓駕駛員將車精準停在無線充電站的線圈旁,因為充電時需要將充電站的感應線圈和車輛內部的感應線圈對齊,利用磁場轉變成電流,進而對電池進行充電,如果車子無法精確的停在充電站線圈旁,充電效率將大幅降低。為了解決上述問題,研究團隊除了架設無線充電站,還開發有攝影鏡頭和 RFID 的車輛導引系統,並考量公共場所充電的兩種模式:1. 電動車停靠時間較長,充電時間可以拉長,例如在超市停車。2. 電動車停車時間只有短短幾分鐘,例如計程車停靠站、公車站甚至等待紅綠燈的時候。除此之外,另一個技術挑戰,是讓相同的充電站可以讓不同規格及廠牌的電動車充電。目前歐盟當局也對此概念及研究成果相當感興趣,特別是應用在未來城市規劃時,可以依照需求預先布置無線充電站設施。研究團隊之ㄧ的義大利電力公司 Enel 已和義大利政府合作,在米蘭、羅馬、比薩、西西里島等主要城市架設充電站,同時 Enel 的西班牙子公司 Endesa 宣布已開發 15 分鐘內將車子的電力充到 80% 的 50kW 無線充電系統,除此之外,並在西班牙馬拉加裝設 200 公尺長的電感充電系統,讓行駛中的公車可以立即無線充電。英國政府則更進一步,大量投入資金和人力研發「無線充電專用道路」,希望能達到邊開車邊充電的最終境界。該計畫將於 2015 年下半開始,工程師將在高速公路下埋入充電設備,道路上的感測器會偵測車子即將通過而開始產生磁場。所以當有車經過時,車上的無線充電接收器便可直接接收及轉化成電力。雖然無線充電在電動車上的開發可能還要一段時間,但可以確定的是,無線充電技術在未來將大幅改善人類的生活。

資料來源:  Energy trend (2016-01-05 )    (夏宏中提供)

急速升溫 陶瓷基板踏入爆發期

2016/1/5

隨著LED產業的快速發展,產品高功率密度整合開發正成為市場導向,陶瓷基板產業也隨之快速升溫。

從去年上半年起,全國各地陸續釋出多個陶瓷基板產業化的招商引資項目,進入16年以來,此趨勢也有愈演愈烈之勢。可見,社會整體對此行業的未來期許很高,一旦產品成為行業新寵,無疑將成就一片藍海市場。

“目前市面上LED散熱基板有金屬和陶瓷基板兩種,其中,LED 產品採用金屬基板目前仍佔大多數,因為金屬基板的材料主要是鋁或銅,成本低,技術也比較成熟。而陶瓷基板是基於高效散熱、化學穩定的陶瓷材料的線路板,特別適用高功率電子元件封裝應用。”晶品新材料銷售總監王剛告訴記者。

王剛介紹道,在現有鋁基板導熱性和絕緣性都難以滿足高功率產品要求的情況下,現有高導熱陶瓷線路板卻可以達到此類設計要求,陶瓷與金屬散熱對比,由於具有新的導熱材料和新的內部結構,由此消除了鋁金屬基板所具有的各種缺陷,從而大大地改善基板的整體散熱效果。

據悉,目前的陶瓷基板是指在高溫下把銅箔直接鍵合到氮化鋁(ALN) 或氧化鋁(AL2O3) 陶瓷基片表面( 單面或雙面) 上的特殊工藝板。通過此種工藝製作的超薄複合基板具有優良的電氣絕緣效能,較高的導熱特性,較高的附著強度以及優異的軟釺焊性,並且可刻蝕出各種圖形,具有強大的載流能力。

同時,當下的陶瓷基板已成為互連技術和大功率電力電子電路結構的基礎材料,正逐步取代鋁基板。包括Cree、歐司朗、飛利浦及日亞化等國際大廠也都紛紛使用陶瓷基板作為LED 晶粒散熱材質。

“隨著陶瓷基板產品的問世,將開啟散熱應用行業的發展,由於陶瓷基板散熱特色,加上陶瓷基板具有高散熱、低熱阻、壽命長、耐電壓等優點,隨著生產技術、裝置的改良,產品價格加速合理化,進而擴大LED產業的應用領域,如家電產品的指示燈、汽車車燈、路燈等。”王剛表示。

無論從行業趨勢來看還是從技術研發角度來看,陶瓷基板產業已經到了爆發期。高散熱、低熱阻、壽命長、耐電壓,產品的突出優點將使其更快的佔領市場,從而回饋產業發酵,加大資金流入和社會關注。陶瓷基板的開發成功,將為室內照明和戶外亮化產品提供更多的助力,使得LED產業未來的市場領域更加寬廣。

資料來源:同花順財經

電子封裝用高純石英粉

2016/1/1

電子級石英粉(矽微粉)用於電子組裝材料領域有:
① 用於電子分離器件、電器產品的電子封裝材料,主要作用是防水、防塵埃、防有害氣體、減緩振動、防止外力損傷和穩定電路。電子級超微細高純石英粉是大型積體電路基板和電子封裝材料的主要原料,它與環氧樹脂結合在一起,完成晶片或元器件的粘結封固,超微細石英粉在環氧樹脂中的摻入比例決定了基板的熱膨脹係數,石英粉的比例越高,基板的熱膨脹係數越小,可避免不均勻膨脹造成對矽片微米級線路的破壞,因此,對石英粉的純度、細度和粒徑分佈有嚴格的要求。電子封裝材料中環氧塑封料占80%,有機矽封裝材料占20%。在環氧塑封電子材料中填加高純度超微細和納米二氧化矽的量達到70~90%以上具有優良的加工性、收縮性小、熱膨脹係數小、耐酸堿和溶劑絕緣性好機械性能好,和環氧樹脂混合透明度好,電子封裝材料中環氧塑封料占80%,有機矽封裝材料占20%。 聯刊於台灣黃頁在環氧塑封電子材料中填加高純度超微細和納米二氧化矽的量達到70~90%以上具有優良的加工性、收縮性小、熱膨脹係數小、耐酸堿和溶劑絕緣性好機械性能好等特性。
  
② 電子基板材料(電子陶瓷)添加超微細超純石英粉後可降低燒結溫度,並能起到二相和複相增韌、緻密,提高強度的作用。是電子行業封裝膠產品的基本原材料。

福鈉米公司之矽微粉系中性無機填料,超純超微細,用於環氧樹脂基複合材料中,質純色白、透明,顆粒度均勻,與各類樹脂混合浸潤性好,吸附特性優良,容易摻和,懸浮特性顯著。有效地消除或減少沉澱、分層現象,具有良好的工藝特性,當與各類環氧樹脂混合時,除吸附現象外,還能形成化學鍵結合,使澆注體緊密,配方中加入矽微粉後可降低環氧樹脂固化物反應的放熱峰值溫度,降低固化收縮率與線膨脹係數,減小內應力,有效地防止固化物開裂,更能全面改善其性能、提高強度、韌性、延伸率、耐磨性、光潔度、抗老化等,特別適用于環氧樹脂灌封料。

福鈉米公司之石英粉用於新型粘結劑和密封劑中可替代氣相法白碳黑用於環氧樹脂膠、矽酮膠與膠粘劑行業,超細石英粉作為透明填充補強劑能使膠粘劑迅速形成網路狀矽石結構、抑制膠體流動、固化速度加快,大大提高了粘結和密封效果,特別適用於各種工業膠粘劑;該二氧化矽微粉生產廠商是安徽鑫磊粉體科技公司(以下稱鑫磊公司),是集科研開發、生產經營、技術諮詢、材料檢測於一體的高新技術企業,致力於非金屬礦製品的研究和開發並具有先進的粉體生產工藝,是利用專有技術無污染生產天然熔融型和結晶型超微細超純石英粉的公司,生產環氧塑封料、低輻射電子封裝用高品質球形石英粉及LED、SMD、EMC封裝用石英粉。高純度(>99.9%);特點是超微細,最小粒徑2um(3,000目以上),粒度控制精優秀產品,規格以國際標準為准。

福鈉米公司供應的石英(二氧化矽)微粉規格有:
1. 球型石英(二氧化矽)微粉──成球率>99%,有d50粒徑<2um(SiO-010-A1)、5um(SiO-050-A1)、10um(SiO-100-A1)產品;
2. 低鈾(lawα)石英(二氧化矽)微粉──金屬雜質最低,有d50粒徑 4um(SiL-040-A1)、10um(SiL-100-A1)產品;
3. 輕石英(二氧化矽)微粉──質量輕,有d50粒徑 2um(SiS-02-A1)、4m(SiS-040-A1)產品。

福鈉米公司係導熱材料專業服務廠商,提供「HyGood」之氮化鋁基板裸片及金屬化應用產品,亦提供高純度之氮化鋁、氮化硼、氮化矽、球形氧化鋁、球形石英粉粉體,詳細請參考http://FNAMI.com.tw,或Email:salemgr@FNAMI.com.tw洽詢。
資料來源:鑫磊公司

Littelfuse宣佈投資碳化矽技術

2015/12/22

Littelfuse公司日前宣佈作為公司強力進軍工業和汽車用功率半導體元件市場戰略的一項舉措,Littelfuse對碳化矽技術研發領域的新創公司Monolith Semiconductor進行了投資。 碳化矽是一種發展迅速的新興半導體材料,與傳統矽相比,能使功率元件在較高的切換頻率和溫度下工作。這讓逆變器和其他能源轉換系統能夠實現更高的功率密度、能源效率並降低成本。

Littelfuse對碳化矽技術研發領域的新創公司Monolith Semiconductor進行了投資。

Littelfuse高級副總裁、半導體產品總經理兼首席技術官Ian Highley表示:「投資Monolith並與他們經驗豐富的碳化矽和功率半導體元件專家團隊合作,將使我們能夠快速運用戰略相關的創新技術升級我們的產品組合。碳化矽功率技術是當今半導體市場上最具前景的高級技術之一。這將成為?明我們為客戶解決複雜難題的重要工具。」

「與Littelfuse建立的戰略合作夥伴關係加速了產品研發,也有助於將碳化矽技術引入市場。」Monolith Semiconductor首席執行官Sujit Banerjee博士評述道:「Littelfuse是我們的理想合作夥伴。我們非常高興能夠(通過此次合作)極大地擴展客戶群、接觸全球管道以及從他們專業而深入的銷售和行銷專長中獲益。」

起初,這並不是一項適合Littelfuse的材料投資;但公司承諾只要Monolith能夠取得一定的階段性成就,公司就會對其進行投資。此項投資預計不會在2015年或2016年對Littelfuse產生任何材料方面的財務影響。

資料來源:CTIMES 2015/12/22

電動車、無人車都將需要的關鍵核心:高可靠度的車用系統

2015/9/23

近來由行動應用與「按需經濟」 (on-demand economy) 是產業兩大關注焦點,在近期所舉辦的 「On Demand Economy 2015」 與「Rutberg Future Mobile 2015」兩大重要會議中都指出,電動車產業的將會呈現蓬勃發展,其中,發展的重點,不只是電能管理,更重要的是產品的服務特性:「一個按照即時服務理念設計出來的無人汽車,是不會像私人汽車一樣大部分時間停在車庫裡面,而是會保持全天候運轉。」

這點出了一個重要趨勢,不管是無人車或電動車都需要一個「高可靠度的運作車用系統」。

電動車最知名業者就是美國的特斯拉(Tesla),目前已經在美國主要城市與幹道路線上布置充電座,宣稱目前涵蓋範圍已經高達96%的交通地區,此外特斯拉在2015年全球交付電動汽車數量超過預期,也達到11507輛。

圖說明

法國雷諾電動車部門也宣布了,該公司的電動車Zoe已經可以達到192公里,並於2020年可能達到480公里的續航力。而英國也將在高速公路上興建「電動車專用道」可以利用公路上埋下的無線充電模組讓電動車可以再行進間充電。

這些政策與具體的商業基礎建設,其實都需要長期的經營,畢竟電動車市場規模在2020年將逾500萬輛、市場規模可望達1兆5千億美金,是一個需要長期投入的一個產業!

3C產業是台灣經濟發展與技術研發相當倚重的一塊,只是隨著各國競爭加劇與產業快速變遷的特性,3C產業的低利潤與技術研發偏短的週期,已經須考慮產業的轉型。而從台灣深具經驗的電子業跨足到汽車業,這需要面臨大功率與高可靠度兩大門檻。在電子業產品中並不如汽車元件,需要大電壓與大電流的功率承載需求,且使用時間可長達數十年無法輕易更換。

目前,工研院電光所與中科院已經利用相關技術建構國人自主的電動車動力系統,也達到了國際車規可靠度及安全性之等級。從零組件與模組技術的設計開發,到實驗室測試和電動車實車測試。

圖說明

一、 從核心車用控制晶片切入,主打車電前裝市場

工研院資通所黃立仁組長及其團隊,開發了車用控制晶片技術至車規等級,並以具安全性設計之馬達控制應用為平台,打造車規高可靠度晶片技術。

有別於以先切入後裝市場為思維,資通所的團隊直接以提升車用晶片可靠度及功能安全為努力方向,設計應用於電動車上大量的電子控制晶片,在高溫、高雜訊的環境的條件下,提供安全、高效能的電子裝置,並利用軟、硬體整合技術,最佳化整部車的用電效率,藉此打入車電前裝市場。

二、 研發碳化矽寬能隙功率元件技術,電能轉換損失降低30%

核心研發突破,結合中科院和工研院電光所共同合作,建立國內自主碳化矽寬能隙功率元件技術,從長晶、磊晶、元件、電路設計、製程、到封裝模組全部自製。

碳化矽元件,使得電能轉換損失較傳統降低30%,其耐高溫、高電流密度之優點,更能使功率模組體積縮小,散熱設計簡化,進一步提高能源效率,達到汽車扭力及速度等最理想的表現,呼應電動車產業的技術需求。

以上這兩個技術上的突破,讓台灣可以在電動車產業中從技術核心的「高可靠度車用系統」與車電裝前市場的角度切入,未來將高功率、高效能與高可靠度的電子技術擴展應用至電動車甚至無人車的市場,讓台灣在電動車產業的科技競賽中不缺席。

資料來源:數位時代 2015/09/23

GaN Systems發布650V,100A大電流氮化鎵功率晶體管

2015/9/1

2015/09/08-10在瑞士日内瓦舉行的第17届功率電子和應用會議上,來自加拿大的氮化鎵功率轉換半導體研發企業 GaN Systems公司首次推出了一款型號為 GS66540C的650V、100A 高電流氮化鎵功率晶體管。該公司依據於其專利Island Technology技術研發650V系列氮化鎵功率晶體管,該高密度元件據稱能實現較高的功率轉換效率,開關速率較高(>100V/nS),且熱損耗較小。GS66540C封裝技術也同時升級為GaN表面貼裝PX封裝,尤其適用於較高工作電流條件,能保證較低電導和表面貼裝穩健性,滿足工業和汽車領域之功率模塊的功能需求。新產品和芯片級產品尺寸相仿,没有引線接合,能超越傳统矽材料MOSFET和IGBT,帶來開關和電導性能的變革性突破。目前產品樣品已經送達主要客户,包括 OEM 和一级製造商,並且逐步應用於太陽能、工業和汽車領域。 同樣在 EPE15上,GaN Systems將展示多種用户平台,包括2kW 商用汽車反相器。 GaN Systems公司是該行業内首先發展生產較完整系列的氮化鎵增强型 02 HEMT功率元件的公司,產品額定功率為7A 到250A,电壓條件650V 和100V 範圍。公司專有的Island Technology芯片設計技術,結合較低的電導和熱控效率較高的 GaNPX封裝技術,使新產品相較傳统的矽材料 MOSFET 和IGBT具有較優異性能。

資料來源: Semiconductor Information , (2015-09)  (夏宏中提供)

ROHM開始量產SiC-MOSFET(溝槽結構),協助大功率設備的小型化與低功耗化

2015/8/7

近年來,在全球都在尋求解決供電問題的大環境下,如何有效地輸送及使用所發電力的"功率轉換"相對重要性提高。SiC功率元件因可顯著減少功率轉換時損耗而成為備受矚目的關鍵性元件。ROHM一直在進行領先行業的相關產品研發,於2010年成功實現SiC MOSFET的量產,並在持續推進可進一步降低功率損耗的元件研發。目前ROHM研發出採用溝槽結構的SiC-MOSFET,並已建立起了完備的量產體制,與量產中的平面型SiC-MOSFET相比,同一晶片尺寸的導通電阻可降低50%,這將大幅降低太陽能發電用功率調節器和工業設備用電源、工業用變流器等所有相關設備的功率損耗。
另外,此次研發的SiC-MOSFET計畫將推出功率模組及離散式封裝產品,目前已建立起了完備的功率模組產品的量產體制。前段製程的工廠為ROHM Apollo Co., Ltd.(日本福岡縣),後段製程的工廠為ROHM總部工廠(日本京都市)。

資料來源: 半導體製造商台灣ROHM網站 (2015-08-07) (夏宏中提供)

氮化鎵(GaN)功率元件之一般特徵

2015/7/7

氮化鎵(GaN)與矽(Si)、碳化矽(SiC)等元件之間的差異為元件的基本「型態」,圖1所示為使用氮化鎵(GaN)電子元件的一般結構,電晶體包含源極、閘極及汲極等3種電極,矽(Si)、碳化矽(SiC)元件一般所採用的電極結構為「垂直型」,亦即源極與閘極位於同一面,汲極位於機板側,而氮化鎵(GaN)則採用源極、閘極和汲極等電極全部在同一面的「水平型」結構,目前業界大多以此種「水平型」結構為研究對象,採用「水平型」結構的理由為利用存在於氮化鋁鎵-氮化鎵(AlGaN/GaN)界面中的2D電子氣體(2DEG)作為

功率半導體需求成長 ROHM公司SiC晶圓全面6吋化

2015/7/7

由於傳統的Si材料功率半導體研發目前已達瓶頸,因此Rohm看好新材料SiC功率半導體的潛能,將之視為未來50年的高成長性產品,積極發展SiC功率半導體。Rohm的SiC功率半導體技術,源自2009年購併的德國半導體廠SiCrystal;德國在1994年推動SiC單結晶成長技術研發,為推廣研發成果,在 1997年成立SiCrystal公司,2001年起量產SiC晶圓,原本該社的SiC晶圓生產線有2/3/4吋等3種規格,為擴大產能,該廠從2014 年起增加6吋SiC晶圓生產線。Rohm子公司Rohm Apollo是SiC晶圓的前段晶圓廠,正加速進行4吋生產線轉換為6吋生產線的作業,當轉換完成後,Rohm的SiC功率半導體產能將增為現在的2倍以上;相關的後段封測廠如泰國廠、菲律賓廠與南韓廠也將配合進行設備投資。

除了比較傳統的電車、電力設施與工具機需求外,Rohm正針對電動車、油電混合車、太陽能發電系統、醫療系統、新款家電與科學研究設備等市場,推銷該社的SiC功率半導體產品,以SiC材料可承受更高電壓的特性,強化相關系統性能,同時擴大該社功率半導體事業。

資料來源:  電子時報(2015-07-07 )  (夏宏中提供)

美國賽捷公司推出新款 Ka 波段氮化鎵增頻變頻器

2015/7/1

美國賽捷通信公司推出新款 2 0 W大功率線性Ka波段增頻變頻器產品。氮 化鎵固態技術具有可使元件的功率消耗小和比廣泛使用的砷化鎵技術生產的元件尺寸大幅减小,另不會降低元件的射頻性能和可靠性優異特性。該2 0 W氮化鎵線性Ka波段增頻變頻器是目前氮化鎵增頻變頻器能够提供市面最高的線性度、體積最小、重量最輕的產品。其採用耐腐蝕材料之軍用级元件製造,能够承受極端天氣情况,簡化了系统規劃和後勤维護,可有效降低使用成本 ,單台設備覆蓋2 9 G Hz - 3 1 GHz頻段。

資料來源: Dual Use Technologies & Products , ( 2015-07)  (夏宏中提供)

氮化鎵(GaN)功率元件之電熱模擬研究與封裝散熱分析

2015/7/1

氮化鋁鎵/氮化鎵高電子遷移率電晶體(AlGaN/GaN HEMT)具有寬能隙(約3.4 eV)、高崩潰電壓、高臨界崩潰電場以及高電子飽和漂移速率、高峰值電子速率、高電子飽和速率等優點,因此適用於功率電子方面及高頻通訊方面的應用。
為了滿足高功率電晶體元件之散熱需求,本篇文章提出一封裝方式,利用V型凹槽之銅座設計以提升矽基板的散熱能力,其相關之結構設計與封裝過程皆詳述其後。由於功率元件在電性操作下必定會有功率的損失,尤其是閘極開關瞬間的切換耗損,而其損失的能量大部份會轉化為熱能的形式,經熱傳導由元件到封裝再以熱對流傳熱至外部環境,為了研究與改善待測元件之熱管理,必須先了解元件操作下主動區(active region)之溫度分佈和熱點位置。
本研究先藉由電熱模擬(Silvaco)與熱分析模擬(Ansys Icepak)分析元件之電場強度分佈以及熱點溫度與位置,再由紅外線熱顯影(IR)實驗來實際量測元件主動區在操作下的溫度分佈趨勢和熱點位置,另外,利用拉曼光譜(Raman)實驗的縱向溫度量測確認二維電子氣層(2DEG)的位置,再作橫向面積的區域溫度量測,最後將實驗之結果與模擬作比較與驗證。

資料來源: 王婕安碩士論文 (交大104年)       (夏宏中提供)

氮化鎵高電子遷移率場效電晶體電流崩塌效應對降壓電源管理系統的影響

2015/7/1

氮化鋁鎵/氮化鎵高電子遷移率電晶體(AlGaN/GaN HEMT)具有寬能隙(約3.4 eV)、高崩潰電壓、高臨界崩潰電場以及高電子飽和漂移速率、高峰值電子速率、高電子飽和速率等優點,因此適用於功率電子方面及高頻通訊方面的應用。
為了滿足高功率電晶體元件之散熱需求,本篇文章提出一封裝方式,利用V型凹槽之銅座設計以提升矽基板的散熱能力,其相關之結構設計與封裝過程皆詳述其後。由於功率元件在電性操作下必定會有功率的損失,尤其是閘極開關瞬間的切換耗損,而其損失的能量大部份會轉化為熱能的形式,經熱傳導由元件到封裝再以熱對流傳熱至外部環境,為了研究與改善待測元件之熱管理,必須先了解元件操作下主動區(active region)之溫度分佈和熱點位置。
本研究先藉由電熱模擬(Silvaco)與熱分析模擬(Ansys Icepak)分析元件之電場強度分佈以及熱點溫度與位置,再由紅外線熱顯影(IR)實驗來實際量測元件主動區在操作下的溫度分佈趨勢和熱點位置,另外,利用拉曼光譜(Raman)實驗的縱向溫度量測確認二維電子氣層(2DEG)的位置,再作橫向面積的區域溫度量測,最後將實驗之結果與模擬作比較與驗證。

資料來源: 茆俊富碩士論文 (東海104年) (夏宏中提供)

Toyoda Gosei團隊技術突破研發垂直取向氮化鎵基之晶体管

2015/5/1

日本 Toyoda Gosei公司研發總部的研究人員近日在《應用物理快訊》雜誌上發表了研究報告,稱最新研發出垂直取向的氮化鎵基之晶体管,其阻斷电壓超過1kV。這一研究進展對氮化物元件在汽車以及相關領域的應用十分重要。較低的電阻可減少功耗和發熱,這一特性吸引了許多研究者將注意力放在氮化鎵的纳米电子應用。往昔的研究主要集中在横向氮化鎵和鋁鎵氮晶体管上,這两種結構可提供較高的移動速率和覺低的電阻。然而,這類结構在擊穿电壓和阙值电壓参数上却受到限制,除非改變元件尺寸,所以這類结構並不適用於汽車類應用。Toyoda Gosei公司研發團隊近日的研究成果有望克服以上的限制。研究團隊採用了垂直取向的新型設計,之前的工作已經證實,在垂直方向上,通過增加漂移區厚度,可提升擊穿電壓,而不用改變元件尺寸。但在保持較低導通電阻的前提下,這類設計目前仍然受限於元件的阻斷电壓。 研究者們表示:“我們重新設計了溝道的厚度、摻雜濃度以及漂移層,目的是减小外延層的電阻,同時保持阻斷電壓大於1.2kV。”同時採用了六角形的溝槽栅,以提升單位面積的栅寬,而减小特定的導通電阻值。這些改變進一步提升了1.2kV 級别的垂直氮化鎵 MOSFET 的性能,導通電阻可小於2mΩ cm2。

資料來源: Semiconductor Information , (2015-05)  (夏宏中提供)

SiC和GaN為何適作功率元件

2015/4/6

GaN的晶體生長曾經也是一大課題。關於這一材料,1986年名古屋大學教授赤崎勇(現任名城大學教授、名古屋大學名譽教授)等人採用“低溫沉積緩沖層技術”,在藍寶石基板上生長出了高品質GaN晶體,以此為突破口,該材料的研究取得了進展。以后來的GaN藍色LED開發為契機,GaN的研發在世界各地活躍起來,技術開發快速推進。

Advantech Wireless公司發布50W X波段氮化鎵阻碍轉換器上變頻器

2015/3/1

致力於寬帶通信系统的研發的 Advantech Wireless公司,最新發布了一款可應用於軍事應用戰略的50 W X波段氮化鎵阻碍轉換器上變頻器。專為在户外操作設計50WX波段氮化鎵上變頻阻碍轉換器安裝在一個緊凑便携型可降温的外殼結構中,產品可適用於任何天氣狀况,尤其適合惡劣嚴酷的環境,如單人可携带航空部署等。產品重量不足3.5公斤,採用 Advan- tech Wireless公司氮化鎵技術,是一系列hub-mounted上變頻器發射機的组成部件。 Advantech Wireless公司的商業發展副總裁CristiDamian表示:“低功耗和小尺寸特性對於戰略性軍事戰略應用至關重要。新型氮化鎵基阻碍轉換器上變频器可以達到軍事領域應用最嚴苛的標準。它們有望被應用於世界測地系统 WGS的新款認證專業终端設備,每平方英寸可提供的功率能量超過市場上同類產品”。 本款氮化鎵阻碍轉換器是基於Advantech Wireless公司的固態高功率放大器研製而成的集成部件,集成有电源、鎖相振盪器、混頻器、過濾器和降温系统等諸多功能。

資料來源:Semiconductor Information  ( 2015-03)  (夏宏中提供)

IDT和EPC公司將合作完成氮化鎵和矽的整合

2015/3/1

IDT公司和 EPC公司近日决定合作,將IDT 公司的矽技術和 EPC的氮化鎵技術相互结合,携手開發針對通信、計算機基礎設施、無限電功率和射频電路領域的新型元件。對於通信基礎設施應用來說,氮化鎵材料電容較低,QRR值為0,芯片尺寸的封裝造成的低電感,使得其在高頻條件下工作效率較高。兩公司携手合作, 期望能够结合IDT公司系统運行的專業經驗,以提高功率密度,形成在通信和計算機基礎設施领域核心競争力,保證發展優勢。 對射頻應用,兩家公司將會探索合作,針對通信基礎設施市場並創一系列射频產品。“氮化镓材料有望實現更高的性能,為客户提供有差異性的產品。” IDT公司的副總裁Sailesh Chittiped表示,“EPC公司在氮化鎵基功率元件領域的領導性優勢是我們選擇他們作為合作伙伴的首要因素,我十分期待在不遠的將來,氮化鎵基的產品充分發揮材料的優異特質,為市場的發展助力。”

資料來源: Semiconductor Information , (2015-03) (夏宏中提供)

EPC推出兩款新型eGaN FET氮化鎵晶体管擴大性能领先優勢

2015/3/1

EPC近日發布了兩款eGaN FET,其功率轉換性能顯著提升。產品運行温度最高可達150°C攝氏度,脉衝電流容量分别為可達200A (150VEPC2034)和 140A(EPC2033)。產品應用於直流 DC/DC轉換器和、 AC/DC交直流轉換器中的同步整流器、馬達驅動、LED照明和工業自動化。這些產品擴增了EPC公司以1mm球間距為特色的“Relaxed Pitch”產品系列,更寬的間距可以允許在元件下方安放額外的較大的通孔,使得元件雖然只有2.6mm×4.6mm 大小,卻能實現高電流輸送能力。為了簡化這些高性能eGaN FET的評價程序 ,EPC9047開發基板可以支持對EPC2033簡易的“在線”性能測評。基板包含所有關關鍵元元件,可以連接到任意轉換器中,TheEPC9047 採用半電橋拓扑圖,尺寸為 2mm×1.5mm。包含兩個EPC2033eGaN FETs,由 Texas Instruments UCC27611栅驅動器、電源電容和旁路電容構成。基板包含所有關鍵元件,並按開關性能最優化布局,還設計有若干探測點,方便了簡易的波形測量和效率估算。

資料來源: Semiconductor Information , (2015-03)  (夏宏中提供)

飛思卡爾針對移動蜂窩基站發佈氮化鎵射頻功率晶体管產品

2015/3/1

飛思卡爾公司針對移動蜂窩基站發布了首款氮化鎵射頻功率器件。型号 A2G22S160-01S器件可應用於30W 和 40W 放大器,適用於無線基礎設施應用,是針對移動蜂窩市場計畫研發的 Airfast系列產品的首发代表。 而就在僅僅幾個月之前,飛思卡爾才剛剛發布了首款軍用和商用功率晶體管 MMRF5014H。氮化鎵材料的應用曾經因為成本高昂而不被重視,但近期商業和技術方面的進步使得制造成本進一步降低。飛思卡爾射频產業部的副總裁兼總經理 PaulHart稱:“飛思卡爾一直致力於將氮化鎵材料以特定的细分市場推廣到主流市場應用。目前這個階段,將氮化镓解决方案推廣给廣大的电信基站用户是非常合適的時機。除了充分利用 A2G22S160-01S的優異性能,我們的移動蜂窩用户將很快能够参與見證飛思卡爾的高產量能力和全世界範圍的客户支持能力。”飛思卡爾的射頻功率 Airfast系列產品涵蓋了600MGz到3.8GHz的無線蜂窩頻譜,提供多種半導体工藝技術。當40W Doherty双向非對稱放大器中載8體通道使用一個 A2G22S160-01S,且峰值通道採用两個 A2G22S160-01S 时,元件最大輸出功率為56.2dBm,輸出補償8dB,增益15.4dB,效率為56.7%。

資料來源:  Semiconductor Information , (2015-03) (夏宏中提供)

GaN Systems發布世界上最小的650V氮化鎵晶体管

2015/3/1

GaN Systems公司聲稱最新研發出世界上最小的650V,15A 的氮化鎵晶体管。新型晶体管 GS66504B其尺寸大小為5.0mm×6.5mm,屬於7A 到200A 範圍、650V器件系列產品的新成員,相較同類產品的尺寸缩小50%。 GaN Systems的首席執行官Jim Witham 表示:“我們有點驚訝地看到,在 PCIM 電力電子展覽和會議上,採用8mm×8mm 双扁平無引線(DFN)封裝的氮化鎵600V,15A 器件被稱為世界最小增强型設備,而我們的產品顯然更小。但我想這也暗示了氮化鎵市場發展的迅速,並且矽材料已經達到性能的極限。” 他補充到:“我們總是向設計師傳達這樣的信息,氮化鎵材料可以在多種多樣的應用中大展身手,如平板面電視,遊戲機,洗衣機,逆變器,電動汽車和一些更廣闊的領域中。如果你們不跟上時代,採用氮化鎵技術,你們就會落後於競争對手。” 公司稱,相較傳统的矽材料 MOSFET 和IGBT,該氮化鎵晶体管可提供優於其40倍的開關和傳導性能。GaN Systems公司將這一巨大的性能提升於 GaN transistors’Island Technology的芯片設計,並且結合了以及極低的電感優势,具有優異的熱效應的 GaN PXTM封裝、優異的温度效率和 Drive Assist技 術。現在這一最新產品已經利用全球的分銷網络銷往各地。

資料來源: Semiconductor Information ( 2015-03)  (夏宏中提供)

MACOM發佈第四代氮化鎵技術

2015/3/1

至今為止,半導體材料大致可以分為三代。第一代半導體是矽,主要解決資料運算、儲存的問題;第二代半導體以砷化鎵為代表,被應用於光通訊,主要解決資料傳輸的問題;第三代半導體以氮化鎵為代表,它在電和光的轉化方面效能突出,在微波訊號傳輸方面的效率更高,所以可以被廣泛應用到照明、顯示、通訊等各大領域。

GaN主要市場和應用領域

但是現實中,自然形成氮化鎵的條件極為苛刻,在自然界幾乎不可能實現,而人造氮化鎵的成本非常高。不僅如此,無論是氮化鎵晶片生產,還是以氮化鎵為襯底的晶片器件,都需要精密的納米加工工藝,技術門檻極高。這些都成為氮化鎵大規模應用的制約因素。

然而日前,MACOM卻宣佈,其第四代氮化鎵產品,將以非常好的成本優勢,在多個應用領域替代LDMOS、砷化鎵和以碳化矽為襯底的氮化鎵產品,使得氮化鎵產品大規模商業應用成為可能。

ACOM公司射頻和微波業務高階副總裁兼總經理Greg Baker興奮地向我們介紹到:“我們的第四代氮化鎵產品基於矽襯底,效率要比LDMOS高10%,功率密度是LDMOS的4倍,預期成本結構也低於LDMOS,同時利用MACOM的高功率塑料封裝技術,成功地促進了氮化鎵產品從高深的、政府資助型技術到批量生產的商業技術的轉變。”

 

MACOM 創新正引領GaN商業應用

據預測,射頻微波市場容量大概是100億美金,MACOM新的氮化鎵產品所針對的射頻微波大功率器件市場,其容量規模超過30億美金。目前,這部分市場中的主流應用是LDMOS和砷化鎵產品。與之相比,MACOM的第四代基於矽襯底的氮化鎵產品,可以說是綜合考慮效能與成本之後的極佳選擇。首先,在高頻應用中,氮化鎵功率放大器具有壓倒性的優勢;同時,氮化鎵功放能夠處理大的訊號頻寬,就5G行動通訊等應用來說,氮化鎵都有比較大的優勢。

第4代 GaN-Si(100W 效率70%)

正是因為如此,MACOM的第四代產品才吸引了安捷倫、羅德與施瓦茨等測試儀器儀表領域的廠商,華為、諾基亞、西門子等著名的無線通訊裝置商,以及西門子等醫療儀器領域的關鍵客戶的關注。

然而,基於矽襯底的氮化鎵產品的出現,並不意味著MACOM放棄了傳統的基於碳化矽的氮化鎵產品。在某些應用場合,例如氣象雷達、高速公路測速雷達或者是其他雷達等,對效率、頻寬等效能要求較高,且對成本不敏感的應用中,依然是傳統的基於碳化矽的氮化鎵產品的市場。MACOM將繼續為這類客戶提供越來越多新的產品。

“研發基於矽襯底的氮化鎵技術,主要是為將來5G行動通訊的發展一些新能源行業所需要的大功率器件做準備。雖然短時間內,微波射頻領域發展得會比較平緩,但MACOM還是會持續地在高功率氮化鎵技術上有所投入。我們相信當行動通訊發展到4.5G、5G時,氮化鎵的產品與技術必然會取代現有的LDMOS及其他大功率技術。” MACOM南亞太區銷售副總裁熊華良強調到。

除微波射頻外,光通訊也是MACOM快速增長的業務領域。尤其是“寬頻中國”戰略下,GPON、EPON取得飛速發展。MACOM的產品正好吻合了這個應用,所以2015年MACOM在這一市場進步神速。其次,最近這兩年中國的運營商已經開始大規模安裝100G幹線網路,而在100G的幹線網路上,MACOM也有全線產品支援和服務中國客戶。最後,高速資料的發展導致全球對於資料中心的建設都非常熱。在這一應用上,MACOM也提供全線的產品支援。

資料來源:電子技術應用

GaBSystems公司發布60A氮化鎵功率晶體管

2015/3/1

随着增加强型650V矽基氮化鎵晶体管 GS65516T問世,GaN Systems公 司的增强型矽基氮化鎵晶体管產品再增新品,GS65516T 據稱能提供60A 市場最高的電流能力。 GS65516T功率開關採用了今年3月剛剛發布的專利技術,具有頂端和側面降温功能的設計,元件可使用傳统的散熱片或峰扇進行降温。該公司稱,650VE-HEMT GS65516T 性能優越,具有反向電流能力,恢復損耗為0。雙門襯墊的設計也使布局達到最優化。GS65516T適用於高频率、高功率轉換效率的應用领域,如機載充电器,400V直流轉換器,反相逆變器,不間断电源,VFD驅動,交流-直流充电电源器 (PFC电路和主电源和小型的超高频 VHF电源適配器。氮化镓產業GaN Systems公司的負責人 Girvan Patterson說:“氮化鎵帶來的行業變革正實實在在的發生着,我們的元件具有工業大規模生產的能力。自從去年成本降低,可獲得性能增强投入商業應用以来,全球的許多一流企業都希望和我們合作,從太陽能逆变变频器到超薄电視,氮化镓材料的諸多優势將在一系列產品中得以發揮。国际上重要的企業都已經充分意識到氮化镓器件技術是產業的里程碑式的转折点將改變產業格局。” 氮化鎵系列 GaNSystems公司產品正在歐洲 PCIM 展覽上展示其三款客户應用產品,包括氮化鎵Island技術元件。目前已經被三家用户單位採用,有效的推廣了氮化鎵技術在歐洲市場的應用。 DRS科技公司,是一個為軍用和高端承包商提供集成產品、服務和支持的供應商,近期使用氮化鎵系统 GS66508P,650VE-HEMT功率開關研發生產出2kW汽車功率變換器。這款汽車功率逆變變換器可實現92%的效率,並且這款新技術降低了變换器的组成元件數,具有自降温功能。

資料來源:Semiconductor Information 2015/03/01

美國科瑞推出新款碳化矽上氮化鎵(GaN/SiC)功率放大器芯片集成電路

2015/2/1

美國科瑞公司日前推出一種工作頻率範圍為6~12GHz的25W 氮化鎵單片微波集成電路。利用氮化鎵技術的優異特性,新型單片微波集成電路具有極寬的帶寬和瞬態寬帶性能,可用於替代行波管放大器,適用於雷達、阻塞器、測試設備以及寬帶放大器等應用領域。新型單片微波集成電路基於科瑞公司的氮化鎵高電子遷移率晶体管,採用 0.25微米栅長製造技術構建在碳化矽基底上。該公司表示,碳化矽上氮化鎵相對於矽、砷化鎵以及矽上氮化鎵等,在擊穿電壓、電子飽和遷移速度以及熱傳導性等方面具有優異特性。氮化鎵高電子遷移率晶体管也能提供比矽、砷化鎵和矽上氮化鎵更大的功率密度和更大的带寬。新型氮化镓單片微波集成電路功率放大器可用做管芯或採用更好散熱的10脚陶瓷法蘭封裝。兩者都能在6~12GHz提供30%的附加功率效率,以等幅波形式提供35W 的輸出功率,可以罕見地將工作電壓提升至28V,而尺寸為 0.44cm×0.61cm×0.01cm。管芯形式的小信号增益為32dB,典型飽和輸出功率為30W,封裝形式的小信号增益為33dB,典型飽和輸出功率為35W。

資料來源: Semiconductor Information ( 2015-02)  (夏宏中提供)

第三代半導體SiC技術的崛起

2015/1/7

第一代半導體材料Si點燃了訊息產業發展的「星星之火」,而Si材料晶片也成就了「美國矽谷」高科技產業群,促使英特爾等世界半導體巨頭的誕生,95%以上的半導體器件和99%以上的集成電路都是由Si材料製作。
 
目前全球40%能量作為電能被消耗,而電能轉換最大耗散是半導體功率器件。曾經的「中流砥柱」Si功率器件已日趨其發展的材料極限,難以滿足當今社會發展對於高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環境以及輕便小型化的新需求。以SiC為代表的第三代半導體材料憑藉其優異屬性,將成為突破口,正在迅速崛起。

SiC作為一種寬禁帶半導體材料,不但擊穿電場強度高、熱穩定性好,還具有載流子飽和漂移速度高、熱導率高等特點,可以用來製造各種耐高溫的高頻、高效大功率器件,應用於Si器件難以勝任的場合。

以SiC等為代表的第三代半導體材料,將被廣泛應用於光電子器件、電力電子器件等領域,以其優異的半導體性能在各個現代工業領域都將發揮重要革新作用,應用前景和市場潛力巨大。

LED半導體照明是以SiC為代表的第三代半導體技術所實現的第一個突破口!SiC有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問題,減少了缺陷和位錯,更高的電光轉換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱。基於此,303 lm/W大功率LED實驗室光效記錄誕生,高密度級LED技術可實現尺寸更小、性能更高、設計更具靈活性的LED照明系統,開創性的SC5技術平台和超大功率XHP LED器件可實現LED照明系統最高40%成本降低。

隨著SiC生產成本的降低,SiC半導體正在憑藉其優良的性能逐步取代Si半導體,打破Si基由於材料本身性能的所遇到瓶頸。無疑,它將引發一場類似於蒸汽機一樣的產業革命:
 

  1. SiC材料應用在高鐵領域,可節能20%以上,並減小電力系統體積
  2. SiC材料應用在新能源汽車領域,可降低能耗20%
  3. SiC材料應用在家電領域,可節能50%
  4. SiC材料應用在風力發電領域,可提高效率20%
  5. SiC材料應用在太陽能領域,可降低光電轉換損失25%以上
  6. SiC材料應用在工業電機領域,可節能30%-50%
  7. SiC材料應用在超高壓直流輸送電和智能電網領域,可使電力損失降低60%,同時供電效率提高40%以上
  8. SiC材料應用在大數據領域,可幫助數據中心能耗大幅降低(當前全球300萬台數據中心每小時耗電量約為3000萬千瓦)
  9. SiC材料應用在通信領域,可顯著提高信號的傳輸效率和傳輸安全及穩定性
  10. SiC材料可使航空航天領域,可使設備的損耗減小30%-50%,工作頻率高3倍,電感電容體積縮小3倍,散熱器重量大幅降低。


2014年伊始,美國總統奧巴馬親自主導成立了以SiC為代表的第三代寬禁帶半導體產業聯盟。這一舉措的背後,是美國對以SiC半導體為代表的第三代寬禁帶半導體產業的強力支持。據瞭解,這個產業目前已經獲得美國聯邦和地方政府總計1.4億美元的合力支持。而早在2013年日本政府就將SiC納入「首相戰略」,認為未來50%的節能要通過它來實現,創造清潔能源的新時代。

正如美國總統奧巴馬在該產業聯盟成立大會上所提到,以SiC為代表的第三代半導體技術將可使筆記本電腦適配器的體積減少80%,也可以將一個變電站的體積縮小至一個手提箱的大小規格。或許,這正是SiC半導體的魅力之所在。

未來,由半導體SiC材料製作成的功率器件將支撐起當今節能技術的發展趨向,成為節能設備最核心的部件,因此半導體SiC功率器件也被業界譽為功率變流裝置的「CPU」、綠色經濟的「核芯」。

資料來源:LEDinside 2015/01/07

搶攻環保車商機 昭和電工倍增SiC晶圓產能

2014/9/23

昭和電工 ( Showa Denko K.K. )22日發布新聞稿宣布,已完成對使用於環保車的高性能次世代電源控制晶片 材料 「碳化矽(SiC) 晶圓 」的增產工程,6吋SiC晶圓月產能已擴增至1,100片的規模、將達現行(400片)的2.75倍,且並將自10月開始出貨給 半導體 廠商。

昭和電工表示,在完成上述增產工程後,該公司以4吋換算的SiC晶圓月產能將自原先的1,500片提高約6成至2,500片。除了6吋、4吋之外,昭和電工也生產3吋SiC產品。

和現行使用於半導體元件製造的矽晶圓相比,SiC晶圓可將通電時的電力損耗量縮減6-7成,且昭和電工預估,2020年全球SiC晶圓市場規模將增至300億日圓、將達現行的7倍。

日經新聞曾於4月12日指出,因看好 電動車 (EV)及油電混合車(HV)等環保車種今後需求將持續擴大,故昭和電工計畫在2020年結束前將SiC晶圓月產能擴增至2.5萬片的規模。報導指出,目前昭和電工SiC晶圓全球市佔率位居第2位,而藉由上述增產措施,預估昭和電工SiC晶圓全球市佔率可較現行提高1成至4成。

資料來源:MoneyDJ 2014/09/23

日本小田急鐵道車輛採用全SiC變頻器

2014/5/7

日本的小田急電鐵將從2014年4月開始著手更新1000型通勤車輛。這些車輛上將配備“全SiC”變頻器裝置,其中的二極體和電晶體全都採用SiC功率元件。此前,配備SiC二極體的變頻器裝置已被應用到鐵道車輛上,而電晶體也改為SiC元件的全SiC變頻器裝置還是“全球首次”。與原有車輛相比,導入“全SiC”變頻器裝置後可大幅減少車輛運行時的電力,定員時可削減20%,滿員時可最多削減約36%。

 “全SiC”變頻器裝置由三菱電機製造。支援直流1500V接觸網架線,耐壓3.3kV、額定電流1500A。目前已配備在1000型車輛的一節車廂中進行行駛實驗。預定在完成實驗後從2014年12月開始全面投入使用。

 

資料來源: 日經電子(2014/05/07)        (夏宏中提供)

 

SiC功率元件之優點強化電源轉換系統之效能

2014/4/29

有三大因素正影響下一代功率半導體元件的發展及應用:(1) 法規要求電源轉換系統的效能要持續改善;(2) 市場對更輕、更小、更節省成本以及具有更多整合性功能的需求越來越高;(3) 新興應用的崛起,例如電動汽車(EV)和固態變壓器(solid state transformer, SST)之應用。目前矽仍然是電力電子元件中最常被用到的材料,雖然矽元件技術不斷提升,但是它仍然有其物理極限,因此我們在面對越來越高的動力系統標準時必須思考因應之道。

過去十年元件製造商已經證實碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)這類的寬能隙(WBG)材料可以為下一代功率半導體元件的發展帶來多重優勢。寬能隙元件在性能、工作溫度、功率處理效率以及新功能等方面有長足的進步,這些都是矽元件所不可能做到的。由於這個原因,WBG功率元件現在被認為是功率半導體元件的未來。

SiC元件日益普及的原因與其元件的種類逐漸完備足以構成一套完整動力系統有關,這些元件包括SiC二極體、開關元件以及模組等。而這些元件能日漸齊全的原因是因為有越來越多的供應商願意提供更經濟與可接受的價格。GaN功率元件在相當短的時間內已經被商用化。由於成品特性以及成熟度的不同,SiC和GaN元件逐漸在不同的市場中各自發展,彼此看似獨立但是功能互補。

碳化矽被用在電力系統的原因是因為我們已經證明它的效率比矽更高。碳化矽MOSFET的主要優點是它具有相當低的切換損耗,因此效率提高並且可以在更高的頻率下工作。

由於討論寬能隙可能需要相當長的篇幅,本文將針對SiC技術在電源轉換系統應用上的優勢進行討論。

SiC材料的優勢
表1所示的寬能隙材料特性解釋了為什麼SiC功率元件的性能可以超越矽。首先碳化矽的崩潰電場強度比矽高10倍,再者SiC元件可以用薄很多的漂移區厚度承受與矽元件相同的崩潰電壓。從理論上推斷,碳化矽與矽相比在同樣的崩潰電壓下每單位面積漂移層的電阻只有矽的1/300。

與矽相比,SiC具有10倍的絕緣崩潰電場強度,3倍的能帶隙寬度和3倍的熱傳導率。現今半導體元件結構中必要的p型和n型區域都可以在碳化矽中形成。這些元件可以用極薄的漂移層製作出具有非常高崩潰電壓(600V以上)的元件,而且相對於矽元件而言具有非常低的電阻。高壓元件的電阻主要是由漂移區的厚度來決定。與矽相比,在相同的崩潰電壓下碳化矽每單位面積的電阻可以降低到1/300的程度。這些特性讓碳化矽變成極佳的功率元件材料並且遠遠超過矽元件的表現。

第一個商業化的SiC肖特基勢壘二極體(Schottky Barrier Diodes, SBD)已經進入市場超過十年並且被導入許多動力系統之中,其中最為人知的是功率因子校正(power factor correction, PFC)的切換式電源供應器。對SiC MOSFET而言,技術成熟度、性能以及由於產量與競爭不斷增加讓成本顯著降低,有越來越多的應用開始採用SiC MOSFET。碳化矽SBD目前的額定電流與崩潰電壓在1A-60A 和600V-1700V之間。因此,SiC元件通常與矽MOSFET在600V-900V之間,或與IGBT在1kV以上的範圍競爭。

碳化矽MOSFET目前受到越來越多電源設計者的青睞,其中原因包括其常閉特性與受電壓控制的優點。除此之外碳化矽MOSFET的柵極驅動電路相對於結柵場效應電晶體(junction gate field-effect transistor, JFET)和雙極結電晶體而言(bipolar junction transistor, BJT)都較為簡單。

高溫優勢
SiC功率元件的高溫優勢還沒有得到充分的利用,這是受到封裝技術的限制以及系統中其他相關零件操作溫度較低的緣故。目前市場上可取得產品的額定操作溫度在150˚C至175˚C之間,而使用特殊晶片鍵合技術的SiC功率模組可以在250˚C操作。研發階段對SiC的測試顯示其操作溫度可高達650˚C,相對而言矽半導體元件的溫度上限只有300˚C。

此外,碳化矽的導熱係數是矽的三倍。這些特性都有助於降低操作時的冷卻需求,從而更易於冷卻SiC元件。如此一來散熱系統可以做得更小、更輕也更節省成本。

促使電源切換效率之改善
一個理想的電源開關是導通時能夠承載大電流同時導通電壓降為零,在關閉狀態時可阻斷高電壓同時漏電流為零,還有在切換時不論是從關閉到導通或相反的情況下其能量耗損皆為零。對矽元件而言,很難同時達到這些彼此權衡的特性,尤其是在高電壓和高電流的條件下。為了解決這個問題,很多設計採用絕緣柵雙極性電晶體(IGBT)元件。IGBT同時具有高崩潰電壓與低導通電阻的特性,其低導通電阻的優勢來自少數載子注入漂移區以減少導通時的電阻,也因此當電晶體截止的時候就需要一段時間讓這些載子重新結合並從漂移區「消散」,如此將增加切換損耗和時間。

與IGBT相對的元件是MOSFET,它是多數載子元件因此它沒有所謂「尾電流」。碳化矽MOSFET因此可以滿足電源開關的三項要求 - 高崩潰電壓、低導通電阻和快速切換速度(圖一)。與矽IGBT和快速恢復二極體(FRDs)的組合相比,ROHM結合SiC MOSFET和SiC SBD在同一模組內可降低88%的關閉損耗和34%的導通耗損,使得切換頻率可達到數百kHz。關閉特性的改善來自於MOSFET不存在尾電流的問題。而開啟特性的改善則在於SiC二極體的恢復損耗較矽元件低相當多。

圖一:矽MOSFET和SiC-MOSFET導通電阻之比較。

電源系統的設計因為低切換損耗的特性而可獲得以下顯著的好處:
● 產生更少的熱量表示冷卻系統可以更簡單、更便宜、更小和/或更輕,最終達到更高的功率密度。
● 切換頻率可以提高,因此可縮小被動元件(電容器,電感器)的尺寸,從而降低系統成本、尺寸和重量。
● 工作溫度得以降低,因此元件不需要降低操作時的額定能力,從而允許使用更小與更便宜的零件。對系統而言這意味可以用較低額定能力的碳化矽系統取代較高額定能力的矽元件。

圖二和圖三的測試其測試條件為Vdd =400V、Icc=20A、25˚C,並且包括二極體的恢復損耗。圖四顯示在20 kHz切換頻率下,一個100-A等級的SiC半橋模組只需要空氣冷卻就可以取代以水冷方式的200-A等級的矽IGBT模塊。

圖二:顯示88%關閉損耗降低:以SiC MOSFET+ SiC SBD與Si IGBT+ Si FRD相比。

圖三:顯示34%導通損耗降低:以SiC MOSFET+ SiC SBD與Si IGBT+ Si FRD相比。

圖四:較低的切換損耗顯示可用100A的SiC模組來替換200A IGBT模組。

碳化矽MOSFET的可靠性
可靠性是電力電子設計中最重要的考慮因素。因此電力系統工程師的第一個問題是:「SiC跟矽一樣的可靠嗎?」 與整體可靠性相關的三個最重要的項目是柵極氧化層的可靠性、柵極臨限電壓 Vt 的穩定性、以及體二極體 (body diode) 在逆向偏壓下的耐性 (robustness)。

柵極氧化層受到過度電場施力 (electrical overstress), 是MOS元件常見的故障模式。因此柵極氧化層的品質直接影響到碳化矽MOSFET的可靠性。好消息是製造商以不影響元件壽命,或者電性穩定的方式大幅降低缺陷密度(界面缺陷和體缺陷),從而成長出高品質的氧化層。

測試柵極氧化層品質的標準測試方法是所謂的Constant Current Stress Time-Dependent Dielectric Breakdown(TDDB CCS),如圖五所示。累積電荷QBD是柵極氧化層的品質指標。15-20 C/cm2約為矽MOSFET的氧化層累積電荷範圍。圖六顯示當施加一個正電壓在柵極一段時間後,氧化層與碳化矽介面的晶體缺陷會捕捉電子,從而造成Vth的上升。

圖五:(左圖)Constant Current - Time Dependent Dielectric Breakdown(TDDB CCS)測量

圖六:(中圖)因為持續施加柵極正電壓造成Vth上升。

圖七顯示當施加負電壓時,缺陷會捕捉電洞造成Vth減小 – 程度約為0.3V或更少。這些結果是以ROHM型號SCT2080KE的SiC MOSFET進行測試。這樣的測試結果媲美矽MOSFET。而且在實際的應用中變化的幅度將小很多,因為MOSFET在應用中是交替地開啟和關閉,因此被捕捉的電子和電洞有機會在開關的週期之間「逃離」。也因此能導致Vth偏移的受困載子將會少得多。

圖七:(右圖)因為持續施加柵極負電壓造成Vth下降。

電源轉換系統的新時代
儘管在過去十年碳化矽相關技術已經出現許多顯著的進步,此外供應鏈也不斷地擴大,然而SiC元件的寬能隙技術產業還是有很長的路要走才能充分發揮其潛力。新一代SiC功率元件必須大步向前,利用材料與特性上的優勢迎接新時代高容量電源轉換應用的來臨,例如電動汽車和固態變壓器。碳化矽也可以作為未來技術發展的正向催化劑,除了增進應用與效能,同時也繼續刺激市場需求的提升。SST-AP/Taiwan

資料來源:半導體科技 2014/04/29

轉換電子元件新革命 GaN功率技術再進化

2014/2/6

國際整流器(IR)的科學家預測既有的技術樣式須要有所變革,因此開發突破性的氮化鎵(GaN)功率元件技術平台,該技術保證其性能指數(FOM)較現今最先進的矽金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)至少優越十倍,能為商業應用的GaN功率元件將帶來嶄新的解決方案,使具備高成本效益的高密度、高效率功率轉換技術出現革命。

美公司推出全球首款新型氮化鎵晶圓可製造軍用設備

2013/9/23

中新網9月23日電据中國國防科技信息網報導,美國射頻微系統公司(RFMD)日前推出世界首個用於製造射頻功率晶體管的碳化矽基氮化鎵晶圓,以滿足軍用和商用需求。該公司實現了從現有高產量、6寸砷化鎵晶圓生產向6寸氮化鎵晶圓生產和研發的轉變,以降低成本滿足不斷增長的氮化鎵器件市場需求。

RFMD公司總裁兼首席執行官鮑勃稱:“我們很高興在RFMD公司的現有高產量6寸砷化鎵生產線上推出業界首款6寸碳化矽基氮化鎵射頻技術。氮化鎵器件和砷化鎵器件在製造上的合併是我們“砷化鎵中氮化鎵代工廠”策略的一部分,以使現存生產能力通過製造創新型氮化鎵基產品抓住增長機會。”

根據行業分析公司--策略數據公司的數據,2017年氮化鎵微電子市場將是現在的三倍,達到3.34億美元,年復合增長率(CAGR)達到28%。該市場由軍用(雷達、電子戰、通信)和商用(電源管理、蜂窩通信、有限電視、移動式無線電通信)共同推動。

RFMD公司功率寬帶部門副總裁傑夫博士稱:“利用我們在6寸砷化鎵製造技術的領先地位和高產量的專業知識,RFMD公司有能力增加6寸氮化鎵製造能力,來推出新的射頻功率產品,以此加速我們在通信、有線電視、能量轉換、雷達、干擾、宇航和代工業務中的利潤增長。”

氮化鎵技術可在有限芯片體積內支持寬頻帶和高擊穿電壓。6寸氮化鎵晶圓所能提供的有效面積是4寸氮化鎵晶圓的2.5倍,因此每個晶圓所產出的射頻功率器件數也增加2.5倍。晶圓面積越大,由此帶來的每個芯片成本更低,是為軍用和商用提供廉價、高性能單片毫米波集成電路(MMIC)的關鍵。RFMD公司預計在2014年將完成對6寸氮化鎵平台的驗證。

資料來源:中國新聞網 2013/09/23

氮化鎵(GaN)功率元件技術

2013/2/27

所謂「GaN」功率元件就是採用氮化鎵(GaN)作為電流通過路徑的功率元件,氮化鎵(GaN)原本被用來研究作為發光材料,目前為藍色LED等一般性發光二極體(LED)的主要零件,氮化鎵(GaN)同時也是寬能隙(WBG)的材料,除了可作為發光元件外,目前已成功地推出高頻功率放大器產品之功率元件應用。

氮化鎵(GaN)功率元件之一般特徵

氮化鎵(GaN)與矽(Si)、碳化矽(SiC)等元件之間的差異為元件的基本「型態」,圖1所示為使用氮化鎵(GaN)電子元件的一般結構,電晶體包含源極、閘極及汲極等3種電極,矽(Si)、碳化矽(SiC)元件一般所採用的電極結構為「垂直型」,亦即源極與閘極位於同一面,汲極位於機板側,而氮化鎵(GaN)則採用源極、閘極和汲極等電極全部在同一面的「水平型」結構,目前業界大多以此種「水平型」結構為研究對象,採用「水平型」結構的理由為利用存在於氮化鋁鎵-氮化鎵(AlGaN/GaN)界面中的2D電子氣體(2DEG)作為電流路徑。

氮化鎵(GaN)是一種自然會產生電極化(自發極化)的結晶,在施加壓力於結晶後會產生新的電極(偏極)的壓電材料,氮化鋁鎵(AlGaN)和氮化鎵(GaN)在自發極化時會出現差異,但由於晶格常數亦有所不同,因此一旦形成氮化鋁鎵-氮化鎵(AlGaN/GaN)異質結構後,就會因格子常數被加總,而造成結晶歪斜,甚至出現偏極。

此一意外形成的電極化差異,將使得氮化鎵的能帶(band),朝氮化鋁鎵(AIGaN)方向自然彎曲。因此,彎曲的部分就會產生2D電子氣體(2DEG)。此種2D電子氣體的電子遷移率極高(約1500 cm2/Vs),因此能達到非常快的切換速度。但相對地,因電子通過路徑隨時存在,即使閘極電壓0V,電流仍會通過,因此被稱之為「常開(Normal ON)元件」。


圖說:圖1:氮化鎵電晶體組件結構。

如前所述,業界對於寬能(WBG)材料的基本期許在於耐壓的提升。碳化矽(SiC)和矽(Si)基本上同樣採用垂直型結構,來達到高耐壓。不過,氮化鎵(GaN)並不相同。透過矽元件可知,如圖1所示的水平型結構幾乎無法耐壓,雖可藉由加大閘極/汲極之間的距離來提升耐壓,卻又會讓晶片的體積變大,也代表著成本上的增加。

只要採取圖1所示的結構,氮化鎵(GaN)功率元件就不具備耐壓特性,而是藉由2D電子氣體(2DEG)高速電子遷移率所帶來的高頻動作特性。因此,氮化鎵(GaN)電晶體通常也被稱為「氮化鋁鎵/氮化鎵高速電子遷移率場效電晶體(AlGaN/GaN HEMT: High Electron Mobility Tansistor)」。

氮化鎵(GaN)功率元件的特性

ROHM所研發的常開(Normal Open)型元件特性,閘極寬度為9.6cm。ROHM以維持其高頻特性作為目標,研究中發現到常開型元件具備了極為優異的動作特性。其中的td(on)、tr、td(off)、tf等特性指標代表其高速性。由於常開型元件在閘極出現負電壓時,元件將被關閉,0V時元件才會開啟。因此若以閘極電壓訊號OFF(元件開始準備開啟)時為t=0,以源極/汲極間電壓Vds降至施加電壓90%所需的時間為td(on),由90%降至10%所需的時間為tr,或是以閘極電壓ON時(元件開始準備關閉)為t=0,Vds增加至施加電壓10%所需的時間為td(off),而10%增加至90%所需的時間則以tf標示之。

以市面上的矽(Si)功率元件來說,td(on)、tr、td(off)、tf值大多在10 ns ~100 ns左右,而氮化鎵高速電子遷移率場效電晶體(GaN-HEMT)的數值全部都是數ns。若要執行10 MHz、duty50%的脈衝動作,ON/OFF時間只不過50ns,但經過10ns的上升/下降動作,脈衝實際寬度會變為30ns,完全無法維持矩形波形。使用HEMT的話,即使在10MHz條件下也能執行動作。

氮化鎵高速電子遷移率場效電晶體(GaN-HEMT)存在著電流崩潰(current collapse)的問題,一種在施加汲極電壓狀態下,所產生的電阻變化現象,當切換頻率改變時,會發生導通(ON)電阻變化,Vds ON時不會變為0V,OFF時也不會回到所施加的電壓值。

ROHM常開型元件在改變閘極電壓的切換頻率時,Vds的變化狀況,由於閘極驅動器並未被最佳化,因此在10MHz時,就會出現負載值(duty)無法達到50%的問題,但在這個頻率範圍內,並未出現任何電流崩潰的傾向。因此,除了常開(Normal Open)這個問題外,氮化鎵(GaN)的確具有絕佳高速動作特性。

如何讓元件常閉(Normal OFF),幾乎為所有的應用產品的設計前提,唯有改善此種具有絕佳高頻特性的常開型元件特性,並思考其應用領域方能將氮化鎵(GaN)效用發揮到極致。

資料來源:DigiTimes 2013/02/27

轉換電子元件新革命 GaN功率技術再進化

2013/1/6

國際整流器(IR)的科學家預測既有的技術樣式須要有所變革,因此開發突破性的氮化鎵(GaN)功率元件技術平台,該技術保證其性能指數(FOM)較現今最先進的矽金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)至少優越十倍,能為商業應用的GaN功率元件將帶來嶄新的解決方案,使具備高成本效益的高密度、高效率功率轉換技術出現革命。 GaN功率元件嶄露鋒芒

功率MOSFET還未面世的時候,雙極性電晶體是重要的功率電子產品,而線性供電則支配著電源世界。然而,當30年前商用矽六角形金氧半場效電晶體(HEXFET)(當中包括已經成為IR商標的HEXFET)推出市場,功率電子便掀起新浪潮。功率MOSFET促使市場迅速接受開關模式電源,使其可以變得更細小、更輕巧與更有效率,此後,MOSFET就成為許多應用必然選擇的功率元件。

MOSFET在這幾10年來不斷演變(圖1),由平面HEXFET到TrenchFET和超結FET,矽MOSFET在FOM方面有顯著的改進,使這種元件能夠適用於不同的應用。

 

圖1 由HEXFET到TrenchFET及SJ FET,矽功率MOSFET已經歷30年的演變,並在電源市場廣泛應用,然矽功率MOSFET現已接近成熟期。

但近來MOSFET開始邁入性能的停滯期,從圖1可見,矽功率電晶體已經接近成熟階段,即使竭盡全力期望矽功率FET再有進步,結果也只會以更多的成本得到更少的回報。

為了要滿足市場對功率MOSFET愈來愈高的需求,產業界已經研發出一款革命性的GaN功率元件技術平台GaNpowIR,其保證FOM能比現在最先進的矽MOSFET優異十倍,並在眾多不同的應用皆有龐大的潛能。與30多年前矽功率MOSFET情況相同,產業界的專有矽基板GaN晶圓製程和元件製造技術預期具備成本效益的高頻率、高密度功率轉換解決方案將會締造新世代。

GaN技術平台實現量產化

功率應用要利用GaN技術,就要選擇一種基板來形成GaN層。大的GaN、碳化矽(SiC)和藍寶石晶圓或多或少都有成本、供應量及尺寸的缺點。過去就算矽是最具吸引力的低成本基板物料,在實際生產時仍有不少問題,包括會形成瑕疵及變形。由於晶格常數、基板與晶圓膜之間的熱膨脹係數出現固有的錯配,因此要完成可靠且有高品質的矽基板GaN異質晶圓製程程序並不容易。工程人員投入大量的精力來創建可解決這些問題的控制程序和方法,最終開發出一種不良率很低,同時一致性及元件可靠性很高的晶圓膜。產業界開發的GaNpowIR平台便在低成本的150毫米直徑矽晶圓上沉積大量的GaN物料。  

與晶圓製程相關的製造成本是GaN技術商業化的另一個潛在障礙。早期的GaN製造均須經歷昂貴的程序,如沉積金,抑或不能進行自動化的運作程序。相反的,GaNpowIR原本即是在標準互補式金屬氧化物半導體(CMOS)生產線上製造而設計,此不但可降低成本,還確保製造程序能夠配合大量生產。  

GaNpowIR除了藉著為商業應用量產來確保性價比,此技術平台也是為迎合業界的元件品質和耐用性標準來設計。有關的GaN功率元件不斷經過多種內部可靠性測試,以勾畫出其故障模式,另外還加上傳統的產品品質認可測試,如此便可確保的GaNpowIR元件能夠在它們預定的工作壽命期間可靠運作。  

相關產品的首個批量版本計畫在2009年年終推出,而首款上市的型號將會是適用於由典型12伏特降壓到1伏特以下的應用,採用30伏特額定值的整合式封裝直流對直流(DC-DC)功率級GaN晶體管。擁有更高電壓額定值的元件將會在2010年及後續推出。  

基本的矽基板GaN功率元件是一種高電子遷移率晶體管(HEMT)(圖2),是由優質GaN表面的氮化鋁鎵(A1GaN)薄層親密活動,自發而成的二維電子氣(2DEG)。由於此種元件結構是基於配備高電子遷移率通道的HEMT,不用外施電壓也能傳導,所以GaN HEMT一般都是保持在啟動狀態。

 

圖2 矽基板GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)結構的早期橫切面

矽基板GaN具低導通電阻優勢

GaN功率HEMT結合高傳導電子密度、高電子遷移率和更高帶隙,使其可在指定的反向耐壓下,顯著降低元件的導通電阻RDS(on)。圖3便顯示在不同額定電壓下所計算出來的Si、SiC和GaN物理極限曲線,由此可見,GaN的導通電阻比Si和SiC要少十倍以上。經過30年的發展,矽MOSFET已經接近甚至到達物理極限,僅如超結FET或絕緣柵雙極電晶體(IGBT)為較低FOM折衷開關性能及程序複雜性(成本)的元件例外。近來SiC功率FET的性能數據已在文獻上公開,它們看來能夠提供較矽更好的導通電阻,但仍有進一步改善空間。GaN FET公開的性能表現同樣較矽為佳,但未來在此種物料到達極限之前,還可有長足進步。若生產成本能夠低到一定水平,具吸引力的性價比便將推動GaN取代矽功率MOSFET,此正是GaNpowIR平台開發理由,現今大可按相關程度為個別應用選出數個性能指數作為衡量性能憑證。

 

圖3 目前GaN FET其性能已經超越矽元件,同時隨著GaN FET進一步發展,兩者的距離將會愈來愈遠。

矽基板GaN元件兼顧效能/密度/成本

簡單的功率級價值主張可定義為效率×密度/成本,此數式包含三個成分係數之間著名的必定權衡關係,同時不論任何時間,此一價值主張大多數是受性能表現最佳的功率元件所推動。因此,像GaNpowIR這些新元件在R×柵極電荷(Qg)方面雖然有大幅的改善,但成本只會有略微增加,結果帶來革命性的效率、密度和成本水平,又或者是三者之間的不同權衡。以下便是一些GaNpowIR使密度和效率有所改進的例子。

如前所述,GaN功率元件能夠實現Qg的顯著下降,所以元件的開關FOM RDS(on)×Qg也較矽元件低很多。圖4展示的模擬實驗結果推斷低電壓(30伏特)GaN功率元件的R×Qg FOM將不斷改進。根據雛型產品的數據及計畫中的改善進程,第一代矽基板GaN HEMT的RQ FOM將比目前最先進的矽MOSFET優異33%。

 

圖4 持續的改進保證在GaNpowIR平台推出後5年內,30伏特矽基板功率元件的Rds(on)×Qg FOM將會減少十倍。

有關的FOM數據預計至2014年更將低於5mΩ-nC,比新一代MOSFET先進十倍。

此對某一個應用的密度有甚麼影響?圖5展示在為伺服器進行微處理器穩壓的情況下,一個與GaN改進時程(圖4)並行的應用改善藍圖。圖中顯示相關解決方案的占位面積和效率,該例子能夠提供100安培的電流,電壓則由12伏特轉換到1.2伏特。在2007年,當時最佳的矽解決方案可以1.4平方吋的體積提供85%的效率。2009年的GaNpowIR功率級將能夠把頻率提升到5MHz,但同時把效率保持在相同水平。這表示因為解決方案能在更高的頻率下工作,所以能夠減少被動元件的數目,並採用更小巧的電感器,從而使解決方案的體積縮小一半。至2011年,預期中的GaN技術改善將使解決方案的體積進一步縮小,但效率就可以保持。由2012年開始,GaN技術的進步將使解決方案可採用更高的頻率,足夠讓它移近負載,至2014年,還可與微處理器和降壓轉換器協同封裝。隨著調節器的位置更加接近負載,系統寄生損耗(電感器、負載線等)顯著下降。雖然轉換器效率維時在85%,整體的系統效率卻因為寄生損耗減少而增加(圖5)。總的來說,GaNpowIR的改進預料可讓整體解決方案的體積縮減差不多十倍。

 

圖5 對多相100安培、12伏特到1.2伏特DC-DC轉換器的體積和功率轉換效率之影響。

為了測試在毋須影響效率的情況下功率轉換密度的新水平,產業界已開發出一個配備GaN功率級的5MHz負載點(POL)轉換器雛型,此模組乃為12安培負載電流、12伏特輸入及1.8伏特(典型)輸出而設計。這個以5MHz開關的GaN POL模組的效率比現在典型的商用解決方案還要高,但體積就只有後者的三分之二(圖6),此可全面運作的GaN 5MHz模組面積只有7毫米×9毫米,卻在10安培負載下展現出86.5%效率。

 

圖6 IR配備GaN功率級,在5MHz下運作的10安培 POL轉換器雛型,能提供與1MHz開關的矽解決方案相似的效率,但體積則小三分之一。

如前所述,GaNpowIR使功率轉換效率到達新水平。圖7便顯示出GaN與現在的矽解決方案比較下,對12伏特:1.2伏特降壓轉換率的改善程度。對單相降壓轉換器而言,圖4展示的GaNpowIR R×Qg改進藍圖代表在2009年,新技術將會比今天典型的矽解決方案在尖峰效率方面有超過3%的改善。按預計的改進進程,GaNpowIR將在5年內提供94.5%效率,也就是較現存解決方案有5%的改善。在企業電源應用方面,此代表系統運作成本可大幅降低(因為減少電力耗用和散熱負載),同時碳排放量也會顯著減少。

 

圖7 GaNpowIR為同步降壓穩壓器應用,如筆記簿型電腦、伺服器、DDR多種負載點轉換器,大幅提高效率,從而減少電力成本,並有助保護地球。

GaNpowIR並將為更高電壓下的功率轉換帶來革命,把實際量度的數據與預測的結合來分析,採用5毫米×6毫米封裝、200伏特額定值的GaN元件,其Rds(on)初期將比矽FET低最多三倍,不過持續的改進應該使其性能在5年內有十倍的改善。如圖8所示,這些結果暗示至2014年,採用5毫米×6毫米封裝的200伏特GaN開關,其Rds(on)將低於5毫歐姆,而現有相同限制的矽功率MOSFET,Rds(on)則為50毫歐姆。

 

圖8 至2014年,200伏特矽基板GaN HEMT的RDS(on)將會低於5毫歐姆,比現在的矽MOSFET優越十倍。

IR在更高的電壓下也展示GaN整流器在反向恢復行為方面可與SiC匹敵。圖9便顯示GaN及SiC二極管的低反向恢復特性(Irr)是一樣的,且兩者都比最先進的600伏特超高速矽二極管要低很多。因為沒有少數載子,所以Irr非常重要。結果GaN快速且寧靜的開關性能,大幅減少或免除了原本的濾波電路需求。由於在GaNpowIR平台上,矽基板GaN擁有低成本,因此GaN二極管的生產成本可較SiC二極管低。

 

圖9 GaN與SiC二極管的低反向恢復特性是一樣的,但兩者都遠比最先進的矽二極管為佳。

GaN功率FET方案 FOM迭有進展  

現在的GaN功率FET,包括那些由IR的GaNpowIR平台所生產的,其性能已經比矽解決方案更好,改善程度甚至遠遠超過原先預期的,情況就如在上世紀80和90年代的矽MOSFET一樣。結果,新技術顯著提高功率轉換密度、效率及成本效益的可達到水平。GaNpowIR平台是為改進商業化而開發,從而提供性能和成本效益均超越現有水平的GaN功率轉換解決方案,帶來高品質、可靠性和適當的優勢。有關方面已開發雛型產品來展示早期GaN元件的能力。規畫改進藍圖預期主要的FOM將有十倍的改善。首款整合式DC-DC功率級計畫在2009年年終推出。  

資料來源:新電子

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