功率模块材料及SiC发展解析及合明科技功率模块清洗剂介绍

下面我将为您详细解析功率模块的应用材料，并重点阐述碳化硅（SiC）在其中比重及发展情况。

第一部分：功率模块的应用材料解析

功率模块是一个集成了多个功率半导体芯片（如IGBT、MOSFET、二极管等）、辅助电路、基板、绝缘层和外壳的系统。其材料选择直接决定了模块的性能、可靠性和成本。主要材料可以分为以下几大类：

1. 半导体芯片材料

这是功率模块的“心脏”，负责电能转换的核心。

• 硅（Si）：传统且主流的技术。基于硅的IGBT和MOSFET在中等电压、频率和功率领域占据统治地位，技术成熟，成本低。

  
  

• 碳化硅（SiC）：第三代宽禁带半导体代表。SiC MOSFET和SBD（肖特基二极管）具有高耐压、高开关频率、低导通损耗和耐高温的优异特性。

• 氮化镓（GaN）：同为第三代半导体，性能与SiC类似，但在更高频率（MHz级别）和稍低功率领域更有优势。目前更多用于分立器件，在功率模块中应用相对较少，但也在发展中。

2. 衬底/基板材料

承载芯片，并提供电气连接和机械支撑。

• 直接覆铜板（DBC）：最常用的技术。在陶瓷基片（如Al₂O₃、AlN、Si₃N₄）的两面覆上铜箔，通过高温共烧而成。

• 氧化铝（Al₂O₃）：最常用，成本低，但导热性一般。

• 氮化铝（AlN）：导热性能是氧化铝的5-8倍，是高性能模块的首选，但成本较高。

• 氮化硅（Si₃N₄）：机械强度极高，抗热冲击性能最好，常用于要求苛刻的车规级模块，成本最高。

• 陶瓷层材料：

• 活性金属钎焊（AMB）：一种更先进的DBC工艺，特别适用于结合SiC芯片。它在高温下通过活性金属焊料将铜箔与陶瓷焊接，结合力更强，可靠性更高，尤其适合Si₃N₄等高强度陶瓷。

3. 焊接与互连材料

用于将芯片连接到DBC，以及将DBC连接到底板。

• 芯片贴装：

• 软钎料：如含铅（Pb-Sn）或无铅（Sn-Ag-Cu）焊料。传统、成本低，但存在热疲劳失效风险。

• 银烧结（Sintering）：先进技术。在高温高压下使银粉颗粒烧结成型，形成高导热、高熔点、高可靠性的连接层，特别适合高温工作的SiC模块。

• 内部引线互连：

• 铝线键合：最传统和广泛使用的技术。成本低，但存在寄生电感大、抗热疲劳能力差的问题。

• 铜线键合：寄生电感更小，载流能力更强，但硬度高，对芯片有应力。

• 柔性铜箔/夹片：取代键合线，采用平面互连，大幅降低寄生电感和热应力，是新一代高性能模块（尤其是SiC模块）的标志性技术。

4. 外壳与封装材料

• 外壳：通常为PPS、PBT等高温工程塑料。

• 灌封胶/凝胶：填充模块内部，起到绝缘、防潮、导热和机械保护的作用，常用硅凝胶。

• 散热基板：模块底部，用于将热量传导至散热器，通常是铜或铝。

第二部分：SiC在功率模块中的比重及发展情况解析

1. SiC在功率模块中的比重（市场占比）

• 从市场规模看：目前，以硅基IGBT为主的功率模块仍然占据着整个功率模块市场的绝对主导地位，预计份额超过90%。SiC功率模块仍处于快速增长的早期阶段。

• 从价值占比看：虽然SiC模块的出货量占比小，但由于其单价远高于同功率等级的硅模块，其在整体销售额中的占比正在迅速提升。在新能源汽车等高端应用领域，SiC模块的渗透率已经相当可观。

• 具体数据参考：根据多家市场研究机构（如Yole Développement）的报告，到2027-2028年，SiC功率器件市场规模有望超过80亿美元，其中车规级功率模块是最大的驱动力。在800V平台电动车中，主逆变器采用SiC模块已成为主流方案，渗透率预计将超过50%。

总结：SiC功率模块目前是“小而精”的高端产品，在整体数量上不占优，但在增长速度和高端应用价值上正扮演着越来越重要的角色。

2. SiC功率模块的发展情况

a. 发展驱动力：

• 新能源汽车：这是最大的驱动力。SiC模块能提升电动车续航里程（约5-10%）、降低系统体积重量、支持800V高压快充。

• 工业与能源：光伏逆变器、储能系统、不间断电源（UPS）、工业电机驱动等，对效率提升有迫切需求。

• 轨道交通、智能电网等。

b. 技术发展趋势：

1. 模块封装技术革新：

• 从线键合到平面互连：为了充分发挥SiC的高频特性，必须降低封装寄生电感和电阻。采用铜夹片、柔性PCB等取代传统的铝线/铜线键合已成为主流趋势。

• 从焊料到烧结：银烧结技术因其更高的熔点和工作温度，成为确保SiC芯片在高温下长期可靠工作的关键技术。

• 从传统DBC到AMB：AMB衬底凭借其更高的可靠性，尤其与Si₃N₄陶瓷结合，成为车规级SiC模块的标配。

• 双面散热/全塑封：更先进的封装形式，如英飞凌的.XT技术、丹佛斯的DCM™等，进一步提升散热能力和功率密度。

2. 电压与功率等级全覆盖：

• 从最初的650V/1200V，向1700V、3300V甚至更高电压发展，以切入工业驱动、风电等更大功率领域。

3. 成本下降：

• 随着衬底尺寸从6英寸向8英寸迈进、制造良率提升和产能扩张，SiC材料的成本正在逐年下降，使其应用范围从高端豪华车向中端经济型车型渗透。

c. 面临的挑战：

• 成本：尽管在下降，但SiC模块的成本仍是硅基IGBT的2-3倍甚至更高，是阻碍其大规模普及的主要障碍。

• 供应链与可靠性：高质量SiC衬底仍有一定稀缺性，且长期可靠性数据仍需在严苛应用中（如汽车）不断积累和验证。

• 技术门槛：先进的封装工艺（如烧结、AMB）对制造提出了更高要求。

总结

• 材料：功率模块是一个材料科学集大成者，从Si/SiC/GaN芯片，到Al₂O₃/AlN/Si₃N₄陶瓷，再到焊料/烧结互连、铝线/铜夹片，每一种材料的进步都推动着模块性能的提升。

• SiC比重：SiC功率模块目前是市场增长的“明星”，在高端应用（尤其是新能源汽车）中比重迅速攀升，但在整个功率模块大盘中，数量上仍由成熟的硅技术主导。

• SiC发展：SiC功率模块正朝着更高功率密度、更高频率、更高可靠性、更低寄生参数和更低成本的方向飞速发展。其未来将与硅基IGBT形成互补共存的格局，而非简单替代——硅基IGBT将继续主导中低端和成本敏感型市场，而SiC将统治对效率、功率密度和高温性能有极致要求的高端市场。

SiC功率模块清洗-合明科技锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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