功率半導(dǎo)體市場(chǎng)包括分立元件、模塊和集成電路，服務(wù)于汽車、工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域。為了利用電氣化趨勢(shì)，Carsem 密切關(guān)注日益增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(EV) 和可再生能源產(chǎn)品領(lǐng)域。

碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 是寬帶隙 (WBG) 半導(dǎo)體中常用的兩種材料。SiC 和 GaN 的帶隙比傳統(tǒng)硅更寬（分別為 3.3eV 和 3.4eV），這使其在高功率密度和更高頻率的應(yīng)用中具有出色的性能。Carsem 目前正致力于開(kāi)發(fā)必要的工藝、材料和封裝解決方案，以滿足 WBG 功率半導(dǎo)體市場(chǎng)不斷變化的需求。

Inderjeet Singh 表示，SiC 和 GaN 功率器件在材料科學(xué)和封裝技術(shù)方面面臨四大挑戰(zhàn)：熱管理、電氣性能、可靠性、成本和可擴(kuò)展性。

“一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是熱管理，尤其是對(duì)于導(dǎo)熱性較低的 GaN 而言。這需要通過(guò)采用熱界面材料 (TIM) 和改進(jìn)封裝組裝過(guò)程中的沉積工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)高效散熱。此外，材料和封裝材料（如基板、模塑化合物、互連和芯片粘接材料）之間的不同熱膨脹系數(shù) (CTE) 會(huì)引起機(jī)械應(yīng)力，從而影響溫度循環(huán)期間模塊的可靠性”，Singh 說(shuō)道。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是電氣性能，特別是對(duì)于高壓應(yīng)用。這需要選擇能夠承受強(qiáng)電場(chǎng)的材料，例如具有高相對(duì)跟蹤指數(shù) (CTI) 的模塑化合物。此外，更快的開(kāi)關(guān)速度需要新的、經(jīng)濟(jì)高效的互連技術(shù)來(lái)限度地減少寄生電感。

可靠性也是一個(gè)問(wèn)題。為了防止可靠性在 產(chǎn)品生命周期內(nèi)下降，封裝內(nèi)需要表面鈍化和粘合促進(jìn)劑。，成本和可擴(kuò)展性帶來(lái)了挑戰(zhàn)。由于汽車制造商通常采用定制模塊設(shè)計(jì)，因此實(shí)現(xiàn)材料規(guī)模經(jīng)濟(jì)變得困難。此外，這些模塊缺乏標(biāo)準(zhǔn)化封裝，阻礙了它們的采用和集成。

SiC 和 GaN 功率模塊

SiC 功率模塊是先進(jìn)的半導(dǎo)體器件，可提高電力電子系統(tǒng)的性能。它們利用碳化硅的優(yōu)越屬性，包括更高的導(dǎo)熱性、更高的能源效率以及與硅基解決方案相比在更高電壓和溫度下工作的能力。這些特性使 SiC 功率模塊成為電動(dòng)汽車、可再生能源系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備的理想選擇，有助于限度地減少能源損失、提高功率密度和提高系統(tǒng)效率。

GaN 電源模塊代表了半導(dǎo)體器件，可為電力電子提供顯著的性能提升。氮化鎵的特性使這些模塊能夠在更高的頻率、電壓和溫度下以比傳統(tǒng)硅基模塊更高的效率運(yùn)行。這意味著限度地減少能量損失、加快開(kāi)關(guān)速度，并開(kāi)發(fā)更小、更輕的電源系統(tǒng)。GaN 電源模塊在快速充電器、數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車和可再生能源系統(tǒng)等應(yīng)用中具有特殊優(yōu)勢(shì)，有助于提高功率密度、效率和整體系統(tǒng)性能。

Singh 表示，雖然客戶偏好（集成設(shè)備制造商或無(wú)晶圓廠公司）終決定了他們特定產(chǎn)品的選擇，但以下因素為明智的決策提供了框架。

材料特性及應(yīng)用要求

電壓和溫度：由于 SiC 具有寬帶隙和優(yōu)異的熱導(dǎo)率，因此在高壓（600V 以上）和高溫環(huán)境中表現(xiàn)出色。這使其成為電動(dòng)汽車逆變器、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電源等應(yīng)用的理想選擇，這些應(yīng)用適用于數(shù)據(jù)中心、航空航天和軍事應(yīng)用等要求嚴(yán)苛的環(huán)境中，在這些環(huán)境中，惡劣條件下的可靠性至關(guān)重要。

開(kāi)關(guān)速度：GaN 擁有更高的電子遷移率，這意味著更快的開(kāi)關(guān)速度。這一特性在需要高頻操作的應(yīng)用中非常有利，例如快速充電器、電源適配器和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。然而，SiC 在可接受中等開(kāi)關(guān)速度的應(yīng)用中越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗钠渌匦砸矌?lái)了顯著的優(yōu)勢(shì)。

成熟度和成本

制造成熟度：與 GaN 相比，SiC 技術(shù)擁有更成熟的大規(guī)模制造基礎(chǔ)。這意味著可用性更高，成本更低。

成本和可擴(kuò)展性：GaN 通常被認(rèn)為比 SiC 更便宜，而且持續(xù)的開(kāi)發(fā)工作正在推動(dòng)該技術(shù)向更高電壓應(yīng)用發(fā)展。此外，GaN 還具有更好的可擴(kuò)展性，因此對(duì)于成本效益至關(guān)重要的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它具有吸引力。