半导体功率器件焊锡膏清洗合明科技介绍：什么是半导体功率器件？

什么是半导体：

半导体是指同时具有容易导电的“导体”和不导电的“绝缘体”两方面特性的物质。能够实现交流电转为直流电——“整流”、增大电信号——“增幅”、导通或者阻断电——“开关”等。

一、什么是功率半导体：

功率半导体是能够支持高电压、大电流的半导体，在分立器件中占据主要地位。具有不同于一般半导体的结构，在使用高电压、大电流时也不会损坏。 功率半导体主要用于改变电压和频率；或将直流转换为交流，交流转换为直流等形式的电力转换。

二、功率半导体器件主要功能：

功率半导体的作用是在高电压或大电流条件下，用于改变电压和频率，或将直流转换为交流，交流转换为直流等形式的电力转换，包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等。

三、功率半导体器件类型：

功率半导体器件种类众多， 功率半导体根据载流子类型可分为双极型与单极型功率半导体。双极型功率半导体包括功率二极管、双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）、电力晶体管（Giant Transistor， GTR）、晶闸管、 绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor， IGBT）等，单极型功率半导体包括功率 MOSFET、肖特基势垒功率二极管等，防护器件可视其产业端的分支。

四、功率半导体器件芯片产线：

四寸线对应晶闸管，功率半导体过压保护器件（TVS、TSS、可编程过压保护集成电路等），二极管（高阻断电压二极管、低压降二极管、整流桥等）；六寸线对应高端肖特基晶圆和高压MOSFET；八寸线对应IGBT，沟槽MOSFET和超结MOSFET；十二寸线对应部分IGBT。

五、功率半导体应用领域：

终端应用领域包括光伏发电、风力发电、轨道交通、新能源汽车、照明、仪器、仪表、家用电器、通讯、IT等。经营模式：主要以B2B2C和B2C等为主。其中，IDM具备核心竞争力。

六、功率半导体市场格局 ：

国际厂商制造水平较高，已经形成了较高的专业壁垒。预计在 2022 年全球功率半导体市场规模将达426亿美元。在全球功率半导体市场中，英飞凌以 12%的市场占 有率排名第一。欧美日厂商凭借其技术和品牌优势，占据了全球功率半导体器件市场的70%。大陆、台湾地区主要集中在二极管、低压 MOSFET 等低端功率器件市场，IGBT、中高压 MOSFET等高端器件市场主要由欧美日厂商占据。

我国开展功率半导体的研究工作比较晚，且受到资 金、技术及人才的限制，功率半导体产业整体呈现出数量偏少、企业规模偏小、技术水平 偏低及产业布局分散的特点。原始创新问题成为阻碍国内功率半导体产业发展的重要因素。国际功率半导体厂商尚未形成专利和标准的垄断。相比国外厂商，国内厂商在服务客户需求和降低成本等方面具有竞争优势。功率半导体的国产代替空间十分广阔。

七、功率半导体器件现状：

中国功率半导体市场占世界功率半导体市场份额的 50%以上，但在中高端 MOSFET 及 IGBT器件中，90%依赖于进口。

八、功率半导体器件分类

功率半导体器件包含MOSFET，二极管，IGBT，晶闸管等，属于同一个器件分类，都是功率电能转换开关元件，但是侧重于不同的应用领域。如晶闸管适用于低频交流控制，中大功率应用；MOSFET适用于高频直流控制，中小功率应用。晶闸管和MOSFET是可以用于同一终端电器，比如在交流输入电能转换为直流可以用晶闸管，然后直流升降压控制用MOSFET，比如家用电器的交流输入端用晶闸管控制，在后续直流转换控制用MOSFET；电动工具的交流输入端用晶闸管控制，在直流无刷电机用MOSFET。MOSFET和晶闸管都属于功率半导体器件，生产工艺和设备完全兼容，主要包含光刻，腐蚀，扩散，离子注入，薄膜淀积，背面减薄，金属化等工艺，主要差别是晶闸管的光刻线宽要求不高，同时高温扩散温度要求较高。

1.晶闸管：晶闸管又名可控硅，属于功率半导体器件领域，是一种功率半导体开关元件，具有整流器件的特性，能在高电压，大电流条件下工作，且其工作过程是可以控制的，电流控制型器件。因此，晶闸管可被广泛应用于可控整流，交流调压，无触点电子开关，逆变及变频等电子电路中。终端产品：白色家电（洗衣机，冰箱，热水器等），小家电、电动工具、漏电保护器、汽车电子。

2.防护器件：防护器件又名浪涌保护器，是一种供电线路过电压保护装置，具有极快的相应时间和相当高的浪涌吸收能力，当两端经受瞬时的高能力冲击时，能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬时大电流，保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。可用于保护设备或者电路免受静电，电感性负载切换时产生的瞬时电压以及感应雷击所产生的过电压。终端产品：电表，网络通信，安防系统，照明系统。

3.MOSFET的全称是metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 金属-氧化物半导体场效应晶体管，属于功率半导体器件领域，也是一种功率半导体开关元件，是一种电压控制性电能转换器，具有输入阻抗高，开关速度快，转换效率高等特点。终端产品：家用电器、汽车电子、消费电子（手机、笔电、线材）、开关电源（充电器、适配器、LED）、电动工具、无刷电机、逆变器（UPS、太阳能逆变器、风能逆变）。

4.IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管） 和 MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT 可以实现直流电和交流电之间的转化或者改变电流的频率，有逆变和变频的作用。

IGBT 多应用于高压领域，MOSFET 主要应用在高频领域。从产品来看，IGBT 一般应用在高压产品上，电压范围为 600-6500V。MOSFET 的应用电压相对较低，从十几伏到 1000V。但是，IGBT 的工作频率比 MOSFET 低许多。MOSFET 的工作频率可以达到 1MHz 以上，甚至几十 MHz，而 IGBT 的工作频率仅有 100KHz。IGBT 集中应用在逆变器、变频器等高压产 品。而 MOSFET 主要应用在镇流器、高频感应加热等高频产品。

按电压分布来看，消费电子领域运用的 IGBT 产品主要在 600V 以下，如数码相机闪光灯等。1200V 以上的 IGBT 多用于电力设备、汽车电子、高铁及动车中。动车组常用的 IGBT 模块 为 3300V 和 6500V。智能电网使用的 IGBT 通常为 3300V。

九、半导体发展历程

半导体可大致分为三代，第三代半导体也被称为新一代半导体（理解为，材料上的差异导致应用领域延伸与拓展，包括部分功能）。

第一代半导体材料硅(Si)和锗(Ge)主要用于以计算机为代表的数值计算，成就了“美国硅谷”高科技产业群，促成英特尔、德州仪器等半导体巨头的诞生。

第二代半导体材料砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)主要用于无线通信，带来了光纤通信、移动通信、GPS全球导航等电子信息业的飞速发展。

第三代半导体材料禁带宽度(能带隙)大，又称宽禁带半导体;主要包括碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，SiC最接近产业化（目前国内部分功率半导体器件厂家结合部分院校共同研发实现小部分量产）。第三代宽禁带半导体具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，将逐步形成功率半导体器件发展趋势。目前第三代半导体的典型应用，包括新能源汽车、轨道交通、输电系统、太阳能和风能并网、雷达、5G移动通信等领域。