ວິທີການທີ່ SiC ແລະ GaN ກຳລັງປະຕິວັດການຫຸ້ມຫໍ່ຂອງເຄື່ອງນຳໄຟຟ້າ

ອຸດສາຫະກຳເຄິ່ງຕົວນຳໄຟຟ້າກຳລັງຢູ່ໃນໄລຍະການປ່ຽນແປງທີ່ຂັບເຄື່ອນໂດຍການນຳໃຊ້ວັດສະດຸແບນວິດກວ້າງ (WBG) ຢ່າງໄວວາ.ຊິລິກອນຄາໄບດ໌(SiC) ແລະ Gallium Nitride (GaN) ແມ່ນຢູ່ແຖວໜ້າຂອງການປະຕິວັດນີ້, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນພະລັງງານລຸ້ນຕໍ່ໄປມີປະສິດທິພາບສູງຂຶ້ນ, ການສະຫຼັບໄວຂຶ້ນ, ແລະ ປະສິດທິພາບຄວາມຮ້ອນທີ່ດີກວ່າ. ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ກຳນົດຄຸນລັກສະນະທາງໄຟຟ້າຂອງເຄິ່ງຕົວນຳພະລັງງານຄືນໃໝ່ເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງສ້າງສິ່ງທ້າທາຍ ແລະ ໂອກາດໃໝ່ໆໃນເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່. ການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ມີປະສິດທິພາບແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍເພື່ອນຳໃຊ້ທ່າແຮງຂອງອຸປະກອນ SiC ແລະ GaN ຢ່າງເຕັມທີ່, ຮັບປະກັນຄວາມໜ້າເຊື່ອຖື, ປະສິດທິພາບ, ແລະ ອາຍຸການໃຊ້ງານທີ່ຍາວນານໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການຄວາມຕ້ອງການສູງເຊັ່ນ: ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ (EV), ລະບົບພະລັງງານທົດແທນ, ແລະ ເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າພະລັງງານອຸດສາຫະກຳ.

ຂໍ້ດີຂອງ SiC ແລະ GaN

ອຸປະກອນພະລັງງານຊິລິໂຄນ (Si) ແບບທຳມະດາໄດ້ຄອບງຳຕະຫຼາດມາເປັນເວລາຫຼາຍທົດສະວັດແລ້ວ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຍ້ອນວ່າຄວາມຕ້ອງການເພີ່ມຂຶ້ນສຳລັບຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນ, ປະສິດທິພາບທີ່ສູງຂຶ້ນ, ແລະຮູບແບບທີ່ກະທັດຮັດຫຼາຍຂຶ້ນ, ຊິລິໂຄນປະເຊີນກັບຂໍ້ຈຳກັດພາຍໃນ:

• ແຮງດັນໄຟຟ້າແຕກຫັກທີ່ຈຳກັດເຮັດໃຫ້ມັນເປັນການຍາກທີ່ຈະປະຕິບັດງານຢ່າງປອດໄພໃນແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ສູງຂຶ້ນ.

• ຄວາມໄວໃນການປ່ຽນຊ້າລົງ, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ການສູນເສຍການສະຫຼັບທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນໃນການນຳໃຊ້ຄວາມຖີ່ສູງ.

• ການນຳຄວາມຮ້ອນຕ່ຳກວ່າເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ເກີດການສະສົມຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຄວາມຕ້ອງການໃນການເຮັດຄວາມເຢັນທີ່ເຂັ້ມງວດຂຶ້ນ.

SiC ແລະ GaN, ໃນຖານະເປັນເຄິ່ງຕົວນຳ WBG, ເອົາຊະນະຂໍ້ຈຳກັດເຫຼົ່ານີ້:

• ຊີຊີສະເໜີແຮງດັນໄຟຟ້າແຕກຫັກສູງ, ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດ (3–4 ເທົ່າຂອງຊິລິກອນ), ແລະ ຄວາມທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງ, ເຮັດໃຫ້ມັນເໝາະສຳລັບການນຳໃຊ້ພະລັງງານສູງເຊັ່ນ: ອິນເວີເຕີ ແລະ ມໍເຕີແຮງດຶງ.

• GaNໃຫ້ການສະຫຼັບໄວທີ່ສຸດ, ຄວາມຕ້ານທານເປີດຕໍ່າ, ແລະ ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນສູງ, ເຮັດໃຫ້ຕົວແປງພະລັງງານທີ່ກະທັດຮັດ ແລະ ມີປະສິດທິພາບສູງເຮັດວຽກຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ສູງ.

ໂດຍການນຳໃຊ້ປະໂຫຍດດ້ານວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້, ວິສະວະກອນສາມາດອອກແບບລະບົບພະລັງງານທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງຂຶ້ນ, ຂະໜາດນ້ອຍລົງ, ແລະ ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືທີ່ດີຂຶ້ນ.

ຜົນສະທ້ອນຕໍ່ການຫຸ້ມຫໍ່ພະລັງງານ

ໃນຂະນະທີ່ SiC ແລະ GaN ປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນໃນລະດັບເຄິ່ງຕົວນຳ, ເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ຕ້ອງພັດທະນາເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາຄວາມຮ້ອນ, ໄຟຟ້າ ແລະ ກົນຈັກ. ການພິຈາລະນາທີ່ສຳຄັນລວມມີ:

1. ການຈັດການຄວາມຮ້ອນ
   ອຸປະກອນ SiC ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ໃນອຸນຫະພູມເກີນ 200°C. ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍເພື່ອປ້ອງກັນການລະບາຍຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຮັບປະກັນຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖືໃນໄລຍະຍາວ. ວັດສະດຸເຊື່ອມຕໍ່ຄວາມຮ້ອນທີ່ກ້າວຫນ້າ (TIMs), ຊັ້ນຮອງທອງແດງ-ໂມລິບດີນໍາ, ແລະ ການອອກແບບການກະຈາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ດີທີ່ສຸດແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍ. ການພິຈາລະນາດ້ານຄວາມຮ້ອນຍັງມີອິດທິພົນຕໍ່ຕໍາແຫນ່ງແມ່ພິມ, ຮູບແບບໂມດູນ, ແລະ ຂະໜາດແພັກເກດໂດຍລວມ.

2. ປະສິດທິພາບທາງໄຟຟ້າ ແລະ ປາສິດ
   ຄວາມໄວໃນການສະຫຼັບທີ່ສູງຂອງ GaN ເຮັດໃຫ້ຄ່າແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງແພັກເກັດເຊັ່ນ: ຄວາມດຸ່ນດ່ຽງ ແລະ ຄວາມຈຸມີຄວາມສຳຄັນເປັນພິເສດ. ເຖິງແມ່ນວ່າອົງປະກອບຂອງແຮງດັນໄຟຟ້າຂະໜາດນ້ອຍກໍ່ສາມາດນຳໄປສູ່ການເກີນແຮງດັນ, ການແຊກແຊງແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ (EMI), ແລະ ການສູນເສຍການສະຫຼັບ. ຍຸດທະສາດການຫຸ້ມຫໍ່ເຊັ່ນ: ການຜູກມັດຊິບແບບ flip-chip, ວົງຈອນກະແສໄຟຟ້າສັ້ນ, ແລະ ການຕັ້ງຄ່າແມ່ພິມທີ່ຝັງຢູ່ໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ເພີ່ມຂຶ້ນເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບຂອງແຮງດັນໄຟຟ້າ.

3. ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືດ້ານກົນຈັກ
   SiC ມີຄວາມແຕກຫັກງ່າຍໂດຍທຳມະຊາດ, ແລະ ອຸປະກອນ GaN-on-Si ມີຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ຄວາມກົດດັນ. ການຫຸ້ມຫໍ່ຕ້ອງແກ້ໄຂຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນ, ການບິດເບືອນ, ແລະ ຄວາມອິດເມື່ອຍທາງກົນຈັກເພື່ອຮັກສາຄວາມສົມບູນຂອງອຸປະກອນພາຍໃຕ້ວົງຈອນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ໄຟຟ້າຊ້ຳໆ. ວັດສະດຸຕິດແມ່ພິມທີ່ມີຄວາມດັນຕ່ຳ, ຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ເປັນໄປຕາມມາດຕະຖານ, ແລະ ການຕື່ມພາຍໃຕ້ທີ່ແຂງແຮງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມສ່ຽງເຫຼົ່ານີ້.

4. ການຫຍໍ້ຂະໜາດ ແລະ ການເຊື່ອມໂຍງ
   ອຸປະກອນ WBG ເຮັດໃຫ້ມີຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານສູງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງກະຕຸ້ນຄວາມຕ້ອງການສຳລັບການຫຸ້ມຫໍ່ຂະໜາດນ້ອຍກວ່າ. ເຕັກນິກການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ກ້າວໜ້າ - ເຊັ່ນ: ຊິບໃນກະດານ (CoB), ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນສອງດ້ານ, ແລະ ການເຊື່ອມໂຍງລະບົບໃນຊຸດ (SiP) - ຊ່ວຍໃຫ້ຜູ້ອອກແບບສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຮອຍຕີນໃນຂະນະທີ່ຮັກສາປະສິດທິພາບ ແລະ ການຄວບຄຸມຄວາມຮ້ອນ. ການຫຍໍ້ຂະໜາດຍັງສະໜັບສະໜູນການເຮັດວຽກທີ່ມີຄວາມຖີ່ສູງ ແລະ ການຕອບສະໜອງທີ່ໄວຂຶ້ນໃນລະບົບເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານ.

ວິທີແກ້ໄຂການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ພົ້ນເດັ່ນ

ວິທີການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ມີນະວັດຕະກໍາຫຼາຍຢ່າງໄດ້ເກີດຂຶ້ນເພື່ອສະຫນັບສະຫນູນການນໍາໃຊ້ SiC ແລະ GaN:

• ຊັ້ນໃຕ້ດິນທອງແດງທີ່ຜູກມັດໂດຍກົງ (DBC)ສຳລັບ SiC: ເທັກໂນໂລຢີ DBC ຊ່ວຍປັບປຸງການແຜ່ຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງທາງກົນຈັກພາຍໃຕ້ກະແສໄຟຟ້າສູງ.

• ການອອກແບບ GaN-on-Si ທີ່ຝັງຢູ່ສິ່ງເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມໜ่วงเหนี่ยวຂອງກາຝາກ ແລະ ເຮັດໃຫ້ສາມາດສະຫຼັບໄດ້ໄວຫຼາຍໃນໂມດູນຂະໜາດກະທັດຮັດ.

• ການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ມີການນຳຄວາມຮ້ອນສູງສານປະສົມການຫຼໍ່ລື່ນທີ່ກ້າວໜ້າ ແລະ ວັດສະດຸເຕີມເຕັມທີ່ມີຄວາມຕຶງຄຽດຕ່ຳຊ່ວຍປ້ອງກັນການແຕກ ແລະ ການແຍກສ່ວນພາຍໃຕ້ວົງຈອນຄວາມຮ້ອນ.

• ໂມດູນ 3D ແລະຫຼາຍຊິບການເຊື່ອມໂຍງໄດຣເວີ, ເຊັນເຊີ ແລະ ອຸປະກອນພະລັງງານເຂົ້າໃນຊຸດດຽວຊ່ວຍປັບປຸງປະສິດທິພາບລະດັບລະບົບ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນພື້ນທີ່ກະດານ.

ນະວັດຕະກໍາເຫຼົ່ານີ້ເນັ້ນໃຫ້ເຫັນເຖິງບົດບາດສໍາຄັນຂອງການຫຸ້ມຫໍ່ໃນການປົດລັອກທ່າແຮງຢ່າງເຕັມທີ່ຂອງເຄິ່ງຕົວນໍາ WBG.

ສະຫຼຸບ

SiC ແລະ GaN ກຳລັງປ່ຽນແປງເຕັກໂນໂລຊີເຄິ່ງຕົວນຳພະລັງງານໂດຍພື້ນຖານ. ຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າ ແລະ ຄວາມຮ້ອນທີ່ດີກວ່າຂອງພວກມັນຊ່ວຍໃຫ້ອຸປະກອນທີ່ໄວຂຶ້ນ, ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ, ແລະ ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງກວ່າເກົ່າ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການຮັບຮູ້ຜົນປະໂຫຍດເຫຼົ່ານີ້ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຍຸດທະສາດການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ກ້າວໜ້າເທົ່າທຽມກັນ ເຊິ່ງແກ້ໄຂການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນ, ປະສິດທິພາບທາງໄຟຟ້າ, ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືທາງກົນຈັກ, ແລະ ການຫຍໍ້ຂະໜາດ. ບໍລິສັດທີ່ມີນະວັດຕະກຳໃນການຫຸ້ມຫໍ່ SiC ແລະ GaN ຈະນຳພາເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານລຸ້ນຕໍ່ໄປ, ສະໜັບສະໜູນລະບົບທີ່ມີປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານ ແລະ ປະສິດທິພາບສູງໃນທົ່ວຂະແໜງຍານຍົນ, ອຸດສາຫະກຳ, ແລະ ພະລັງງານທົດແທນ.

ສະຫຼຸບແລ້ວ, ການປະຕິວັດໃນການຫຸ້ມຫໍ່ເຄິ່ງຕົວນຳໄຟຟ້າແມ່ນບໍ່ສາມາດແຍກອອກຈາກການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງ SiC ແລະ GaN ໄດ້. ໃນຂະນະທີ່ອຸດສາຫະກໍາສືບຕໍ່ຊຸກຍູ້ໄປສູ່ປະສິດທິພາບທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຄວາມໜາແໜ້ນທີ່ສູງຂຶ້ນ, ແລະ ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືທີ່ສູງຂຶ້ນ, ການຫຸ້ມຫໍ່ຈະມີບົດບາດສໍາຄັນໃນການແປຂໍ້ໄດ້ປຽບທາງທິດສະດີຂອງເຄິ່ງຕົວນຳແບນວິດກວ້າງໄປສູ່ວິທີແກ້ໄຂທີ່ໃຊ້ໄດ້ຈິງ ແລະ ສາມາດນໍາໃຊ້ໄດ້.