SiC功率半导体——节能王牌面临高温安装难题
新闻事件：
- 宫代就SiC功率器件的现状和课题接受采访
- SiC功率器件要想实现普及，“还需要确立能够高温工作、可靠性较高的安装技术”
作为实现逆变器等功率变换器低成本化、小型化的器件，SiC（碳化硅）功率半导体备受关注。在空调、太阳能发电系统、混合动力车/电动汽车中的应用也都在研究之中。但横滨高度实装技术研发联盟(YJC)理事宫代文夫指出，SiC功率器件要想实现普及，“还需要确立能够高温工作、可靠性较高的安装技术”。不久前，宫代就SiC功率器件的现状和课题接受了记者采访。
宫代曾在东芝综合研究所从事微波电子管、声表面波器件、陶瓷的研究开发，陆续担任过金属陶瓷材料研究所所长、新材料应用研究所所长、电子安装学会副会长等职务。目前为YJC“功率电子安装研究会”负责人。（采访人：安保秀雄）
问：请介绍一下SiC功率器件的现状。
宫代：SiC SBD（Schottky Barrier Diode)已经在二十一世纪初小规模投产，在逆变器等产品中配备，SiC功率晶体管（MOSFET)的实用化才刚刚开始。
但大直径、低价格的优质SiC晶圆供应不足、器件长期可靠性验证数据不充分等问题依然存在。
不过已经有企业表示，空调、太阳能发电系统用功率调节器、升降电梯等设备最快将从2010财年开始配备SiC功率器件。使用SiC的设备厂商和汽车厂商也有所增加，实用化可谓近在咫尺。
问：SiC功率器件有哪些优点？
宫代：SiC的能隙、熔点、导热率等物理特性优于Si。因此，SiC功率器件的损耗本质上也低于Si。电力损耗减半的逆变器试制品正在不断被开发出来。
SiC的物性优于Si具有非常重大的意义。这意味着Si元件通过变更设计无法实现的性能可以靠SiC来实现。
因为SiC的能隙、熔点高，工作温度可以提高，因此，根据使用方法，原来需要水冷的可以改换为空冷。从而降低散热成本，实现装置的小型化。原来使用空冷的则可以省去风扇。这样不仅能消除风扇故障隐患，还能提高功率器件安装场所的自由度。除此之外，使用SiC还具有能够实现高频工作、逆变器无源部件小型化等好处。
问：开发竞争的重点是什么？
宫代：为了全面挖掘SiC的优势，适合SiC的安装技术不可或缺。对于太阳能发电系统和汽车的逆变器，除了低损耗外，逆变器的总体积也有望缩小到目前的数分之一以下，优秀的安装技术将成为巨大的竞争力。
问：安装的课题具体有哪些？
宫代：现在，Si等功率半导体器件的焊接温度上限大多设定在150～175℃，而SiC能够达到200℃以上。但是，需要在包括设备厂商、器件厂商、材料厂商的整个业界范围内确定温度并非易事。除了器件本身外，不清楚电极连接材料、封装材料等安装材料是否耐高温也是原因之一。比方说，采集200℃、250℃和300℃下的长时间数据，调查初期故障、偶发故障和疲劳断裂的可靠性是必须开展的工作。这些温度对于环氧树脂等有机材料条件非常苛刻。
因此，采用什么封装也必须进行研究。如果能够利用配备以往Si功率器件的封装构造，那么过去的经验和成果就可以得到运用，但是，铜丝、焊锡、散热底板、散热片、Si凝胶、树脂管壳能否耐受200～300℃的高温？是否会产生热应力等问题？这些都必须重新确认。
适合高温工作SiC的新结构需要重新考虑。康奈可等公司已经提出了新结构的器件。此外，能够在高温下使用的电容器等电子部件、小型热管、高散热片也同样必要。目前相应的安装技术还不完善。整个业界应该齐心合力开发SiC功率器件安装技术。
问：业界的行动充分吗？
宫代：现在工业设备厂商、汽车厂商已经开始全面着手研究SiC应用，器件开发、逆变器设计都在进行之中。但是，提高晶圆和器件的完成度依然面临很多亟待解决的课题，“无力顾及安装和封装”的企业也不在少数。就像刚才说的那样，焊接温度等安装技术方面的研究还没有进展。这可以说是一个重大问题。
另一方面，在2008年9月于欧洲召开的SiC会议ECSCRM2008（Europian Conference on Silicon Carbide and Related Materials）上，各国的发表数量超出以往。“SiC热”的程度堪比过去的淘金热。现在，全球SiC开发进程正在快速推进。与德国和美国相比，日本恐怕会落后。
但是，以汽车、电机业为首，日本设备厂商对于采用SiC行动之积极在全球都非常突出，因此，从基础技术开始累积，必然能够开辟出新的道路。 关键字：SiC 功率半导体 本文链接：http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80003183
