首頁 技術文庫 WBG寬能隙半導體技術的突破與應用 未來節能科技的關鍵

WBG寬能隙半導體技術的突破與應用 未來節能科技的關鍵

發佈日期:2024/9/18WBG寬能隙半導體
發佈單位:iST宜特

寬能隙半導體(WBG)因其耐高壓、耐高溫以及低損耗特性,逐漸成為電池能源、新能源車動力系統及新世代通信等多個先進領域的核心技術。隨著技術日益演進,國際規範也不斷更迭,如何透過可靠度驗證與故障分析技術,進一步提升WBG半導體產品競爭力呢?
WBG寬能隙半導體

車用功率元件高電壓時代來襲!兩大面向確保WBG可靠度

隨著科技不斷進步,寬能隙半導體(Wide Bandgap, WBG)因其耐高壓、耐高溫、低損耗等優異特性,已成為能源技術及新興產業的核心技術之一。WBG技術不僅提升了電池能源管理、新能源車動力系統及新一代通訊技術的性能,還在提高能源效率、降低功耗方面展現出巨大潛力,為未來的節能科技發展鋪平了道路。

2024年8月15日, iST宜特科技與DEKRA iST德凱宜特聯合舉辦「WBG寬能隙半導體分析技術暨未來應用關鍵驗證研討會」吸引了眾多業內專家和技術人員的關注。此次研討會著重探討WBG技術在可靠度測試、故障分析以及車用應用等領域的最新發展,並就如何應對這些領域的技術挑戰,提出了前瞻性的洞見與實務經驗。

WBG寬能隙半導體

WBG寬能隙半導體

  • 一、WBG寬能隙半導體的可靠度驗證與國際規範趨勢

    研討會中討論的焦點之一是WBG功率元件的可靠度驗證。隨著技術的不斷進步,國際規範如AEC-Q101與AQG324在功率元件驗證方面不斷更新。這些標準的修訂將針對WBG技術的特性進行擴展或修改,甚至可能制定新的獨立文件,以更好地適應未來市場需求。

    新的測試規範將包括HAST/H³TRB、IOL/PTC、TCT、GSS、BDOL、HV H³TRB等測試項目,這些測試有助於提高WBG元件的可靠度,幫助企業在產品開發過程中提前解決潛在問題,從而提高市場競爭力。

    此外,針對WBG與矽半導體(Si)的差異性,研討會中還討論了兩者在特性量測、熱阻參數與安全工作區(SOA)方面的不同。特別是在測試方法上,針對間歇性操作壽命測試(IOL)與功率循環測試(PCT)的案例分析,展現了如何通過動態量測流程克服WBG元件的技術挑戰。

    WBG寬能隙半導體 研討會中討論的焦點之一是WBG功率元件的可靠度驗證。隨著技術的不斷進步,國際規範如AEC-Q101與AQG324在功率元件驗證方面不斷更新。這些標準的修訂將針對WBG技術的特性進行擴展或修改,甚至可能制定新的獨立文件,以更好地適應未來市場需求。

    圖一:車用WBG寬能隙半導體國際規範AEC-Q101與AQG324解析
    (圖片來源: DEKRA iST德凱宜特)

  • 二、WBG寬能隙半導體的故障分析技術與解決方案

    研討會中,也針對矽半導體(Si)與寬能隙半導體(WBG)的材料特性差異進行了詳細說明。WBG技術不僅能顯著提升能源轉換效率,還能憑藉其高導熱率與小型化設計降低製造成本。然而,從研發到量產的過程中,產品面臨著各種失效風險,如burn out、脫層等問題,因此完善的故障分析流程顯得尤為關鍵。

    像是從非破壞性診斷工具如光學顯微鏡(OM)與X-ray拍攝,逐步到電性分析(InGaAsOBIRCHThermal EMMI)以精確定位失效點。如果需要進一步分析晶片內部異常原因,則會使用物理性破壞分析工具(如Cross-section切片、Dual Beam FIB),並搭配電子顯微鏡(SEM)進行觀察。對於不同材料與封裝型態的WBG半導體,可透過如高良率晶片薄化技術,從背面進行失效點定位,突破傳統設備的侷限,快速找出問題根源(閱讀更多:靠這招 速找寬能隙GaN晶片異常點)。

    WBG寬能隙半導體 研討會中,也針對矽半導體(Si)與寬能隙半導體(WBG)的材料特性差異進行了詳細說明。WBG技術不僅能顯著提升能源轉換效率,還能憑藉其高導熱率與小型化設計降低製造成本。然而,從研發到量產的過程中,產品面臨著各種失效風險,如burn out、脫層等問題,因此完善的故障分析流程顯得尤為關鍵。

    圖二:故障分析在半導體產業中扮演的角色(圖片來源: iST宜特)

  • 三、電動車發展中的WBG寬能隙半導體應用挑戰

    隨著電動車市場的蓬勃發展,WBG技術在電動車中的應用也成為了研討會的重要議題。特別是在充電速度與容量的提升方面,直流電(DC)的快速充電能力帶來了新機遇,但同時也對熱管理和可靠度測試提出了更高要求。

    ISO 16750國際標準的多次修訂正是為了應對這些挑戰,對於電壓提升、水冷系統的引入,以及針對電動車DC/DC轉換器產品的電壓頻率調整,這些改變反映了市場對更高性能、更高可靠度產品的需求。

    研討會中指出,未來市場將形成燃油車、純電動車(BEV)與混合動力車(HEV)三分天下的局面,這也打破了過去純電動車將全面取代燃油車的觀點。隨著電動車技術朝著更高電壓與更高功率的方向發展,從400V升級至800V的趨勢日益明顯,這將有效降低電流需求,減輕車輛重量,進而提升電動車的效能。

    WBG寬能隙半導體 ISO 16750國際標準的多次修訂正是為了應對這些挑戰,對於電壓提升、水冷系統的引入,以及針對電動車DC/DC轉換器產品的電壓頻率調整,這些改變反映了市場對更高性能、更高可靠度產品的需求。

    圖三:ISO 16750 標準2012年和2023最新版本的差異
    (圖片來源: ISO 16705和DEKRA iST德凱宜特整理)

寬能隙半導體技術的突破正在重塑未來的能源技術與汽車產業。iST宜特與DEKRA iST德凱宜特科技憑藉在可靠度驗證與故障分析領域的專業知識,將為企業提供強而有力的支持,應對新技術帶來的挑戰,並在不斷變化的市場中保持競爭優勢。若您有相關需求,或是對相關知識想要更進一步了解細節,歡迎洽詢 iST宜特:+886-3-579-9909 分機 8926 陳小姐 / Email: Sales@istgroup.com ; marketing_tw@istgroup.com; DEKRA iST德凱宜特: sos@dekra-ist.com