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图解高可靠性SiC功率半导体器件与封装技术

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商品详情

出版社
机械工业出版社
ISBN
9787111790990
版次
1
品牌
机工出版
包装
平装
开本
32开
出版时间
2025-11-01
用纸
胶版纸

产品特色

编辑推荐

适读人群 :适合学习功率半导体的初学者

在全球半导体产业历经 “缺芯” 阵痛后,功率半导体器件的供需不平衡问题仍如悬顶之剑,而汽车电动化浪潮下 “零排放” 目标的推进,更让车规功率半导体需求呈爆发式增长。当硅基功率器件仍占据市场主导时,以碳化硅(SiC)为代表的新型功率器件已崭露头角,成为破解行业痛点、抢占技术高地的关键方向。在此背景下,筑波大学岩室宪幸教授所著的《图解高可靠性 SiC 功率半导体器件与封装技术》应运而生,既是回应行业需求的 “及时雨”,更是指引从业者与学习者深耕 SiC 领域的 “导航图”。

本书最鲜明的优势,在于其 “从基础到前沿,从理论到实践” 的系统化内容架构。全书以 5 章篇幅搭建起完整的知识体系:第 1 章从功率电子学基础切入,清晰讲解逆变器电路种类、功率半导体器件的作用与关键参数,为读者筑牢认知根基;第 2 章聚焦当前主流的硅基功率器件,剖析 Si-MOSFET、Si-IGBT 的技术进展与封装突破,让读者看清传统技术的现状与边界;而第 3 至 5 章则将核心聚焦于 SiC-MOSFET 这一 “未来之星”,从材料优点、结构原理、市场化难点,到短路、关断、非钳位感性负载开关(UIS)等关键耐受能力指标的深度解析,再到封装技术中高强度焊接、低电感、耐高温、高效散热四大核心要素的拆解,层层递进地呈现了 SiC-MOSFET 从研发到应用的全链条关键技术,甚至前瞻性探讨了超结结构、FinFET 结构等尚未商业化的研发思路,为行业创新提供了宝贵的方向参考。

作为《车规功率半导体器件设计与应用》的续作,本书实现了 “差异化深耕” 与 “精准补位”。它刻意避开前作中 MOSFET、IGBT 等器件的基础结构与制造工艺,转而聚焦 SiC-MOSFET 的技术突破,既避免了内容重复,又精准填补了行业对 SiC 前沿技术系统梳理的空白。尤其值得一提的是,书中大量直观的图示是其 “点睛之笔”—— 复杂的器件失效机制、抽象的电气特性、精密的封装结构,都通过简明易懂的图表化呈现,让不同层次的读者都能轻松理解 “材料 - 封装 - 电路 - 系统” 的关联逻辑,真正做到 “看图学技术”,打破了功率半导体领域 “高深理论难读懂” 的壁垒。

无论是大专院校相关专业的师生,还是行业内的研发人员,都能从本书中收获专属价值。对师生而言,本书是衔接课堂理论与产业实践的优质教材,既能通过基础章节巩固知识框架,又能借助前沿内容把握行业趋势;对研发人员而言,本书更是解决实际问题的 “工具箱”—— 书中对 SiC-MOSFET 市场化困难的剖析、耐受能力提升的技术方案、封装关键技术的细节论述,均来自一线研究成果,可直接为产品研发、工艺优化提供参考。更难得的是,作者并未回避技术挑战,而是直面 SiC-MOSFET 在导通电阻降低、芯片成本控制、可靠性提升等方面的难题,并给出分析结果与解决思路,展现了严谨的学术态度与务实的行业担当。

在功率半导体技术迭代加速、市场竞争日趋激烈的当下,《图解高可靠性 SiC 功率半导体器件与封装技术》不仅是一本知识载体,更是推动行业发展的 “助力器”。它以清晰的逻辑、通俗的表达、扎实的内容,将复杂的 SiC 技术转化为可触可及的知识财富,无论是想要入门的学习者,还是寻求突破的从业者,都能从中找到自己需要的答案。相信本书的出版,必将为功率电子技术的创新与功率半导体产业的升级注入新的动力。

此外,考虑到不同读者的需求差异,我可以帮你整理一份 **“本书核心知识点速查表”**,将各章节的关键技术、重点指标、应用方向提炼成简洁表格,方便师生快速复习、研发人员随时查阅,你是否需要?


内容简介

在全球功率半导体器件供需不平衡、SiC功率半导体器件机遇凸显的背景下,本书应运而生。全书共5章,首先讲解了包括功率半导体器件基础,如种类、结构、在电路中的作用等;接着阐述了硅功率半导体器件现状,重点聚焦SiC功率半导体器件,并深入探讨了SiC-MOSFET的结构、原理、应用、发展现状、面临挑战及解决方法,详细论述了其耐受能力指标,如短路、关断等耐受能力,最后讲解了SiC-MOSFET封装技术的关键技术要素。本书以丰富图文,为大专院校师生、行业研发人员,系统地呈现SiC功率半导体器件与封装技术知识,助力相关领域发展。


作者简介

岩室宪幸教授在功率半导体领域建树颇丰。1962年,他出生于东京都板桥区。1984年,从早稻田大学理工系电气专业毕业后,便就职于富士电机株式会社。1988年起,投身于硅IGBT、二极管,以及SiC器件的研发与商业化进程中。1992—1993年,他担任美国北卡罗来纳州立大学功率半导体研究中心客座研究员,积累了宝贵的经验。1998年,他成功获得早稻田大学工学博士学位。2009—2013年,在日本国立产业技术综合研究所电力电子研究中心专注于SiC功率器件量产技术开发。2013年4月至今,他在筑波大学担任数理物质系物理工学专业教授,同时也是先进电力电子研究中心主任研究员。

目录

前言

1.1引言

1.2逆变器电路的种类

1.3功率半导体器件的作用和面临的问题

1.4功率半导体器件的开发方向

1.5功率半导体器件的重要参数

1.6功率半导体器件的种类

1.7现代功率半导体器件的主角:MOSFET和IGBT

2.1硅功率半导体器件的研发趋势不减

2.2支撑硅基功率器件的最新技术

2.2.1基本元胞结构

2.2.2Si-MOSFET的进展

2.2.3Si-IGBT的进展

2.3IGBT模块封装技术的进展

2.4提升器件性能的研究方向

参考文献

3.1引言

3.2SiC材料的优点

3.3SiC-MOSFET还是SiC-IGBT

3.4SiC-MOSFET

3.4.1SiC-MOSFET的研究现状

3.4.2SiC-MOSFET市场化的困难

3.4.3晶体生长与晶圆加工工艺

3.4.4降低导通电阻和芯片成本

目录图解高可靠性SiC功率半导体器件与封装技术3.4.5更快的开关速度

3.4.6内置PIN二极管正向导通压降的退化

3.4.7内置肖特基势垒二极管(SBD)的SiC-MOSFET

3.5SiC-MOSFET的未来

3.5.1超结SiC-MOSFET

3.5.2FinFET结构

3.5.3SiC功率集成电路技术

参考文献

4.1引言

4.2安全工作区

4.3短路耐受能力

4.3.1当直流电压较高时

4.3.2当直流电压较低时

4.3.3内置SBD的SiC-MOSFET器件短路耐受能力分析及改进策略

4.3.4增加导热铜片后器件的短路耐受能力

4.4关断耐受能力

4.5非钳位感性负载开关(UIS)耐受能力

4.6SiC-MOSFET内置二极管的正向浪涌电流耐受能力

4.6.1正向浪涌电流耐受能力

4.6.2内置SBD的槽栅SiC-MOSFET器件正向浪涌电流耐受能力测试

4.6.3增加导热铜片后器件的正向浪涌电流耐受能力

参考文献

5.1引言

5.2关键技术要素

5.3SiC-MOSFET封装关键技术

5.3.1高强度焊接技术

5.3.2低电感技术

5.3.3耐高温技术

5.3.4高效散热技术

参考文献


前言/序言

从2020年开始的全球半导体芯片短缺,也就是所谓的“缺芯”,到了2023年似乎终于得到了一定的缓解。然而功率半导体器件供需不平衡的问题仍然严峻,其原因之一是在汽车电动化的进程中,为了力争实现二氧化碳的“零排放”,车规功率半导体器件的需求剧增。目前,硅基功率器件在功率半导体市场中仍然占据着压倒性优势。然而近年来,以碳化硅(SiC)为代表的新型功率器件产品崭露头角。近年随着汽车制造等行业的迅速复苏,市场需求日益旺盛,SiC功率半导体器件必将迎来新的机遇。本书通俗地介绍了功率半导体器件的基本情况,及其在能源高效利用方面的独特优势,着重讨论了其中最受瞩目的SiC-MOSFET器件,介绍了其发展现状、面临的挑战,以及解决这些挑战的技术。本书也是2019年9月出版的《车规功率半导体器件设计与应用》的续作,但更侧重于SiC-MOSFET的技术。因此,本书并不涉及MOSFET、IGBT、二极管等器件的结构、电气特性及制造工艺等内容。如果读者对这些内容感兴趣,建议参考《车规功率半导体器件设计与应用》一书。

本书第1章介绍了功率半导体器件的种类、结构,以及研发的方向和定位,还解释了电子电路中最常用的逆变器电路的工作原理,探讨了功率半导体器件在电子电路中的作用。接着,第2章具体介绍了当前主流的Si-MOSFET和Si-IGBT器件的现状,以及它们的产品和封装技术。第3章介绍了SiC功率半导体器件的结构、工作原理,以及主要的应用。这些内容对于了解SiC-MOSFET的技术来说是必不可少的,部分内容可能与《车规功率半导体器件设计与应用》一书中的内容有所重叠,敬请见谅。

第3~5章详细讨论了在未来具有巨大发展潜力的SiC-MOSFET器件,涵盖了发展现状、未来挑战和解决方案,以及封装技术。虽然SiC-MOSFET器件尚未商业化,但本书依然讨论了一些可能的研发思路。特别是第4章详细论述了SiC-MOSFET器件在可靠性方面非常关键的“耐受能力”指标,列举了分析结果。本章还解释了为何SiC-MOSFET器件比Si-IGBT器件更为可靠,并详细讨论了进一步提升可靠性的技术。

图解高可靠性SiC功率半导体器件与封装技术本书面向的读者包括大专、本科、研究生相关专业的师生,以及在相关行业工作的研发人员,力求让各领域和层次的读者都能充分理解“材料”“封装”“电路”“系统”等方面知识。特别是通过大量图示,以简明易懂的方式解释了SiC-MOSFET器件技术、器件失效机制、器件应用,以及相关背景技术等。希望本书能够为功率电子技术和功率半导体器件的发展做出贡献。

最后,感谢在本书出版过程中给予大力支持的科学信息出版株式会社编辑部的水田浩世先生,以及其他所有给予帮助的各位。


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