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提升碳化硅(SiC)的机械性能

作者: 浮思特科技2024-05-20 15:05:10

  与硅相比,使用宽带隙半导体的最大改进之一是其电气性能,但这并非没有其自身的问题。例如,随着电流流动速度加快,产生的电压过冲也会变大,从而导致需要低直流杂散电感。当然,如果降低杂散电感并缩短电压和电流的上升和下降时间,损耗整数就会变小,这使您能够提高开关频率。

碳化硅(SiC)

  注意 SIC 的机械和热要求也很重要。例如,丹佛斯推出了 Bond Buffer 技术,通过解决铝键合线和半导体之间的 CTE 不匹配问题,实现最高的功率循环能力。通过将染料集中在 DBC 上并实现铜顶侧连接,该公司能够消除模块内部两个最关键的故障机制:芯片下方的焊料退化和键合线剥离。

  正确的包装和冷却是关键

  使用 SiC 时,最大允许结温会增加,因此可靠性问题成为限制因素。但除了电气性能问题之外,适当的键合和连接技术以及冷却效率是 SiC 设计中的两个主要因素。丹佛斯硅动力通过其 ShowerPower 冷却技术解决了冷却问题,每平方厘米能够冷却超过 300 瓦。ShowerPower 及其并联通道的最大好处无疑是基板上的均匀热量分布。此外,底板下方的 3D 结构使模块非常坚硬。因此它也带来了机械效益。

碳化硅(SiC)

  这表明专用封装技术可以支持先进应用的热和机械需求,具有双面烧结芯片连接和铜线键合等功能,以满足市场所需的功率密度。另一种技术是使用传递模塑技术来补充封装,以实现必须满足冲击和振动要求的坚固电源模块。

  这些关键因素非常重要,当然成本也是大家关心的主要问题之一。但是,如果您的应用程序能够充分发挥碳化硅的潜力,那么您可以在系统中使用碳化硅来节省资金。

  封装优化

  在设置封装时,我们可以通过压接或焊接引脚来优化或定制引脚输出。这可能会引发更多问题,尤其是与碳化硅相关的问题,因为控制电路键合线与负载电流完全分离。每个芯片使用单独的栅极电阻器允许我们调整速度。此外,还可以选择集成直流电容器。

  下图所示的模块每个逻辑开关使用 12 个平面碳化硅 Mosfets,并与肖特基二极管配对。该模块是为火车应用而开发的,但该模块也可用于太阳能或医疗驱动应用。它是一个工作频率为 25 kHz 的半桥。您可以在此处看到关断期间的开关损耗减少了 5 倍。

碳化硅(SiC)

  另一个例子是一个名为 ThermoFreq 的公共项目。该项目与西门子、Fraunhofer、ELT、Hereos、FNK Devotec、Schuster Elektronik 和 Fachhochschule Kiel 合作,正在开发用于芯片顶部激光焊接的技术。它是一种非常简单的规格形式,由位于铜散热器中心的碳化硅芯片组成,通过一些隔离箔安装到基板上。该技术将实现快速开关和小型化功率器件的高度集成。

碳化硅(SiC)

  期待

  关键要点是碳化硅能够实现目前可用的功率转换的最高紧凑性和效率,但必须考虑这些具有挑战性的主题:首先,碳化硅需要具有成本效益的定制低电感封装。其次,碳化硅需要先进的粘合和连接技术,第三,需要专用的冷却技术。

浮思特科技深耕功率器件领域,为客户提供IGBTIPM模块等功率器件以及MCU和触控芯片,是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商。

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