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羅姆首款無(wú)需肖特基勢(shì)壘二極管的SiC-MOS模塊已開(kāi)始量產(chǎn)

發(fā)布時(shí)間:2012-12-26 責(zé)任編輯:abbywang

【導(dǎo)讀】通常,為了實(shí)現(xiàn)大電流化,一般采用增加MOSFET使用數(shù)量等方法來(lái)實(shí)現(xiàn),但這需要整流元件即二極管配套使用,因此長(zhǎng)期以來(lái)很難保持小型尺寸。羅姆近日成功開(kāi)發(fā)出無(wú)需整流元件—二極管的SiC功率模塊,支持1200V/180A,大幅降低逆變器電力損耗,現(xiàn)已開(kāi)始量產(chǎn)。


日本知名半導(dǎo)體制造商羅姆(總部位于日本京都)面向工業(yè)設(shè)備和太陽(yáng)能發(fā)電功率調(diào)節(jié)器等的逆變器、轉(zhuǎn)換器,開(kāi)始SiC-MOS模塊(額定1200V/180A)的量產(chǎn)。該模塊內(nèi)置的功率半導(dǎo)體元件全部由SiC-MOSFET構(gòu)成,尚屬業(yè)界首次。額定電流提高到180A,應(yīng)用范圍更廣,非常有助于各種設(shè)備的低功耗化、小型化。

另外,生產(chǎn)基地在羅姆總部工廠(日本京都),已經(jīng)開(kāi)始銷售樣品,預(yù)計(jì)12月份開(kāi)始量產(chǎn)并出貨。

羅姆首款無(wú)需肖特基勢(shì)壘二極管的SiC-MOS模塊
圖1:羅姆首款無(wú)需肖特基勢(shì)壘二極管的SiC-MOS模塊

羅姆于2012年3月世界首家實(shí)現(xiàn)內(nèi)置的功率半導(dǎo)體元件全部由碳化硅構(gòu)成的“全SiC”功率模塊(額定1200V/100A)的量產(chǎn)。該產(chǎn)品在工業(yè)設(shè)備等中的應(yīng)用與研究不斷取得進(jìn)展;而另一方面,在保持小型模塊尺寸的同時(shí)希望支持更大電流的需求高漲,此類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)備受市場(chǎng)期待。

通常,為了實(shí)現(xiàn)大電流化,一般采用增加MOSFET使用數(shù)量等方法來(lái)實(shí)現(xiàn),但這需要整流元件即二極管配套使用,因此長(zhǎng)期以來(lái)很難保持小型尺寸。

圖2:相同封裝尺寸,電流提高50%
圖2:相同封裝尺寸,電流提高50%

此次,羅姆采用消除了體二極管通電劣化問(wèn)題的第2代SiC-MOSFET,成功開(kāi)發(fā)出無(wú)需整流元件—二極管的SiC功率模塊(SiC-MOS模塊),使SiC-MOSFET的搭載面積増加,在保持小型模塊尺寸的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大電流化。內(nèi)置的SiC-MOSFET通過(guò)改善晶體缺陷相關(guān)工藝和元件構(gòu)造,成功地攻克了包括體二極管在內(nèi)的可靠性方面的各種課題。

由此,與逆變器中使用的一般Si-IGBT相比,損耗降低50%以上,在實(shí)現(xiàn)更低損耗的同時(shí),還實(shí)現(xiàn)了50kHz以上的更高頻率,有利于外圍元件的小型化。

SiC-MOS模塊特點(diǎn):

MOS單體即可保持開(kāi)關(guān)特性不變。無(wú)尾電流,開(kāi)關(guān)損耗更低

即使去掉SBD亦可實(shí)現(xiàn)與以往產(chǎn)品同等的開(kāi)關(guān)特性。由于不會(huì)產(chǎn)生Si-IGBT中常見(jiàn)的尾電流,損耗可降低50%以上,有助于設(shè)備更加節(jié)能。另外,達(dá)到了Si-IGBT無(wú)法達(dá)到的50kHz以上的開(kāi)關(guān)頻率,因此,還可實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的小型化、輕量化。

圖3:與Si-IGBT相比,損耗降低50%以上
圖3:與Si-IGBT相比,損耗降低50%以上

可逆向?qū)?,?shí)現(xiàn)高效同步整流電路

一般Si-IGBT元件無(wú)法逆向?qū)?,而SiC-MOSFET可通過(guò)體二極管實(shí)現(xiàn)常時(shí)逆向?qū)āA硗?,通過(guò)輸入柵極信號(hào),還可實(shí)現(xiàn)MOSFET的逆向?qū)?,與二極管相比,可實(shí)現(xiàn)更低電阻。通過(guò)這些逆向?qū)ㄌ匦?,與二極管整流方式相比,可在1000V以上的范圍采用高效同步整流方式的技術(shù)。

圖4:可逆向?qū)ǎ瑢?shí)現(xiàn)高效同步整流電路
圖4:可逆向?qū)?,?shí)現(xiàn)高效同步整流電路
 

成功解決體二極管的通電劣化,通電時(shí)間達(dá)1000小時(shí)以上且無(wú)特性劣化

羅姆究明了體二極管通電的缺陷擴(kuò)大機(jī)理,通過(guò)工藝、元件結(jié)構(gòu)成功控制了產(chǎn)生劣化的因素。一般產(chǎn)品通電時(shí)間超過(guò)20小時(shí)導(dǎo)通電阻就會(huì)大幅增加,但本產(chǎn)品通電時(shí)間達(dá)1000小時(shí)以上導(dǎo)通電阻也不會(huì)增大。

圖5:通電時(shí)間達(dá)1000小時(shí)以上且無(wú)特性劣化
圖5:通電時(shí)間達(dá)1000小時(shí)以上且無(wú)特性劣化
 

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