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最新的1200V CoolSiC MOSFET中的.XT技術(shù)如何提高器件性能和壽命

發(fā)布時(shí)間:2022-09-27 來源:英飛凌 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】由于碳化硅(SiC)器件的低導(dǎo)通損耗和低動(dòng)態(tài)損耗,英飛凌CoolSiC? MOSFET越來越多地被用于光伏、快速電動(dòng)車充電基礎(chǔ)設(shè)施、儲(chǔ)能系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等工業(yè)應(yīng)用。但與此同時(shí),工程師也面臨著獨(dú)特的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)更小的外形尺寸,同時(shí)保持功率變換系統(tǒng)的散熱性能,是相互矛盾的挑戰(zhàn),但英飛凌創(chuàng)新的.XT技術(shù)與SiC技術(shù)提供了一個(gè)解決方案。


幸運(yùn)的是,客戶可以通過使用具有低導(dǎo)通電阻(RDS(ON))的新型1200V CoolSiC? MOSFET來實(shí)現(xiàn)性能飛躍。這種新產(chǎn)品在TO247封裝中實(shí)現(xiàn)了.XT技術(shù),有7mΩ,14mΩ,20mΩ ,40mΩ四種不同阻值。由于.XT技術(shù)降低了結(jié)到外殼的熱阻(RthJC),因此可以在保持相同的溫升時(shí)輸出更大的電流,或者在結(jié)溫上升較低時(shí)保持相同的電流能力。也有可能在兩者之間取得平衡,從而實(shí)現(xiàn)極低的溫升和大的輸出電流,這不僅提高了系統(tǒng)的輸出電流能力,而且延長了器件的使用壽命。


如何用SiC MOSFET實(shí)現(xiàn)更大的輸出功率


為了使具有相同導(dǎo)通電阻(RDS(ON))的SiC MOSFET在系統(tǒng)中具有更大的輸出功率能力,最直接的方法是降低器件的熱阻(RthJC)。


.XT技術(shù)通過一種被稱為擴(kuò)散焊接的工藝,改進(jìn)了的芯片和封裝基板之間的焊接技術(shù)。與以前的標(biāo)準(zhǔn)焊接技術(shù)相比,新改進(jìn)的.XT連接技術(shù)將焊料層的厚度減少到以前的五分之一(圖1)。同時(shí),擴(kuò)散焊接也大大降低了空洞的概率,這直接有利于熱阻(RthJC)的降低。


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圖1:.XT的分立器件的互連技術(shù)


如圖2所示,使用擴(kuò)散焊接時(shí),在相同的芯片尺寸下,最大熱阻(RthJC)可以減少24%,使器件的功率輸出更大或溫升更低。


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圖2:.XT連接和標(biāo)準(zhǔn)焊接之間的RthJC比較


舉一個(gè)具體的例子,我們通過一個(gè)三相逆變器的應(yīng)用來看看熱阻(RthJC)減少的真正影響??梢钥吹?,僅僅通過使用.XT技術(shù),你就可以將虛擬結(jié)溫升(ΔTvj)降低約15攝氏度。如果你保持最大虛擬結(jié)溫(Tvjmax)不變,輸出功率可能會(huì)相應(yīng)增加15%。


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圖3:.XT互連和標(biāo)準(zhǔn)焊接器件最大結(jié)溫度(Tvjmax)


如何利用.XT技術(shù)提高功率循環(huán)能力


你可能更好奇.XT技術(shù)如何提高功率循環(huán)能力。我們看到,在上述條件下,.XT技術(shù)可以將虛擬結(jié)溫升(ΔTvj)降低15攝氏度。根據(jù)英飛凌的AN2019-05,對于重復(fù)的結(jié)溫波動(dòng)(ΔTvj),我們可以從功率循環(huán)曲線中讀出該器件可以承受多少數(shù)量的循環(huán)周次。如果.XT技術(shù)降低了虛擬最大結(jié)溫(Tvjmax),那么減少的ΔTvj將給器件帶來更少的壓力,最終延長其在系統(tǒng)中的使用壽命和可靠性。


因此,通過在全新的,低導(dǎo)通電阻(RDS(ON))的1200V CoolSiC? MOSFET中使用.XT技術(shù),以降低熱阻RthJC,不僅可以獲得更大的功率輸出,還可以在系統(tǒng)中獲得更長的使用壽命。這些特性可以在光伏、電動(dòng)車快充設(shè)施、儲(chǔ)能系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用中展現(xiàn)關(guān)鍵優(yōu)勢,相同的外形尺寸下性能可以得到大大提升。


來源:英飛凌

原創(chuàng):Elvis Shi  

翻譯:陳子穎



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