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最新的1200V CoolSiC MOSFET中的.XT技术如何提高器件性能和寿命

发布时间:2022-09-27 来源:英飞凌 责任编辑:wenwei

【导读】由于碳化硅(SiC)器件的低导通损耗和低动态损耗,英飞凌CoolSiC™ MOSFET越来越多地被用于光伏、快速电动车充电基础设施、储能系统和电机驱动等工业应用。但与此同时,工程师也面临着独特的设计挑战。实现更小的外形尺寸,同时保持功率变换系统的散热性能,是相互矛盾的挑战,但英飞凌创新的.XT技术与SiC技术提供了一个解决方案。


幸运的是,客户可以通过使用具有低导通电阻(RDS(ON))的新型1200V CoolSiC™ MOSFET来实现性能飞跃。这种新产品在TO247封装中实现了.XT技术,有7mΩ,14mΩ,20mΩ ,40mΩ四种不同阻值。由于.XT技术降低了结到外壳的热阻(RthJC),因此可以在保持相同的温升时输出更大的电流,或者在结温上升较低时保持相同的电流能力。也有可能在两者之间取得平衡,从而实现极低的温升和大的输出电流,这不仅提高了系统的输出电流能力,而且延长了器件的使用寿命。


如何用SiC MOSFET实现更大的输出功率


为了使具有相同导通电阻(RDS(ON))的SiC MOSFET在系统中具有更大的输出功率能力,最直接的方法是降低器件的热阻(RthJC)。


.XT技术通过一种被称为扩散焊接的工艺,改进了的芯片和封装基板之间的焊接技术。与以前的标准焊接技术相比,新改进的.XT连接技术将焊料层的厚度减少到以前的五分之一(图1)。同时,扩散焊接也大大降低了空洞的概率,这直接有利于热阻(RthJC)的降低。


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图1:.XT的分立器件的互连技术


如图2所示,使用扩散焊接时,在相同的芯片尺寸下,最大热阻(RthJC)可以减少24%,使器件的功率输出更大或温升更低。


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图2:.XT连接和标准焊接之间的RthJC比较


举一个具体的例子,我们通过一个三相逆变器的应用来看看热阻(RthJC)减少的真正影响。可以看到,仅仅通过使用.XT技术,你就可以将虚拟结温升(ΔTvj)降低约15摄氏度。如果你保持最大虚拟结温(Tvjmax)不变,输出功率可能会相应增加15%。


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图3:.XT互连和标准焊接器件最大结温度(Tvjmax)


如何利用.XT技术提高功率循环能力


你可能更好奇.XT技术如何提高功率循环能力。我们看到,在上述条件下,.XT技术可以将虚拟结温升(ΔTvj)降低15摄氏度。根据英飞凌的AN2019-05,对于重复的结温波动(ΔTvj),我们可以从功率循环曲线中读出该器件可以承受多少数量的循环周次。如果.XT技术降低了虚拟最大结温(Tvjmax),那么减少的ΔTvj将给器件带来更少的压力,最终延长其在系统中的使用寿命和可靠性。


因此,通过在全新的,低导通电阻(RDS(ON))的1200V CoolSiC™ MOSFET中使用.XT技术,以降低热阻RthJC,不仅可以获得更大的功率输出,还可以在系统中获得更长的使用寿命。这些特性可以在光伏、电动车快充设施、储能系统和电机驱动等应用中展现关键优势,相同的外形尺寸下性能可以得到大大提升。


来源:英飞凌

原创:Elvis Shi  

翻译:陈子颖



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