彩乐园官网 从英飞凌新一代碳化硅技艺改进, 看碳化硅选型中可能的误区
发布日期：2025-01-08 06:44 点击次数：64无论是可再纯真力如故电动汽车商场，如今“卷”还是成为了常态彩乐园官网，算作赋能动力变革的基础，碳化硅本年不仅仅“卷”价钱“卷”资本的一年，更是“卷”技艺的一年。由于功率器件在汽车或者逆变器BOM中占比较高，同期更关乎着着力，安全性等裂缝因素，因此选好碳化硅理当是功率系统中最裂缝的一环。
不外，左证英飞凌科技副总裁、工业与基础枢纽业务大中华区商场追究东谈主沈璐访谒客户所了解到的情况涌现，现在许多工程师在碳化硅选用上头还存在着诸多误区或困惑。日前，她和英飞凌科技高等技艺总监、工业与基础枢纽业务大中华区技艺追究东谈主陈立烽借英飞凌碳化硅媒体发布会之际，以英飞凌新一代CoolSiCTM MOSFET为切入点，区别教化了对于沟槽碳化硅的误区、碳化硅选型的方法学以及英飞凌新一代CoolSiCTM MOSFET的特色。
齐在“卷”技艺和产物
试验上，本年各大主流碳化硅厂商齐连接推出了我方的产物，3月，英飞凌发布基于沟槽栅技艺的新一代CoolSiCTM MOSFET技艺；7月，安森好意思晓谕推出EliteSiC M3e MOSFET平台；9月，意法半导体晓谕推出第四代碳化硅功率技艺，针对电动汽车电驱系统的裂缝部件逆变器进行了非常优化；罗姆也计划在2025年推出第五代SiC产物。
2024可谓碳化硅新品爆发的一年。况且，笔者暄和到，这些碳化硅供应商不啻真切同客户的疏通与合营，同期还加大了从媒体、大会过火他渠谈科普他们最新的碳化硅技艺。
为什么会这么？试验上，跟着竞争加重，末端厂商的改进越来越变得紧要。也正因此，工程师但愿从底层起了解产物特色，选用最贴合我方系统的产物，而不仅依赖厂商保举；同期他们也要掌执产物的技艺发展道路图，以便为今后的产物进行合理计划。这一气候不啻发生在电动汽车商场，在其他行业同样如斯。
误区之一：沟槽栅架构到底可靠性奈何？
对于可靠性也许是最大的误区。工程师巧合会有如下质疑：既然沟槽栅结构复杂，其可靠性满盈吗？先说论断，英飞凌的碳化硅功率开关从未在客户方面激勉任何严重的故障和事故，碳化硅产物的退货率以致低于基于硅的功率开关。
碳化硅失着力还是远低于硅
纵不雅功率器件的历史演进，主流的硅基技艺临了齐变成了垂直沟谈。半导体功率商场有个不灭的定律，便是尺寸和功率密度至上，一切改进齐要围绕着这一铁律。也正因此，数年前英飞凌就专注垂直沟谈的研发，比较平面沟谈，沟槽栅不错好像30%的面积，另外电阻也比平面栅低，这两点上风下，沟槽栅一定是势必趋势。试验上现在，英飞凌、罗姆齐还是领受了沟槽栅技艺，而安森好意思也行将不才个阶段领受沟槽栅工艺，这足以阐发沟槽栅还是被商场招供。
再谈可靠性。可靠性主要由栅极氧化层(GoX)决定。沈璐用了形象的比方先容谈，如若把电子比作成汽车，栅极氧化层比作公路，在硅基上作念栅极氧化层特别平坦，而在碳化硅上作念就会像乡村小径，颓势绝酌定。“如若汽车在震荡谈路上长跑，寿命彰着会大打扣头的。”沈璐说谈。
英飞凌科技副总裁、工业与基础枢纽业务大中华区商场追究东谈主沈璐
如若要提高可靠性，就需要镌汰颓势密度，英飞凌通过提高电气筛选行为，从而筛选出更低颓势度、更高可靠性的产物。
如若栅极氧化层太薄，器件要么在筛选历程中因磨损而失效，要么在筛选后推崇出阈值电压和通谈搬动率下跌。因此，所需的氧化物厚度要远高于固有寿命标的所需的厚度。但是，另外需要筹商的是，越厚的栅极氧化层会加多阈值电压，并在给定的 VGS(on)的情况下镌汰电导率。
对于平面栅结构而言，电流需要一定横向空间幸免拥堵，且沟谈长度是横向的，存在较大未使用空间，领域芯片尺寸消弱，进而导致电阻相对较大。也正因此，平面栅工艺要么通过厚的栅极氧化层确保可靠性捐躯性能，要么通过薄的栅极氧化层捐躯可靠性但是守护高性能。
“英飞凌沟槽栅工艺不错通过选用更高的筛选电压和更厚的栅极氧化层确保可靠性以及高性能，而平面工艺不行。”沈璐说谈。
栅极氧化层厚度和栅极电压对故障率和导通秉性的影响
陈立烽也默示，英飞凌专用的垂直沟槽技艺不错保证低界面密度与氧化层厚度之间的矛盾，进而擢升了载流子的搬动率。此外，英飞凌深P+阱结构在沟槽拐角处酿成高电场，增强了器件氧化层厚度及可靠性。
如图所示，比较于其他垂直栅技艺，英飞凌的氧化层拐角处提供了双重氧化层保护。
左证英飞凌的统计数据涌现，如今其汽车电子产物失着力还是不可用ppm（百万产物失着力）来刻画了，而是用ppb（10亿产物失着力），可见其产物的可靠性之高。
误区之二，碳化硅选型评判指南
另外一个误区是，碳化硅器件的参数评判行为到底齐包含什么。“碳化硅的性能评价行为试验上是多元化的，不光是导通损耗，还有开关损耗，还有杂散电感、封装热阻以及鲁棒性和可靠性。”沈璐默示。
该图很好地阐发了碳化硅的选型均衡，当先性能上要筹商动态性能和静态性能，其次性能和可靠性、鲁棒性以及易用性等方面同样需要衡量。
当先看静态与动态性能。陈立烽默示，“夙昔，评价一颗MOSFET的利害径直看导通损耗即可。但是对于碳化硅而言，由于碳化硅的开关频率（60kHz）远高于IGBT（30kHz），开关损耗接近导通以致卓绝导通损耗。也正因此，要仔细谛视最好优值（FoM）。”
陈立烽默示，针对不同诳骗，系统的FOM需要筹商的点并不雷同，如下图所示。
比如在硬开关拓扑中，电压、电流变化有交叠，开关损耗占比很大，因此最需要筹商的是Rdson*Qgd。而在软开关拓扑中，由于开关损耗不错接近为零，因此Rdson*Qoss更紧要；另外对于轻载形态下，需要系统在导通损耗和开关损耗间取得均衡，这时Rdson*Eoss更为紧要；低压景象亦然同理，通过Rds*Qg算计导通损耗和开关损耗的均衡。
无论奈何，彩乐园官网英飞凌新一代CoolSiCTM MOSFET在整个方面齐取得了一定的朝上，比较友商的最好推崇还要更好。另外值得一提的是，英飞凌第一代CoolSiCTM MOSFET毕竟领受了较新的技艺，因此彼时更专注于高可靠性，以赢得客户对于该技艺的招供。在可靠性的基础上，新一代CoolSiCTM MOSFET进一步提高了产物的性能。
另外需要衡量的是鲁棒性和可靠性。可靠性指的是恒久责任使用寿命，鲁棒性则是在顶点工况下全体的雄厚性，比如像光伏和储能等，在恒久的户外，恒久的高频满载的情况下，需要仔细筹商鲁棒性。
英飞凌科技高等技艺总监、工业与基础枢纽业务大中华区技艺追究东谈主陈立烽
在这方面，就不得不提英飞凌的.XT扩散焊技艺。陈立烽默示，在传统器件中，无论是单板如故模块，频频领受行为焊合工艺，行将芯片焊合到芯片引线框架（Lead Frame）或者PCB等载体上。但是，行为焊合历程常常难以达到透彻平滑的焊合后果，可能会松动零碎。比较之下，领受.XT扩散焊技艺则能显赫改善这一情况。扩散焊顾名念念义，指的是在一定的温度和压力下，使焊件精好意思战役，通过原子间的相互扩散已矣焊合。主要依靠原子的扩散来酿成筹商，在高仁和压力的永劫期作用下，界面处的原子相互扩散，使焊件间的身分渐渐均匀化，最终酿成矜重的焊合筹商。因此，这项技艺使得芯片与载体之间的联结处变得特别精好意思。这种精好意思的联结能显赫擢升焊合的可靠性，从而增强器件的应力抗性。
如图所示，相较于肤浅焊合，.XT扩散焊技艺不错已矣更精好意思和平滑的辩论
通过.XT扩散焊技艺，介质间的精好意思辩论也同期擢升了芯片的散热后果，热阻值从0.68K/W镌汰到0.5K/W。热阻减小意味着热量能更高效地从芯片里面散出，进而镌汰结温，或擢升器件的输出功率及可靠性。陈立烽以某款器件为例，领受.XT封装技艺后，其输出功率从行为焊合的145W擢升至188W，增幅约10%到20%。进而，由于输出功率的擢升，器件开关频率也可随之擢升，从而消弱被迫器件的尺寸，并镌汰资本。
此外，英飞凌还在封装上确立了更多的顶部与底部散热产物，便捷不同散热要求下使用。
一致性亦然一个紧要计划点，非常是在功率器件并联时，更高的一致性意味着系统更容易假想。英飞凌的器件是正温度整个，且温度漂移较低，从而并联性能更好。对于这点，沈璐默示，导通电阻由两部分构成，包括沟谈电阻A以及外延电阻B，沟谈电阻A与温度负关连而外延电阻B与温度正关连。对于平面栅而言，跟着温度的升高，A和B不错相互对消。而对于沟槽栅而言，由于沟谈电阻较小，无法赔偿B的上涨，是以总体而言，沟槽栅体现出正关连的温度整个。但由于一致性较高，因此并不会影响系统假想。
另外，英飞凌在新一代CoolSiCTM MOSFET和EiceDRIVERTM驱动中齐具有米勒钳位功能，从而幸免了高下管的寄生导通，提高了产物可靠性。
一张图解读英飞凌新一代碳化硅的超越
如图所示，比较第一代CoolSiCTM MOSFET，在新一代CoolSiCTM MOSFET上英飞凌已矣了全面冲破。
当先，是增强了开关性能，优化了FOM，无论在硬开关、软开关、轻载工况下，齐不错镌汰开关损耗，提高功率着力。
其次，通过.XT扩散焊技艺，镌汰了热阻，从而镌汰功率器件结温或者提高输出材干。
第三，是产物丰富性提高，涵盖从7毫欧到78毫欧的不同类别，便捷客户左证本身情况选型。
第四，具有200摄氏度下的短时过载材干，在一些恶劣工况下，有更好的耐用性。
第五，是抗寄生导通的材干提高，具有2μs的短路保护时间。
第六，是很小的阈值电压VGS(th)，可加多并联的可靠性。
再过不久，大唐官府服务器就要进入三年外大圈子了。区内的人气玩家赵波，也已经开始筹备大唐官府自己的服战队。为此，他也特意买了一个带160专用项链的天青号，这条项链满锻最高可达到370点灵力。
一言以蔽之，功率器件选型是一个均衡，对于碳化硅同样如斯，但英飞凌新一代CoolSiCTM MOSFET的标的却是达成可靠性与性能的长入，现在来看，实在亦然作念到了这少量。
碳化硅改进的代表——英飞凌
临了再值得补充一下英飞凌的碳化硅历史。算作碳化硅改进的前驱之一，公司1992年就运行入辖下手碳化硅的研发，2016年收效推出了首款沟槽栅技艺的CoolSiCTM系列产物。
英飞凌碳化硅改进历程一览，点击可放大
英飞凌的碳化硅技艺和产物险些年年齐有改进，其中大部分齐颇具商场引颈性。比如，2001年推出了天下上第一个商用碳化硅二极管；2016年头度在PCIM展示领受沟槽栅技艺的CoolSiCTM MOSFET产物系列；2018年收购Siltectra彩乐园官网，赢得碳化硅晶圆激光冷切割技艺；2024年的改进区别为：推出使用沟槽栅技艺的新一代碳化硅技艺系列产物CoolSiCTM MOSFET G2，以及额定电压达3.3kV的XHPTM 2 CoolSiCTM MOSFET半桥模块（2023初步发布），HybridPACK Drive G2 Fusion模块等产物。
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