最近和客户及同事讨论关于碳化硅模块相关的问题,这里基于典型的SiC模块封装,讨论一下其涉及到的几个方面的问题。
一.典型SiC模块的封装介绍
图1 典型SiC模块的封装
这里列出SP1,SP3F,SP6,SP6-P这几种典型的SiC模块的封装形式,可以看到SP1,SP3F,SP6-P三种封装都是兼容SOT227的封装高度,且SP1和SP3F都是基于铜基板来做的,这些典型模块封装都可以替代若干个SOT-227封装的器件。
图2 典型SiC模块的封装外形
二.SiC mosfet模块的命名规则
图3 SiC mosfet模块命名规则1
图4 SiC mosfet模块命名规则2
图5 SiC mosfet模块命名规则3
从上述图3,4,5可以看出SiC mosfet功率模块的命名规则,从相应区域的标识可以看出模块类型,阻断电压,拓扑类型,导通阻抗,可选材料,封装形式等信息。
图6 材料可选项的选项
对于大多数列出的功率模块,可选材料是基于需求可以获得的,可选项是用产品型号中的一个字母后缀所表示,如温度传感器选项是列为YES或者OPTION的,
上述表格列出了我们的产品系列可以获得的选项,在产品型号中,以一个字母后缀代表衬底,基板,温度传感器,SiC Diode,pin的材料等选项,如图6所示。
三.SiC mosfet模块的组装材料分析
众所周知,具有更接近的热膨胀系数的材料会增强模块的使用寿命,可以减小界面材料及内部材料的应力,热导率越高,JC热阻会越低,运行中的结温差会越低,这将降低管芯的功率循环效应。另一个重要的特性是材料密度,尤其是基板,例如以铜基板为参考,ALSiC材料的密度是1/3,而CuW具有2倍的密度,因此ALSiC将提供相当重量的减小而提高可靠性。具体参数值如图7,8所示。
图7 不同材料的热膨胀系数和热导率组合和热阻的关系
图8 衬底和基板的不同材料的典型特性
四.SiC功率模块的定制化说明
Microchip功率模块是由不同的组成部分得到,大多数元素是标准的,从而可以再利用以为终端用户建立无限种方案,同时Microchip提供优化的开发成本和开发周期,源于长期经验和宽范围的技术。
图9 功率模块定制化的形式
由上图可知,有三种模块定制化形式,第一种是材料的变化,主要是电气,热性能变化,涉及到较低的NRE费用,第二种形式涉及到电气,热,电气配置方面的变化,因此会有一定的NRE费用产生,第三种形式涉及电气,热,电气配置,封装外壳等变化,因此NRE费用较高。
图10 功率模块的几种形式
功率模块也可以分为标准模块,修正的标准模块,及定制化模块,不同形式涉及到的不同成本如NRE费用不同,也提供不同的低量的订购。
图11 典型模块的截面示意图
从上图11可知,功率模块内部自下而上是基板,焊接点,DBC衬底,焊接点,内部管芯等组成部分,下述图12解释了DBC衬底的概念。
图12 DBC衬底的解释
总结,通过以上几点,希望能够针对SiC 模块的基本问题有一定了解,后续我们针对各个层面的内容进一步讨论。
参考文档, High-Voltage Power Discretes and Modules,microchip.com
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