安森美｜如何“榨干”SiC器件潜能？这几种封装技术提供了参考范例

碳化硅芯观察 2024-08-21 19:31 618浏览 0评论 0点赞

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随着全球对可再生能源和清洁电力系统的需求不断增长，光储充一体化市场为实现能源的高效利用和优化配置提供了创新解决方案。在此趋势引领下，碳化硅（SiC）产业生态正迅速发展，逐渐成为替代传统硅基功率器件的有力市场竞争者。本文将聚焦于SiC材料的卓越属性，探讨安森美（onsemi）系列先进的封装技术为加速SiC导入新能源领域应用提供的参考范例。

光储充应用市场需求持续上涨

从逆变器到充电器，SiC在新能源产业链中的全方位革命

众所周知，SiC材料具有卓越的高温性能、高效率、高频开关能力以及耐高温和高可靠性等，为功率电子领域带来了革命性的变化。这些特性不仅使得SiC器件在高功率应用中表现出色，还有助于实现设备的小型化设计，降低整体系统的重量和体积。

具体而言，SiC产业的蓬勃发展主要得益于太阳能逆变器、储能系统和电动汽车等关键应用，SiC MOSFET和单管器件以其低功率损耗、高开关频率和高效率等优势，有效提升了系统的整体性能和可靠性。例如在工业应用中SiC MOSFET可以实现更高的转换效率；能源基础设施中SiC MOSFET可以提高功率密度，减少系统的尺寸、重量以及组件数；在电动汽车充电器应用中，SiC MOSFET也可提供更快的充电速度和更低的冷却成本……可以说随着技术的进步和成本的降低，SiC器件的应用范围正在不断扩大，从工业电机驱动到能源基础设施，再到电动汽车充电设备，推动整个能源行业的转型和升级。

安森美为能源基础设施解决方案提供完整的解决方案

作为一家拥有完整端到端SiC供应链的半导体制造商，安森美利用了行业领先的IGBT和SiC技术，以及最高效的封装，从原材料到最终成品，从衬底到模块全覆盖，质量控制贯穿所有环节，对整个碳化硅制造价值链实现全面控制。安森美在器件应用和建模方面丰富的经验，可以帮助用户为最终应用选择合适的碳化硅产品，保证在最终应用中提供更佳、更可靠的性能和制造能力。

封装技术进阶，解锁SiC性能上限

另一方面，尽管SiC功率器件已经被认为是下一代功率电子应用的关键技术，如何充分发挥其优势性能则给封装技术带来了新的挑战：传统封装杂散电感参数较大，难以匹配器件的快速开关特性；器件高温工作时，封装可靠性降低；模块的多功能集成封装与高功率密度需求如何匹配等等。因此，从高温稳定性到模块集成，再到环境因子和测试验证，封装技术的研究和发展正与SiC器件技术并行进展。

Ø封装

安森美提供的以下各种封装

TOLL封装是市场上的新产品，我们将特别介绍。

ØTOLL封装

在小空间内提供高度可靠的电源设计的能力正在成为许多领域的竞争优势，包括工业、高性能电源和服务器应用。安森美是业内最早推出TO-Leadless (TOLL) 封装SiC MOSFET的厂商之一，该晶体管满足了对适用于高功率密度设计的高性能开关器件快速增长的需求。TOLL封装的占位面积仅为 9.90 mm x 11.68 mm，与D2PAK封装相比，PCB面积可节省30%。它的外形仅为2.30毫米，占用的体积比D2PAK封装小60%。

除了尺寸更小外，TOLL封装还提供比D2PAK 7引线更好的热性能和更低的封装电感，其开尔文源(Kelvin Source)配置确保更低的栅极噪声和开关损耗。与没有开尔文配置的器件相比，包括开启损耗 (EON) 降低60%，确保在具有挑战性的电源设计中显着提高效率和功率密度作为改进的EMI 和更容易的PCB设计。

安森美第一款采用TOLL封装的SiC MOSFET是NTBL045N065SC1，其VDSS 额定值为650V，典型RDS(on)为33 mΩ，最大漏极电流为73 A。该器件的最高工作温度为175°C和超低栅极电荷，可显着降低开关损耗。此外，TOLL 封装具有 MSL 1（湿度敏感度1级）等级，适用于要求苛刻的应用，包括开关模式电源(SMPS)、服务器和电信电源、太阳能逆变器、不间断电源(UPS)和储能，同时适用于需要满足最具挑战性的效率标准的设计，包括ErP和80 PLUS Titanium。

ØSiC模块化封装

随着SiC器件应用场景的拓展，越来越多的应用需要多个器件在一个模块中集成。因此，集成封装技术成为了SiC器件封装领域的一个新的研究方向，不仅要考虑每个单独器件的性能，还需要确保整体模块的性能、稳定性和可靠性。

与单管封装相比，SiC功率模块在降低寄生效应、提高散热性能以及增强长期可靠性和耐温性方面具有显著优势。例如模块化的封装可以减少高速开关导致关断期间电压尖峰增加，而减少封装的寄生电感可以减轻应力，SiC设备可以在400°C以上的环境中工作，但其器件的温度仍受限于封装材料，如成型化合物、互连、晶片附着等。

在安森美的SiC模块化封装产品中，VE-Trac B2 SiC模块在一个半桥架构中集成了安森美的所有SiC MOSFET技术。裸片连接采用银烧结技术，压铸模工艺用于实现强固的封装，提高了能效、功率密度和可靠性。该模块符合AQG 324汽车功率模块标准，其SiC芯片组采用安森美的M1 SiC技术，从而提供高电流密度、强大的短路保护、高阻断电压和高工作温度，在电动汽车主驱应用中带来了领先同类的性能。