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硬核解读维安200℃结温SiC肖特基,A爆了!

结温TJ(Junction Temperature)是电子设备中半导体芯片的实际工作温度,在实际案例中,它通常高于外壳温度。


结温和壳温(Case Temperature)可以衡量从半导体内封芯片到封装外壳间的散热所需时间以及热阻。


一个芯片结温的估计值TJ,可以从下面的公式中计算出来:

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其中:TJ为结温,TA为环境温度,Rθ(J-C)为热阻,PD为功耗。


对于功率半导体器件而言,高的结温代表器件可以胜任更严苛(高温)的工作环境,承受更大的电流,且可以延长器件工作寿命。


硅基功率分立器件的发展,也是一部不断提高器件结温的历史。消费级硅基产品由最初的85℃结温要求,上升到100℃,125℃以及150℃,部分车规级别产品结温可以满足175℃。


结温提升的背后是应用端对高器件的高要求,以及芯片和封装的设计、工艺的飞速进步,高结温可以使半导体器件可以用于车载、航空、航天等领域。


SiC器件作为三代半导体的代表,它有着更高的禁带宽度(大约是硅器件的3倍),更优的热传导率(大约是硅器件的3倍)和更高的熔点(SiC约2830℃,硅约1410℃)。这些特质使SiC器件有着天生的高温稳定性,其结温远远优于硅器件。


目前市面量产SiC SBD产品结温多为175℃,远高于硅器件150℃结温标准,但为了扩大SiC SBD产品的安全工作区,以及应对特殊工况或特殊工作环境,更高结温的SiC SBD需求迫在眉睫。



近期,维安在芯片设计(工艺)以及封装设计(工艺)上取得突破,成功开发出200℃结温1200V SiC SBD产品


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WSRSIC020120NP4-HT的印章图


上图器件WSRSIC020120NP4-HT。其中型号中HT代表高结温(TJ=200℃)系列,产品本体上标印“HTL”以示区分,器件封装外形为TO-247-2L,工作电压VRRM=1200VVF典型值1.45V@20A 25℃IR典型值0.5μA@1200V 25℃,目前产品已经通过全套可靠性考核其中IOL、HTRB等结温相关项目,可靠性满足TJ=200℃验证条件


同时,该产品在芯片设计(工艺)以及封装设计(工艺)以及测试维度上也做出了优化和创新:


芯片设计(工艺)维度

WSRSIC020120NP4-HT芯片采用MPS结构,针对高结温需求,在衬底、外延、势垒金属、版图、钝化结构等方面进行了设计和优化。


为了更好的表征器件关键参数针对温度敏感性,维安在行业中率先引入表征器件关键参数温度稳定性的评估项目:

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优化后器件有着更优的温度稳定性,器件高温漏电小@1200V 200℃,可靠性高。

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SiC SBD 芯片结构示意图


封装设计(工艺)维度

高结温器件开发的难点不止在于芯片本身,封装设计也有着很高的难度。传统SiC封装设计极限温度在175℃,当处于200℃温度时传统材料稳定性无法满足要求。长期工作在高温状态下会导致器件失效。


WSRSIC020120NP4-HT采用TO-247-2L封装,产品在框架的预处理工艺,框架设计,塑封料的选型,焊料的选型以及封装工艺的设计上都逐一进行了优化,亦达到满足TJ=200℃结温的要求。


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器件的装配示意图


测试筛选维度

WSRSIC020120NP4-HT系列产品,在测试上采用常温与高温热测试相结合的测试方法,100%测试器件在高温下的电学性能。且在生产制程中加入特殊而有效的筛选方案,产品综合良率可以达到95%以上,可靠性评估100%合格。

200℃结温SiC SBD产品应用优势


适合高环境温度工作

适用于工矿、汽车、专探等高环境温度应用;


器件安全工作区更大

适用于电流激增等不稳定工况,降低器件热失效率;


更好的温度稳定性

不同温度下参数(VF、IR)变化较小,适用于对温度稳定性要求较高的应用工况。


与传统的硅基器件相比,基于新一代半导体材料SiC的功率器件具有显著优势,但其器件的性能极限还有待突破,随着工艺水平、设计理念、以及材料科学的不断进步,在特定领域,SiC器件应用优势会更加明显。维安高结温的SiC SBD器件,也为众多电力电子工程师提供更灵活应用的产品优选。


登陆维安官方网站,了解更多维安碳化硅肖特基产品信息:

https://www.way-on.cn/Product-Center/info-322.html



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