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CISSOID的SiC MOSFET IPM

日期:2023-06-27 人气:209

   高温SOI器件已经获得了完全的商业化生产和供应。以CISSOID公司为例,其从事高温SOI器件的设计和制造,已有20多年历史;目前已能提供10多个种类100多个型号的高温SOI器件,包括二极管、MOSFETs、电压参考器、电压调节器、PWM控制器、栅极驱动器模数转换器比较器运算放大器、逻辑器件、时钟发生器和计时器等等。根据封装形式的不同,分为两大系列:CMT系列为高温塑胶材质封装,最高结温为175℃;而CHT系列则为金属陶瓷封装,最高结温为225℃。综合平衡管芯和封装的设计和现有产业化工艺条件,目前CISSOID所提供的高温SOI器件的高温工作寿命可达约15年(最高结温175℃),或约5.5年(最高结温225℃),又或约2.5年(最高结温250℃),以及约1.3年(最高结温280℃);其规律是,近乎于温度每升高25℃,器件寿命将约减少一半;在300℃以上时,其SOI器件也还有几千小时的工作寿命。

   另一方面,近年新兴的宽禁带化合物半导体(SiC、GaN等),天生具有卓越的高温性能,其工作温度已被实验证明可达500℃甚至更高,而以SiC器件的高温性能最为杰出。近期,SiC的商业化进展程度也表现尤为突出,由电动汽车应用的大量需求所推动,SiC器件已经开始了大规模量产和全面普及,必然在电力电子应用的各个领域逐步替代传统的体硅IGBT功率器件。

   SiC功率器件高温应用的高温封装技术也在加速演进。为了配合这一发展的整体趋势,CISSOID 公司利用其高温SOI的技术优势,开发了专为降低开关损耗并提高功率密度、风冷型三相全桥碳化硅SiC MOSFET智能功率模块(IPM)技术平台系列(图3)。针对航空航天领域的风冷应用,部分IPM采用了平面基板,可以方便地结合到散热器或框架结构上。该IPM技术平台可迅速调配以适应不同的电压、功率档级,极大地加速了基于SiC的功率转换器的设计,实现更高效率和更高功率密度。

  

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  带有平面底板的SiC智能功率模块

  

   智能功率模块(IPM)意味着功率模块和栅极驱动器的集成。功率模块和栅极驱动器的协同设计能够通过仔细调节dv/dt和控制快速开关固有的电压过冲来优化IPM,以实现最低开关能量损耗。CISSOID的栅极驱动器是基于高温SOI半导体技术开发的,具有独特的耐高温稳定性,可与耗散数百瓦的功率组件紧密集成。这样,有助于减少栅极环路寄生电感,实现快速开关和降低开关损耗,并避免寄生导通的风险。CISSOID的栅级驱动器配有负驱动和有源米勒钳位(AMC)、去饱和检测(DeSAT)、软关断(SSD)等防护保护机制,还有欠压锁定(UVLO)、DC总线电压监视系统及模块内部的温度监控等。通过提供匹配的整合的方案,CISSOID的IPM平台使客户能够大大加快他们的系统设计。

   CISSOID 的高温SOI半导体芯片技术,是高功率风冷IPM模块成为可能的前提 (型号:CMT-PLA3SB340AA和CMT-PLA3SB340CA);这些型号是专为无法使用液体冷却,例如航空机电执行器和功率转换器的高温应用而设计的。这些型号的额定阻断电压为1200V,最大连续电流为340A;导通电阻仅有3.25mΩ和2.67mΩ,标称开关损耗则仅为8.42mJ和7.05mJ (在600 V/300A条件下)。该功率模块的额定结温为175℃,栅极驱动器的额定环境温度为125℃,通过AlSiC扁平底板冷却,热阻较低、耐热性强。另外,依据应用条件和场景的需求,通过更换更高温度等级的被动元器件和主要芯片及模块的封装,CISSOID的IPM还可以进一步提升运行温度等级。此外,CISSOID也正在开发单相和两相的IPM模块,以便于灵活地组合成不同的电力拓扑结构来针对各种不同的应用。

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