SiC器件IGBT模塊是否有必要提高結(jié)溫
眾所周知,SiC材料具有許多重要特性:其擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度是硅材料的10倍左右,最高結(jié)溫可達(dá)600℃……因此,SiC器件結(jié)構(gòu)具有天生的耐高溫能力,在真空條件下耐壓甚至可達(dá)400至600℃。SiCMOSFET自身損耗小,發(fā)熱量小,自身溫升相對(duì)較小。“SiC的導(dǎo)熱率比硅更好,(大約是硅的三倍),熔點(diǎn)更高(2830℃,而硅是1410℃),所以本質(zhì)上SiC的耐受溫度比硅高出很多。”所以,SiC更適合高溫工作環(huán)境。
2010年5月,一家頭部公司稱其新技術(shù)顯著提高了IGBT模塊壽命10倍,輸出功率可以增加25%,支持高達(dá)200℃結(jié)溫。如果硅器件也能夠這樣,我們也就不會(huì)在這里討論SiC結(jié)溫了。
事實(shí)上,150℃結(jié)溫仍是SiC目前的最高標(biāo)準(zhǔn),175℃結(jié)溫等級(jí)剛開始嶄露頭角,封裝也在準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化階段,耐針對(duì)200℃乃至更高結(jié)溫對(duì)封裝材料和工藝的要求十分嚴(yán)苛,且必須根據(jù)片芯特征進(jìn)行定制設(shè)計(jì),才能滿足更高的導(dǎo)熱和散熱性要求。
從應(yīng)用角度看,MOSFET、IGBT,包括SiCMOSFET器件數(shù)據(jù)表載明的最高結(jié)溫就是175℃。最高結(jié)溫受芯片和封裝的影響。結(jié)溫從125℃提高到150℃,花了約20年時(shí)間;從150℃提高至175℃,又是差不多10年,業(yè)界曾認(rèn)為到2020年,200℃器件就可以市場(chǎng)化,但是并沒有實(shí)現(xiàn)。
有沒有必要提高結(jié)溫?上面說過,現(xiàn)在硅和SiC器件的最高結(jié)溫也就是175℃,是否有必要提高結(jié)溫呢?相關(guān)業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為:“讓SiC方案的額定溫度超過175℃是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的重要因素。這需要增加SiC產(chǎn)品的安全工作區(qū)(SOA)。另一方面,由于缺乏可用的通用封裝材料,高額定溫度的封裝離實(shí)現(xiàn)還有很長(zhǎng)的路要走。”
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