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SiC電源技術及其功率元件的組裝與散熱管理

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資料介紹

　　先進SiC元件的電流與功率密度考量

　　SiC蕭特基二極體。自2001年首度發表以來已經進展好幾代了，每個世代產品都帶來功率密度的進一步提升。自2006年起，英飛凌開始將Merged-Pin-Schottky（MPS）結構用于600/650V二極體，主要是為了提供足夠的突波電流功能。市場上的其他元件皆設計為接面能障蕭特基二極體（JBS）;從設計觀點來看，其配置是類似的，差異在于JBS的主要目的是在反向模式中隔離電場與蕭特基介面，以維持較低漏電流，而MPS的主要目的則是提供突波電流。在這些二極體中，只有部分的有效區用于電流;其余部分是被動的，在MPS的操作僅有很短的時間（脈衝模式）。因此電流密度再次呈現局部提升，如圖1所示以MPS二極體的基本塬理為範例。

　　圖1：英飛凌近幾代650V MPS二極體（G3與G5產品）的電流密度

　　目前數據顯示已接近硅晶功率元件的最高電流密度，已知這是低電壓電晶體的數據（例如在1300A/cm2時約25V）。考量在作業溫度下的壓降（可能會是》2V），如果能在接面與外殼之間有效散熱，顯然》2kW/cm2功率密度的晶片所產生的熱將獲得有效散熱。

　　現代元件設計的另一個方向是降低晶片厚度。在SiC元件的垂直面，有效層僅有幾微米（um）厚，因此其下方的其他材料僅增加晶片的（差動）導通電阻與熱阻。因此，將晶片的厚度盡可能降至最小是合理的，這通常由製造時的處理能力加以定義。英飛凌在第5代二極體（G5）推出薄型（110um）晶圓裝置，提供更進一步的功率密度，如圖2所示。

　　 SiC電源技術及其功率元件的組裝與散熱管理