结温TJ(Junction Temperature)是电子设备中半导体芯片的实际事情温度,在实际案例中,它常日高于外壳温度。
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韶光以及热阻。
一个芯片结温的估计值TJ,可以从下面的公式中计算出来:

个中:TJ为结温,TA为环境温度,Rθ(J-C)为热阻,PD为功耗。
对付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)的事情环境,承受更大的电流,且可以延长器件事情寿命。
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℃结温哀求,上升到100℃,125℃以及150℃,部分车规级别产品结温可以知足175℃。
结温提升的背后是运用端对高器件的高哀求,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。
目前市情量产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产品的安全事情区,以及应对分外工况或分外事情环境,更高结温的SiC SBD需求迫不及待。
近期,维安在芯片设计(工艺)以及封装设计(工艺)上取得打破,成功开拓出200℃结温1200V SiC SBD产品。
WSRSIC020120NP4-HT的印章图
上图器件WSRSIC020120NP4-HT。个中型号中HT代表高结温(TJ=200℃)系列,产品本体上标印“HTL”以示区分,器件封装形状为TO-247-2L,事情电压VRRM=1200V,VF范例值1.45V@20A 25℃,IR范例值0.5μA@1200V 25℃,目前产品已经通过全套可靠性考察。个中IOL、HTRB等结温干系项目,可靠性知足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芯片采取MPS构造,针对高结温需求,在衬底、外延、势垒金属、版图、钝化构造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:
优化后器件有着更优的温度稳定性,器件高温泄电小@1200V 200℃,可靠性高。
SiC SBD 芯片构造示意图
封装设计(工艺)维度
高结温器件开拓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知足哀求。长期事情在高温状态下会导致器件失落效。
WSRSIC020120NP4-HT采取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,亦达到知足TJ=200℃结温的哀求。
器件的装置示意图
测试筛选维度
WSRSIC020120NP4-HT系列产品,在测试上采取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分外而有效的筛选方案,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产品运用上风
适宜高环境温度事情
适用于工矿、汽车、专探等高环境温度运用;
器件安全事情区更大
适用于电流激增等不稳定工况,降落器件热失落效率;
更好的温度稳定性
不同温度下参数(VF、IR)变革较小,适用于对温度稳定性哀求较高的运用工况。
与传统的硅基器件比较,基于新一代半导体材料SiC的功率器件具有显著上风,但其器件的性能极限还有待打破,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器件运用上风会更加明显。维安高结温的SiC SBD器件,也为浩瀚电力电子工程师供应更灵巧运用的产品优选。