如何“榨干”SiC器件潛能？這幾種封裝技術提供了參考范例

隨著全球對可再生能源和清潔電力系統(tǒng)的需求不斷增長，光儲充一體化市場為實現能源的高效利用和優(yōu)化配置提供了創(chuàng)新解決方案。在此趨勢引領下，碳化硅（SiC）產業(yè)生態(tài)正迅速發(fā)展，逐漸成為替代傳統(tǒng)硅基功率器件的有力市場競爭者。本文將聚焦于SiC材料的卓越屬性，探討安森美（onsemi）系列先進的封裝技術為加速SiC導入新能源領域應用提供的參考范例。

光儲充應用市場需求持續(xù)上漲

從逆變器到充電器，SiC在新能源產業(yè)鏈中的全方位革命

眾所周知，SiC材料具有卓越的高溫性能、高效率、高頻開關能力以及耐高溫和高可靠性等，為功率電子領域帶來了革命性的變化。這些特性不僅使得SiC器件在高功率應用中表現出色，還有助于實現設備的小型化設計，降低整體系統(tǒng)的重量和體積。

具體而言，SiC產業(yè)的蓬勃發(fā)展主要得益于太陽能逆變器、儲能系統(tǒng)和電動汽車等關鍵應用，SiC MOSFET和單管器件以其低功率損耗、高開關頻率和高效率等優(yōu)勢，有效提升了系統(tǒng)的整體性能和可靠性。

例如在工業(yè)應用中SiC MOSFET可以實現更高的轉換效率；能源基礎設施中SiC MOSFET可以提高功率密度，減少系統(tǒng)的尺寸、重量以及組件數；在電動汽車充電器應用中，SiC MOSFET也可提供更快的充電速度和更低的冷卻成本……可以說隨著技術的進步和成本的降低，SiC器件的應用范圍正在不斷擴大，從工業(yè)電機驅動到能源基礎設施，再到電動汽車充電設備，推動整個能源行業(yè)的轉型和升級。

安森美為能源基礎設施解決方案提供完整的解決方案

作為一家擁有完整端到端SiC供應鏈的半導體制造商，安森美利用了行業(yè)領先的IGBT和SiC技術，以及最高效的封裝，從原材料到最終成品，從襯底到模塊全覆蓋，質量控制貫穿所有環(huán)節(jié)，對整個碳化硅制造價值鏈實現全面控制。安森美在器件應用和建模方面豐富的經驗，可以幫助用戶為最終應用選擇合適的碳化硅產品，保證在最終應用中提供更佳、更可靠的性能和制造能力。

封裝技術進階，解鎖SiC性能上限

另一方面，盡管SiC功率器件已經被認為是下一代功率電子應用的關鍵技術，如何充分發(fā)揮其優(yōu)勢性能則給封裝技術帶來了新的挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)封裝雜散電感參數較大，難以匹配器件的快速開關特性；器件高溫工作時，封裝可靠性降低；模塊的多功能集成封裝與高功率密度需求如何匹配等等。因此，從高溫穩(wěn)定性到模塊集成，再到環(huán)境因子和測試驗證，封裝技術的研究和發(fā)展正與SiC器件技術并行進展。

?封裝

安森美提供的以下各種封裝

TOLL封裝是市場上的新產品，我們將特別介紹。

?TOLL封裝

在小空間內提供高度可靠的電源設計的能力正在成為許多領域的競爭優(yōu)勢，包括工業(yè)、高性能電源和服務器應用。安森美是業(yè)內最早推出TO-Leadless (TOLL) 封裝SiC MOSFET的廠商之一，該晶體管滿足了對適用于高功率密度設計的高性能開關器件快速增長的需求。TOLL封裝的占位面積僅為 9.90 mm x 11.68 mm，與D2PAK封裝相比，PCB面積可節(jié)省30%。它的外形僅為2.30毫米，占用的體積比D2PAK封裝小60%。

除了尺寸更小外，TOLL封裝還提供比D2PAK 7引線更好的熱性能和更低的封裝電感，其開爾文源(Kelvin Source)配置確保更低的柵極噪聲和開關損耗。與沒有開爾文配置的器件相比，包括開啟損耗 (EON) 降低60%，確保在具有挑戰(zhàn)性的電源設計中顯著提高效率和功率密度作為改進的EMI 和更容易的PCB設計。

安森美第一款采用TOLL封裝的SiC MOSFET是NTBL045N065SC1，其VDSS 額定值為650V，典型RDS(on)為33 mΩ，最大漏極電流為73 A。該器件的最高工作溫度為175°C和超低柵極電荷，可顯著降低開關損耗。此外，TOLL 封裝具有 MSL 1（濕度敏感度1級）等級，適用于要求苛刻的應用，包括開關模式電源(SMPS)、服務器和電信電源、太陽能逆變器、不間斷電源(UPS)和儲能，同時適用于需要滿足最具挑戰(zhàn)性的效率標準的設計，包括ErP和80 PLUS Titanium。

?SiC模塊化封裝

隨著SiC器件應用場景的拓展，越來越多的應用需要多個器件在一個模塊中集成。因此，集成封裝技術成為了SiC器件封裝領域的一個新的研究方向，不僅要考慮每個單獨器件的性能，還需要確保整體模塊的性能、穩(wěn)定性和可靠性。

與單管封裝相比，SiC功率模塊在降低寄生效應、提高散熱性能以及增強長期可靠性和耐溫性方面具有顯著優(yōu)勢。例如模塊化的封裝可以減少高速開關導致關斷期間電壓尖峰增加，而減少封裝的寄生電感可以減輕應力，SiC設備可以在400°C以上的環(huán)境中工作，但其器件的溫度仍受限于封裝材料，如成型化合物、互連、晶片附著等。

在安森美的SiC模塊化封裝產品中，VE-Trac B2 SiC模塊在一個半橋架構中集成了安森美的所有SiC MOSFET技術。裸片連接采用銀燒結技術，壓鑄模工藝用于實現強固的封裝，提高了能效、功率密度和可靠性。該模塊符合AQG 324汽車功率模塊標準，其SiC芯片組采用安森美的M1 SiC技術，從而提供高電流密度、強大的短路保護、高阻斷電壓和高工作溫度，在電動汽車主驅應用中帶來了領先同類的性能。

SiC材料技術的進步與發(fā)展，為高性能電子設備帶來了重要價值，而封裝技術的優(yōu)化和創(chuàng)新，則進一步推動了SiC器件的性能提升和市場導入。在未來，隨著兩者進一步完善，我們期待SiC功率器件在功率電子應用中發(fā)揮更大的作用。