碳化硅功率器件面臨的挑戰(zhàn)

碳化硅 （SiC） 器件與高功率應用中常用的硅器件相比具有多項優(yōu)勢。SiC 功率器件仍然面臨一些大規(guī)模生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，包括縮放的限制因素、與 SiC 器件較小的管芯尺寸相關的散熱問題、管芯上與封裝相關的應變以及襯底可用性。但針對這些挑戰(zhàn)的解決方案正在評估并投入生產(chǎn)，通過正確實施，可以使用 SiC 滿足客戶需求并滿足現(xiàn)場期望。

作為領先的半導體和功率器件制造商，安森美半導體從 2015 年開始在 SiC 器件中占據(jù)重要地位。從小規(guī)模生產(chǎn)開始，安森美半導體在 2016 年和 2017 年實現(xiàn)了顯著增長，去年，SiC 產(chǎn)量比去年翻了一倍多。由于對 2019 年和 2020 年的產(chǎn)量增長預測類似，公司正在詢問 SiC 需求的爆炸性增長是否會超過可用的襯底供應。通過制定適當?shù)牟呗詠泶_保底物的替代來源，可以避免這個潛在的問題。

關于 SEMI 的 SiC 產(chǎn)品組合

ON Semi 今天提供范圍廣泛的基于 SiC 的器件，例如二極管（均作為分立元件和模塊提供），范圍從 4 到 50 A/650 V 到 6 到 50 A/1，200 V。MOSFET 的生產(chǎn)始于2018 年第一季度推出采用 TO-247 封裝的 80mΩ、1，200V 器件。從今年第二季度開始，ON Semi 將發(fā)布多達 12 款新器件，包括采用 TO-247-3L、D2PAK-7L 和 TO247-4L 封裝的 20-、40- 和 160-mΩ MOSFET。ON Semi 基礎設施依賴于巨大的晶圓廠產(chǎn)能，每周能夠發(fā)布超過 10，000 個晶圓。同時，在所有時區(qū)（亞洲、歐洲和美國）都有一個開發(fā)團隊，以支持 24 小時全球開發(fā)。

當前的第一代器件產(chǎn)品組合將通過 900V MOSFET 進行擴展，該 MOSFET 具有 15V 的柵極至源極電壓 （VGS），旨在滿足汽車牽引力控制應用的需求。該器件路線圖還包括一個 1，700-V 肖特基勢壘二極管 （SBD），適用于大功率和工業(yè)應用，以及一個 650-V 第二代 SBD，能夠滿足競爭激烈的市場的需求。

盡管如今二極管仍占主導地位，但預計未來一到兩年內(nèi) MOSFET 和模塊應用將大幅增長。因此，ON Semi 專注于實現(xiàn)更高功率的模塊、不同的占位面積和廣泛的 MOSFET 電壓等級。

應用實例

SiC MOSFET 的一個示例應用是用于電動巴士車隊的 40 kW 車載快速充電器。每個系統(tǒng)包括 36 個 SiC MOSFET，可實現(xiàn)出色的電流共享、出色的 dV/dt 控制（高于 25 V/納秒）、有源整流和零場故障。電動方程式市場代表了另一個具有挑戰(zhàn)性的應用。E 級方程式賽車需要高系統(tǒng)性能，從而推動了設備規(guī)格的極限。ON Semi 提供 50-A 二極管和 1，200-V、160-A MOSFET（16 個并聯(lián)器件）以實現(xiàn)高性能牽引系統(tǒng)。

圖 1：SiC 二極管和 IGBT 性能比較

電動方程式賽車牽引力控制是一種極端應用，其中 SiC 設備通常會在超速檔增壓區(qū)工作，以在汽車在惡劣條件下運行時提供有關預期壽命和最大功率的寶貴信息。SiC MOSFET 正在取代目前在牽引系統(tǒng)中使用的絕緣柵雙極晶體管 （IGBT），從而使解決方案的芯片尺寸大幅減?。◤?50 mm 2到大約 10 mm 2）。