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東芝推出具有低導(dǎo)通電阻和高可靠性的適用于車載牽引逆變器的最新款1200 V SiC MOSFET

2024-11-18
來源:東芝電子元件及存儲裝置株式會社
關(guān)鍵詞: 東芝 車載牽引逆變器 MOSFET

  中國上海,2024年11月12日——東芝電子元件及存儲裝置株式會社(“東芝”)今日宣布,最新開發(fā)出一款用于車載牽引逆變器[1]的裸片[2]1200 V碳化硅(SiC)MOSFET“X5M007E120”,其創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻和高可靠性。X5M007E120現(xiàn)已開始提供測試樣品,供客戶評估。

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  當(dāng)?shù)湫蚐iC MOSFET的體二極管在反向傳導(dǎo)操作[3]期間雙極通電時(shí),其可靠性會因?qū)娮柙黾佣档?。東芝SiC MOSFET通過在MOSFET中嵌入SBD(肖特基勢壘二極管)以弱化體二極管工作的器件結(jié)構(gòu)來緩解上述問題,但如若將SBD布置在芯片上,會減少為通道提供的板面積,板面積不僅可決定MOSFET導(dǎo)通工作的電阻,而且還可增加芯片的導(dǎo)通電阻。

  X5M007E120中嵌入的SBD采用格紋形態(tài)排列,沒有采用常用的條形形態(tài),這種排列可高效抑制器件體二極管的雙極通電,而且即便占用相同的SBD掛載面積,也能將單極工作的上限提升到大約兩倍的當(dāng)前面積。此外,也可針對條形陣列提高通道密度,而且單位面積的導(dǎo)通電阻很低,大約降低了20 %至30 %[5]。這一提高的性能、低導(dǎo)通電阻以及針對反向?qū)üぷ鞅3值目煽啃裕晒?jié)省用于電機(jī)控制的逆變器的電能,例如牽引逆變器。

  降低SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻,會導(dǎo)致短路[6]時(shí)流過MOSFET的電流過大,進(jìn)而降低短路耐久性。此外,增強(qiáng)嵌入式SBD的傳導(dǎo),提高反向傳導(dǎo)工作的可靠性,也會增大短路時(shí)的漏電流,從而可再次降低短路耐久性。最新裸片具有深勢壘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[7],可在短路狀態(tài)下抑制MOSFET的過大電流和SBD的漏電流,這可在提高其耐久性的同時(shí),保持針對反向傳導(dǎo)工作的極高可靠性。

  用戶可根據(jù)其特定的設(shè)計(jì)需求定制裸片,實(shí)現(xiàn)面向其應(yīng)用的解決方案。

  東芝預(yù)計(jì)將在2025年提供X5M007E120的工程樣品,并在2026年投入量產(chǎn),同時(shí),其將進(jìn)一步探索器件特征的改進(jìn)。

  東芝將為客戶提供易用性和性能都更高的電源半導(dǎo)體產(chǎn)品,充分滿足電機(jī)控制逆變器和電動汽車電力控制系統(tǒng)等能效都至關(guān)重要的領(lǐng)域的應(yīng)用需求,從而為實(shí)現(xiàn)脫碳社會做出貢獻(xiàn)。

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  圖1:外觀(俯視圖)與內(nèi)部電路

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  圖2:現(xiàn)有條形形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET與格紋形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET的原理圖

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  圖3:條形形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET與格紋形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET的單極傳導(dǎo)及導(dǎo)通電阻臨界電流密度測量值(東芝調(diào)查)

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  圖4:典型SiC MOSFET與東芝SiC MOSFET(將SBD嵌入MOSFET芯片的MOSFET)的比較

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  圖5:格紋形態(tài)嵌入式SBD的現(xiàn)有MOSFET與深勢壘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)MOSFET的原理圖

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  圖6:條形形態(tài)嵌入式SBD和深勢壘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)MOSFET的短路耐受時(shí)間和導(dǎo)通電阻的測量值(東芝調(diào)查)

  00.JPG應(yīng)用:

  -車載牽引逆變器

  00.JPG特性:

  -低導(dǎo)通電阻與高可靠性

  -車載裸片

  -通過AEC-Q100認(rèn)證

  -漏極—源極電壓額定值:VDSS=1200 V

  -漏極電流(DC)額定值:ID=(229)A[8]

  -低導(dǎo)通電阻:

  RDS(ON)=7.2 mΩ(典型值)(VGS=+18 V、Ta=25 °C)

  RDS(ON)=12.1 mΩ(典型值)(VGS=+18 V、Ta=175 °C)

  00.JPG主要規(guī)格:

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  注:

  [1] 可將電池供電的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源并可控制電動汽車(EV)或混合動力電動車(HEV)電機(jī)的設(shè)備。

  [2] 未封裝芯片產(chǎn)品。

  [3] 電路中電流回流導(dǎo)致的電流從源極流向漏極的工作。

  [4] 當(dāng)正向電壓施加到漏極和源極之間的pn二極管時(shí)的雙極性工作。

  [5] 相比使用條形形態(tài)的產(chǎn)品。

  [6] 與在正常開關(guān)工作期間的短時(shí)間傳導(dǎo)相比,在控制電路故障等異常模式下出現(xiàn)長時(shí)間傳導(dǎo)的現(xiàn)象,要求具有在一定短路工作持續(xù)時(shí)間內(nèi)不會出現(xiàn)故障的強(qiáng)度。

  [7] 為控制因高壓而產(chǎn)生的高電場提供的器件結(jié)構(gòu)元件,其會對器件性能產(chǎn)生重大影響。

  [8] 暫定值。




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