世界首家“全SiC”功率模塊開(kāi)始量產(chǎn)
日本知名半導(dǎo)體制造商羅姆株式會(huì)社(總部:日本京都市)推出的“全SiC”功率模塊(額定1200V/100A)開(kāi)始投入量產(chǎn)。該產(chǎn)品的內(nèi)置功率半導(dǎo)體元件全部采用SiC(Silicon Carbide:碳化硅)構(gòu)成。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/130600.htm
此產(chǎn)品安裝在工業(yè)設(shè)備和太陽(yáng)能電池等中負(fù)責(zé)電力轉(zhuǎn)換的變頻器、轉(zhuǎn)換器上,與普通的Si(硅)材質(zhì)的IGBT模塊相比,具備以下優(yōu)勢(shì),有效解決了世界能源和資源等地球環(huán)境問(wèn)題。
●開(kāi)關(guān)損耗降低85%
●與傳統(tǒng)的400A級(jí)別的Si-IGBT模塊相替換時(shí),體積減小約50%
●損耗低,因此發(fā)熱少,可減小冷卻裝置體積,從而可實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體的小型化
本產(chǎn)品計(jì)劃在羅姆總部工廠(京都市)從3月份下旬開(kāi)始量產(chǎn)、出貨。
近年來(lái),在工業(yè)設(shè)備和太陽(yáng)能電池、電動(dòng)汽車、鐵路等電力電子技術(shù)領(lǐng)域,與Si元件相比,電力轉(zhuǎn)換時(shí)損耗少、材料性能卓越的SiC元件/模塊的實(shí)際應(yīng)用備受期待。
根據(jù)估算,將傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體全部替換為SiC后的節(jié)能效果,僅在日本國(guó)內(nèi)就相當(dāng)于4座核電站的發(fā)電量※2,因此,各公司都已強(qiáng)化了相關(guān)研究開(kāi)發(fā)。在這種背景下,羅姆于2010年在世界上率先成功實(shí)現(xiàn)了SiC-SBD和SiC-MOSFET兩種SiC元件的量產(chǎn),在行業(yè)中遙遙領(lǐng)先。
與此同時(shí),關(guān)于“全SiC”模塊,即所內(nèi)置的功率元件全部將Si替換為SiC,多年來(lái),雖然全世界的制造商多方試制,但在可靠性上存在諸多課題,一直無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
※1:根據(jù)羅姆的調(diào)查(截止2012年3月22日)
※2:根據(jù)日本工程振興協(xié)會(huì)(ENAA)的調(diào)查:截止2020年日本國(guó)內(nèi)主要領(lǐng)域都導(dǎo)入了SiC功率元件的情況下
(按1座100萬(wàn)kW級(jí)的核電站=8.8TWh/年估算)
此次,通過(guò)羅姆開(kāi)發(fā)出的獨(dú)創(chuàng)的缺陷控制技術(shù)和篩選法,使可靠性得以確保。另外,針對(duì)SiC制備過(guò)程中特有的1700℃高溫工序,為了防止其發(fā)生特性劣化,羅姆開(kāi)發(fā)了控制技術(shù),于世界首家確立了“全SiC”功率模塊的量產(chǎn)體制。
內(nèi)置最先進(jìn)的SiC-SBD和SiC-MOSFET兩種元件,與傳統(tǒng)的Si-IGBT模塊相比,可以將電力轉(zhuǎn)換時(shí)的損耗降低85%。另外,與IGBT模塊相比,在10倍于其的頻率-100kHz以上的高頻環(huán)境下工作成為可能。該產(chǎn)品的額定電流為100A,通過(guò)高速開(kāi)關(guān)和低損耗化,可以與額定電流為200~400A的Si-IGBT模塊進(jìn)行替換。
不僅如此,通過(guò)設(shè)計(jì)和工藝的改善,羅姆還成功開(kāi)發(fā)出散熱性卓越的模塊。替換傳統(tǒng)的400A級(jí)別的Si-IGBT模塊時(shí),體積可減小約50%。由于損耗低,因此發(fā)熱少,可減小外置的冷卻裝置體積,從而非常有助于設(shè)備整體的小型化。
羅姆將以SiC為首的功率元件事業(yè)作為發(fā)展戰(zhàn)略之一定位,今后,加強(qiáng)實(shí)現(xiàn)更高耐壓、更大電流的SiC元件/模塊的產(chǎn)品陣容的同時(shí),不斷推進(jìn)完善SiC 溝槽式MOSFET和SiC-IPM(智能電源模塊)等SiC相關(guān)產(chǎn)品的陣容與量產(chǎn)化。
<特點(diǎn)>
1) 開(kāi)關(guān)損耗降低85%
內(nèi)置了最先進(jìn)的SiC-SBD與SiC-MOSFET的“全SiC”模塊,與傳統(tǒng)的Si-IGBT相比,開(kāi)關(guān)損耗可降低85%。
2) 實(shí)現(xiàn)小型、輕薄封裝
通過(guò)設(shè)計(jì)和工藝改善,成功開(kāi)發(fā)出散熱性卓越的模塊。大大有助于設(shè)備的小型化需求。
<電路圖>
<術(shù)語(yǔ)解說(shuō)>
?IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor的簡(jiǎn)稱)
絕緣柵雙極晶體管。給柵極安裝了MOSFET的雙極晶體管。
?MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor的簡(jiǎn)稱)
金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管,是FET中最被普遍使用的結(jié)構(gòu)。作為開(kāi)關(guān)元件使用。
?SBD(肖特基勢(shì)壘二極管Schottky Barrier Diode 的簡(jiǎn)稱)
使金屬和半導(dǎo)體接觸從而形成肖特基結(jié),利用其可得到整流性(二極管特性)的二極管。具有“無(wú)少數(shù)載流子存儲(chǔ)效應(yīng),高速性能卓越”的特點(diǎn)。
評(píng)論