第四代碳化硅场效应晶体管应用

2023年7月21日
10:45

Qorvo 的新型 750V 第 4 代 SiC FET Qorvo (UnitedSiC) 近宣布推出采用新型表面贴装 TOLL 封装的 750V/5.4mΩ SiC FET，扩大了公司的性能地位，并扩大了其突破性的第 4 代 SiC FET 产品组合。该产品是 750V SiC FET 系列中的首款产品，R DS(on)范围为 5.4 mΩ 至 60 mΩ，将采用 TOLL 封装。这些组件非常适合空间有限的应用，例如可处理 100 A 电流和数百瓦到数千瓦的交流/直流电源的固态继电器和断路器。

通过2021 年 10 月收购 UnitedSiC，Qorvo 构建了基于 SiC 的 FET 产品的高性能产品组合，使公司能够提供涵盖功率转换、运动控制和电路保护等应用的电源解决方案。

具有挑战性的应用

新器件满足了服务器电源对尺寸、效率和成本的需求，其中功率密度已增加到 100 W/in 以上。因为处理器耗电量大，并且在相同尺寸下需要更多功率（每个 AC/DC PSU >3 kW）。同样，固态断路器需要能够满足空间受限应用要求的解决方案，其中主动冷却是一种选择，并且必须具有承受高电流和高电压的能力。

Qorvo 的新型 TOLL 封装器件满足上述要求，因为它们：

减少封装占地面积

更薄的封装，允许更厚的散热器

低功率损耗

表面贴装技术封装，可自动组装到 PCB 子卡上，从而降低成本

每个封装的电阻较低，无需并联多个 FET

高电流承受能力和更长的短路承受时间

具有足够的响应时间的抗噪能力

与传统的 D2-PAK 封装相比，TOLL 具有减小占地面积和高度的优点，如图 1 所示。

低 RDS(on) 表面贴装产品的尺寸 — D2PAK7L 与 TOLL。

图 1：低 R DS(on) 表面贴装产品尺寸 — 采用 TOLL (Qorvo) 第四代 SiC FET 的 D2PAK7L 在 RDS(on) 关键品质因数方面提供了无与伦比的性能

第 4 代 SiC FET在 600/750V 级功率 FET 中的R DS(on)和输出电容的关键品质因数方面提供了无与伦比的性能。此外，该器件采用 TOLL 封装的 R DS(on)为 5.4 mΩ，比GaN 晶体管、SiC MOSFET 和一流的硅 MOSFET 低 4 至 10 倍。SiC FET 的 750V 额定值也比竞争技术高 100 至 150V，从而显着提高了处理电压瞬变的设计余量。

如图 1 所示，与同类 D2PAK 表面贴装替代方案相比，TOLL 封装的占地面积小 30%，高度短 50%（2.3 毫米）。TOLL 封装还具有开尔文源连接，可通过更清晰的栅极波形可靠、快速地切换大电流。

新型 SiC FET 利用 Qorvo 独有的共源共栅电路布置（其中 SiC JFET 与硅 MOSFET 共同封装）来创建一种器件，该器件充分利用宽带隙开关技术带来的效率优势以及硅 MOSFET 更简单的栅极驱动。SiC JFET 提供与 SiC MOSFET 相同的 R DS(on)，但需要更小的芯片面积，并且通常位于器件上。将 SiC JFET 与常关硅 MOSFET 相结合，共源共栅配置保留了 JFET 的优点，同时允许与标准SiC MOSFET兼容。共源共栅是一种常关配置，对客户透明，并具有带栅极、源极和漏极的标准三端器件。

尽管尺寸大幅减小，但新型 FET 从结到外壳的热阻达到了业界的 0.1°C/W。新型 750V/5.4mΩ UJ4SC075005L8S 采用先进的生产工艺（例如烧结芯片贴装），在外壳温度高达 144°C 的情况下具有 120A 的连续额定电流，在高达 0.5ms 的情况下具有 588A 的脉冲电流额定值。

这使得“I 2 t”额定值比相同封装中的硅 MOSFET 高大约 8 倍，从而增强了鲁棒性和瞬态过载抗扰度，同时简化了设计流程。极低的 R DS(on)、高 T j(max) = 175°C 和出色的瞬态热行为相结合，实现了这一点。此外，SiC FET 的过电流比同一封装中 R DS(on)硅 MOSFET 高 2.8 倍 (tp~0.5–1 ms)。图 2 显示了采用 TOLL 封装的硅和 SiC FET 的脉冲电流与脉冲宽度的关系，对此进行了例证。

750V/5.4mΩ SiC FET 的脉冲宽度与（方波）脉冲电流与 TOLL 封装中 RDS(on) 的 600V 硅 MOSFET 的比较。