第4代碳化硅場效應(yīng)晶體管的應(yīng)用

Qorvo 的新型 750V 第 4 代 SiC FET

Qorvo （UnitedSiC） 近宣布推出采用新型表面貼裝 TOLL 封裝的 750V/5.4mΩ SiC FET，擴大了公司的性能地位，并擴大了其突破性的第 4 代 SiC FET 產(chǎn)品組合。該產(chǎn)品是 750V SiC FET 系列中的首款產(chǎn)品，R DS（on）范圍為 5.4 mΩ 至 60 mΩ，將采用 TOLL 封裝。這些組件非常適合空間有限的應(yīng)用，例如可處理 100 A 電流和數(shù)百瓦到數(shù)千瓦的交流/直流電源的固態(tài)繼電器和斷路器。

通過2021 年 10 月收購 UnitedSiC，Qorvo 構(gòu)建了基于 SiC 的 FET 產(chǎn)品的高性能產(chǎn)品組合，使公司能夠提供涵蓋功率轉(zhuǎn)換、運動控制和電路保護等應(yīng)用的電源解決方案。

具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用

新器件滿足了服務(wù)器電源對尺寸、效率和成本的需求，其中功率密度已增加到 100 W/in 以上。3因為處理器耗電量大，并且在相同尺寸下需要更多功率（每個 AC/DC PSU 》3 kW）。同樣，固態(tài)斷路器需要能夠滿足空間受限應(yīng)用要求的解決方案，其中主動冷卻是一種選擇，并且必須具有承受高電流和高電壓的能力。

Qorvo 的新型 TOLL 封裝器件滿足上述要求，因為它們：

減少封裝占地面積

更薄的封裝，允許更厚的散熱器

低功率損耗

表面貼裝技術(shù)封裝，可自動組裝到 PCB 子卡上，從而降低成本

每個封裝的電阻較低，無需并聯(lián)多個 FET

高電流承受能力和更長的短路承受時間

具有足夠的響應(yīng)時間的抗噪能力

與傳統(tǒng)的 D2-PAK 封裝相比，TOLL 具有減小占地面積和高度的優(yōu)點，如圖 1 所示。

低 RDS（on） 表面貼裝產(chǎn)品的尺寸 — D2PAK7L 與 TOLL。

圖 1：低 R DS（on）表面貼裝產(chǎn)品的尺寸 — D2PAK7L 與 TOLL（Qorvo）

第 4 代 SiC FET在 600/750V 級功率 FET 中的R DS（on）和輸出電容的關(guān)鍵品質(zhì)因數(shù)方面提供了無與倫比的性能。此外，該器件采用 TOLL 封裝的 R DS（on）為 5.4 mΩ，比GaN 晶體管、SiC MOSFET 和一流的硅 MOSFET 低 4 至 10 倍。SiC FET 的 750V 額定值也比競爭技術(shù)高 100 至 150V，從而顯著提高了處理電壓瞬變的設(shè)計余量。

如圖 1 所示，與同類 D2PAK 表面貼裝替代方案相比，TOLL 封裝的占地面積小 30%，高度短 50%（2.3 毫米）。TOLL 封裝還具有開爾文源連接，可通過更清晰的柵極波形可靠、快速地切換大電流。

新型 SiC FET 利用 Qorvo 獨有的共源共柵電路布置（其中 SiC JFET 與硅 MOSFET 共同封裝）來創(chuàng)建一種器件，該器件充分利用寬帶隙開關(guān)技術(shù)帶來的效率優(yōu)勢以及硅 MOSFET 更簡單的柵極驅(qū)動。SiC JFET 提供與 SiC MOSFET 相同的 R DS（on），但需要更小的芯片面積，并且通常位于器件上。將 SiC JFET 與常關(guān)硅 MOSFET 相結(jié)合，共源共柵配置保留了 JFET 的優(yōu)點，同時允許與標準SiC MOSFET兼容。共源共柵是一種常關(guān)配置，對客戶透明，并具有帶柵極、源極和漏極的標準三端器件。

盡管尺寸大幅減小，但新型 FET 從結(jié)到外殼的熱阻達到了業(yè)界的 0.1°C/W。新型 750V/5.4mΩ UJ4SC075005L8S 采用先進的生產(chǎn)工藝（例如燒結(jié)芯片貼裝），在外殼溫度高達 144°C 的情況下具有 120A 的連續(xù)額定電流，在高達 0.5ms 的情況下具有 588A 的脈沖電流額定值。

這使得“I 2 t”額定值比相同封裝中的硅 MOSFET 高大約 8 倍，從而增強了魯棒性和瞬態(tài)過載抗擾度，同時簡化了設(shè)計流程。極低的 R DS（on）、高 T j（max） = 175°C 和出色的瞬態(tài)熱行為相結(jié)合，實現(xiàn)了這一點。此外，SiC FET 的過電流比同一封裝中 R DS（on）硅 MOSFET 高 2.8 倍 （tp~0.5–1 ms）。圖 2 顯示了采用 TOLL 封裝的硅和 SiC FET 的脈沖電流與脈沖寬度的關(guān)系，對此進行了例證。

750V/5.4mΩ SiC FET 的脈沖寬度與（方波）脈沖電流與 TOLL 封裝中 RDS（on） 的 600V 硅 MOSFET 的比較。

圖 2：750V/5.4mΩ SiC FET 的脈沖寬度與（方波）脈沖電流與 TOLL 封裝中 R DS（on） 600V 硅 MOSFET 的比較（Qorvo）

這些新型超低 R DS（on） TOLL 器件由于傳導(dǎo)損耗低、尺寸緊湊、高浪涌耐用性和出色的關(guān)斷能力，是在沒有主動冷卻的小型封閉場所中經(jīng)常面臨熱挑戰(zhàn)的保護應(yīng)用的選擇。它們可以地減少散熱并避免并聯(lián)多個 FET 的需要。