ROHM开发出新型二合一 SiC封装模块“TRCDRIVE pack™”

发布时间:2024-06-12 09:08
作者:AMEYA360
来源:ROHM
阅读量:1509

  全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都市)面向300kW以下的xEV(电动汽车)用牵引逆变器,开发出二合一SiC封装型模块“TRCDRIVE pack™”,共4款产品(750V 2个型号:BSTxxxD08P4A1x4,1,200V 2个型号:BSTxxxD12P4A1x1)。TRCDRIVE pack™的功率密度高,并采用ROHM自有的引脚排列方式,有助于解决牵引逆变器面临的小型化、效率提升和减少工时等主要课题。

ROHM开发出新型二合一 SiC封装模块“TRCDRIVE pack™”

  近年来,在致力于实现无碳社会的进程中,汽车的电动化发展迅速,这促进了更高效、更小型、更轻量的电动动力总成系统的开发。另一方面,作为关键器件备受关注的SiC功率器件却面临着难以同时减小尺寸并降低损耗的难题。对此,ROHM开发出TRCDRIVE pack™,可以解决动力系统中的这一课题。

  TRCDRIVE pack™是牵引逆变器驱动用SiC封装型模块的专用商标,标有该商标的产品利用ROHM自有的结构,更大程度地扩大了散热面积,从而实现了紧凑型封装。另外,新产品还搭载了低导通电阻的第4代SiC MOSFET,实现了是普通SiC封装型模块1.5倍的业界超高功率密度,非常有助于xEV逆变器的小型化。

  此外,该模块在模块顶部配备了“Press fit pin”方式的控制用信号引脚,因此只需从顶部按压栅极驱动器电路板即可完成连接,有助于减少安装工时。不仅如此,还通过尽可能扩大主电流布线中的电流路径和采用双层布线结构,降低了电感值(5.7nH),从而有助于降低开关时的损耗。

  该产品虽然是模块产品,但目前已经确立了类似于分立产品的量产体系,与以往普通的SiC壳体型模块相比,产能提高了约30倍。新产品将于2024年6月开始暂以月产10万个的规模投入量产(样品价格:75,000日元/个,不含税)。前道工序的生产基地为ROHM Apollo Co., Ltd.(日本福冈县)和蓝碧石半导体宫崎工厂(日本宫崎县),后道工序的生产基地为ROHM总部工厂(日本京都府)。如需样品或了解相关事宜,请联系ROHM代理商AMEYA360或通过ROHM官网的“联系我们”垂询。

ROHM开发出新型二合一 SiC封装模块“TRCDRIVE pack™”

  <产品阵容>

  关于TRCDRIVE pack™的产品阵容,ROHM计划在2024年内开发出封装尺寸(Small / Large)和安装模式(TIM:heat dissipation sheet / Ag Sinter)不同的共12款产品。此外,目前ROHM正在开发模块内配有散热器的六合一产品,这将有助于加快符合规格要求的牵引逆变器设计速度和产品阵容扩展。

ROHM开发出新型二合一 SiC封装模块“TRCDRIVE pack™”

  <应用示例>

  ・车载牵引逆变器

  <支持信息>

      ROHM拥有在公司内部进行电机测试的设备,可在应用层面提供强力支持。为了加快TRCDRIVE pack™产品的评估和应用,ROHM还提供各种支持资源,其中包括从仿真到热设计的丰富解决方案,助力客户快速采用TRCDRIVE pack™产品。另外,ROHM还提供双脉冲测试用和三相全桥用的两种评估套件,支持在接近实际电路条件的状态下进行评估。如需了解更多信息,请联系ROHM代理商AMEYA360或通过ROHM官网的“联系我们”垂询。

ROHM开发出新型二合一 SiC封装模块“TRCDRIVE pack™”

  <关于“EcoSiC™”品牌>

  EcoSiC™是采用了因性能优于硅(Si)而在功率元器件领域备受关注的碳化硅(SiC)的元器件品牌。从晶圆生产到制造工艺、封装和品质管理方法,ROHM一直在自主开发SiC产品升级所必需的技术。另外,ROHM在制造过程中采用的是一贯制生产体系,目前已经确立了SiC领域先进企业的地位。

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  <术语解说>

  *1) 牵引逆变器

  电动汽车的驱动电机采用的是相位差为120度的三相交流电驱动。将来自电池的直流电转换为交流电以实现这种三相交流电的逆变器即牵引逆变器。

  *2) 二合一

  要将直流电转换为三相交流电,每相各需要一个高边MOSFET和一个低边MOSFET进行开关工作。将这两个MOSFET组合成一个模块的结构称为“二合一”。

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2026-07-30 15:58 阅读量:252
ROHM课堂丨PN结(PN junction)详解
  PN结是指将p型半导体与n型半导体结合而成的典型半导体结构。在结区施加电压时会产生只允许电流单向通过的整流作用,业界利用这一特性制造出了二极管和晶体管等多种电子元器件。以常见的LED为例,它利用的就是PN结处电子与空穴(Hole)复合时发光的性质。本文将为初学者深入浅出地讲解PN结的工作原理和特性。  p型半导体和n型半导体基础  在半导体材料中,通过向硅或锗等元素中添加杂质(掺杂),可以显著改变其电气性质。要理解PN结,需要先掌握p型和n型各自的特点。  p型半导体的特点  p型半导体具有以空穴作为多数载流子进行导电的特性。具体而言,就是在硅等四价元素半导体中掺入三价元素(如硼)时,会在价带中产生电子缺失,这便起到空穴的作用。  通过掺入杂质使空穴成为多数载流子  在p型材料中,三价元素会呈现“电子不足”的状态,将共价键中的1个空位作为空穴处理。因为空穴表现得像带有正电荷,所以这种空位便成为电流的载流子。  p型材料的代表性示例及空穴迁移率概述  在硅中掺杂硼的p型半导体,主要依靠空穴进行导电。与电子迁移率相比,空穴迁移率较小,因此同等掺杂浓度的p型半导体的电导率通常略低于n型半导体。  理解这些性质,有助于更直观地理解后续将要涉及的PN结内部的空穴运动。  n型半导体的特点  n型半导体中,电子作为多数载流子发挥作用。典型方法是通过向硅中掺入五价元素(如磷、砷等),增加自由电子的数量,从而提高电导率。  通过掺入杂质使电子成为多数载流子  由于五价元素多一个价电子,在参与半导体晶体的共价键合后,仍会剩1个多余的电子。由于这个电子可以作为自由电子移动,因此n型半导体具有负电荷载流子占多数的性质。  n型材料典型示例及电子迁移率概述等  在硅中添加磷时,键合后剩余的电子变得可以自由移动。通常情况下,电子的迁移率高于空穴,因此即使在相同的掺杂浓度下,n 型半导体也比 p 型半导体容易获得更高的电导率。  提高杂质浓度会使得载流子浓度增加,电导率通常也会随之提高。然而,当浓度过高时,载流子的移动受阻,会导致电导率的改善效果减弱。因此,在实际生产制造中,合适的浓度平衡至关重要。  PN结的形成与耗尽层  PN结是指在单个半导体晶体内,p型区与n型区相互接触形成的结构。在该接触界面附近,电子和空穴通过扩散与复合,形成称为“耗尽层”的载流子稀少区域,并产生内建电势。这一特性便是二极管和晶体管等电子元器件工作原理的基础。  PN结的形成机制  当p型和n型在同一块晶片上接触时,在交界面附近多数载流子会相互扩散。p型侧的空穴会向n型侧扩散,n型侧的电子则会向p型侧扩散,从而在交界面附近发生复合现象。  p型和n型在同一块晶片上的接触(结)  在实际制造过程中,通常采用在晶圆上施以掺杂工艺,从而局部形成p型和n型区域的技术来实现的。利用这种技术,可以在同一块晶圆衬底上制造出p型区域和n型区域紧密邻接的状态。  在交界面附近发生的载流子扩散与复合  在初期阶段,p侧的空穴与n侧的电子会互相交织并向对方区域扩散。但是,在移动的载流子之间会发生复合,导致边界附近区域几乎没有剩余的载流子,从而形成所谓的“耗尽”状态。  通过这一过程形成的耗尽层,决定了PN结的基本结构。  耗尽层与内建电势  当p型与n型区域接触形成耗尽层时,会使得p侧和n侧电离后的杂质暴露出来。在p型侧,留下了带负电的受主;而在n型侧,则留下了带正电的施主,从在两者的交界处会产生电场。  耗尽层(depletion region)的形成  可移动载流子稀少的区域被称为“耗尽层”。耗尽层中几乎没有有效的载流子存在,但电离后杂质的固定电荷仍然存在,这成为产生内部电场的根源。  内建电势(约0.6~0.7V)引起的载流子移动阻碍  以硅材料为例,在室温下会产生约0.~0.7V的内建电势差。在这种内建电势的作用下,来自p侧和n侧的载流子将无法轻易向对方区域移动。结果便是,除非从外部施加能量(电势差),否则将处于无法流过大电流的状态。  内建电势在PN结处于无电源状态时也会自发产生,从而限制电荷的移动。这一特性正是二极管等器件实现单向导电性的基础。  PN结二极管的工作原理  向PN结施加电压会改变耗尽层的厚度和内建电势的有效值,从而使电流的流动方式也发生显著变化。在这里,我们将对二极管的正向偏置和反向偏置进行讲解。  正向偏置和反向偏置  从外部将电源连接至PN结,使p侧接正极、n侧接负极的状态,称为“正向偏置”。这时耗尽层变窄,电流相对容易流过。  正向偏置时:耗尽层变窄,电流易于流过  当向p侧施加正电位、向n侧施加负电位时,会削弱内建电势,从而使载流子更容易跨越势垒。当外加电压超过内建电势时,将开始流过大电流。  反向偏置时:耗尽层变宽,电流非常小(仅限于漏电流)  当向p侧施加负电位、向n侧施加正电位时,内建电势进一步增强,导致载流子更加难以移动。结果是反向电流仅维持在微弱的漏电流程度,其数值之小,在正常工作中几乎可以忽略不计。  利用这一特性,二极管可用于交流波形整流(AC→DC转换)或开关工作。  电流特性与肖克利方程  连接PN结二极管的电流-电压特性通常可以通过以下“肖克利方程”近似表示:  肖克利方程推导概述  设p型侧中的“少数载流子电子”浓度为np(x),设n型侧中的“少数载流子空穴”浓度为pn(x)。在稳态、一维、小注入等条件下,p型侧的少数载流子电子满足以下扩散方程:  其中,Δnp为p型区中的电子浓度,Dn为电子的扩散系数、τn为电子从产生到发生复合而消失前的平均时间(寿命)。同理,对于n型侧的少数载流子空穴,也存在相同形式的公式。  温度依赖性  PN结二极管的特性会随温度的变化而改变。这是因为随着温度升高,晶格振动加剧,从而导致载流子的复合和碰撞频率增加。  内建电势的温度特性  对于硅二极管而言,当温度升高时,内建电势通常会呈现略微下降的趋势。这也归因为热能量的增加使得载流子更容易发生迁移。  反向电流增大和工作特性变化  反向饱和电流I0会随着温度升高而增加,因此即使在相同偏置电压下,反向电流也会略有增大。而要在高温环境中使用时,需要基于这种漏电流和特性变化进行产品设计。  PN结二极管的应用示例  利用PN结的特性,业界已经开发出了具有各种功能的二极管。在这里我们将对典型的齐纳二极管及其他二极管的应用进行简单介绍。  利用齐纳二极管进行电压控制  齐纳二极管是利用了PN结反向偏压击穿现象的器件。基于齐纳效应,当反向电压超过特定电压值时,电流会开始急剧流动,从而能够将电压保持在恒定值。  反向偏压下的齐纳击穿  齐纳二极管通过提高PN结的掺杂浓度等手段,将击穿电压设计得较低,从而实现稳定的工作。  电源电压基准与在保护电路中的应用  齐纳二极管被用作电压基准器件并用于过压保护,在电路设计中发挥着重要作用。  击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿两种,根据电压的高低,起主导作用的机制也会有所不同。但在实际应用中,通常两者都被视为“齐纳二极管”而用于相同的用途中。  其他二极管的应用  利用PN结的单向导电特性和反向特性,业界制造出了多种多样的电子元器件。  整流二极管(AC→DC转换)  作为将交流电(AC)整流转换为直流电(DC)的基本配置被广为使用。其应用形式非常广泛,包括桥式二极管和半波整流等多种不同的形态。  LED和激光二极管等发光器件(※这里仅作概述)  利用正向偏置时电子与空穴复合并释放光子的现象。根据材料的不同,所发射光的波长也会发生变化,其应用范围已从红光扩展到紫外光区域。  这些丰富多彩的应用实例,无一不是巧妙利用PN结特性的结果,在电子工程领域中占据着核心地位。  总结  通过在同一块晶片上使p型和n型半导体相接触,会形成耗尽层和内建电势,从而产生PN结特有的电气特性。PN结的工作机制是通过外部施加的偏置电压来改变耗尽层的厚度和内建电势,从而实现对大电流是否能大量流过的控制。  这种单向导电的性质称为“二极管特性”,已被广泛应用于整流器、保护电路和发光器件等众多领域。此外,通过肖克利方程等手段定量把握二极管的电流-电压特性,还能进一步提升电路设计的精度。  齐纳二极管的稳压作用以及各种二极管应用,本质上都是基于PN结物理现象的应用。学习半导体元器件的基础知识时,对PN结的深入理解至关重要,这也是进行电子电路设计和分析时不可或缺的知识。
2026-07-30 15:36 阅读量:244
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