Haberler: Mikroelektronik
8 Haziran 2023
Hong Kong'da (35 Mayıs–2023 Haziran) düzenlenen 28. Uluslararası Güç Yarı İletken Cihazları ve IC'ler Sempozyumu (ISPSD 1) sırasında, Tokyo merkezli Mitsubishi Electric Corp, silisyum karbür metal oksit yarı iletken alan etkili transistör için yeni bir yapı geliştirdi. Demiryolları ve DC güç sistemleri gibi büyük endüstriyel ekipmanlar için FMF 800 DC-66 BEW 3.3kV tam SiC güç modülünde uyguladığı bir Schottky bariyer diyotu (SBD) ile gömülü (SiC-MOSFET). Numuneler 31 Mayıs'ta gönderilmeye başlandı. Çipin yeni yapısının demiryolu çekiş sistemlerini vb. küçültmeye yardımcı olması, ayrıca onları daha enerji verimli hale getirmesi ve DC güç iletiminin daha fazla benimsenmesi yoluyla karbon nötrlüğüne katkıda bulunması bekleniyor.
Şekil 1: Yeni geliştirilen çip yapısı (üst: çip bölümü; alt: paralel bağlı çipler).
SiC güç yarı iletkenleri, güç kaybını önemli ölçüde azaltma kapasiteleri nedeniyle dikkat çekiyor. 2010 yılında SiC-MOSFET'ler ve SiC-SBD'lerle donatılmış SiC güç modüllerini ticarileştiren Mitsubishi Electric, klimalar ve demiryolları dahil olmak üzere çeşitli invertör sistemleri için SiC güç yarı iletkenlerini benimsemiştir.
Ayrı yongaların kullanıldığı geleneksel yöntemle karşılaştırıldığında, bir SiC-MOSFET ve bir SiC-SBD'yi entegre eden bir yonga, bir modüle daha kompakt bir şekilde monte edilebilir ve bu da daha küçük modüller, daha büyük kapasite ve daha düşük anahtarlama kaybı sağlar. Demiryolları ve elektrik güç sistemleri gibi büyük endüstriyel ekipmanlarda yaygın olarak kullanılması beklenmektedir. Şimdiye kadar, SBD gömülü SiC-MOSFET'lere sahip güç modüllerinin pratik uygulaması, nispeten düşük aşırı akım kapasiteleri nedeniyle zordu; sadece belirli çiplerde.
Mitsubishi Electric şimdi, ani akımın bir güç modülü içindeki paralel bağlı bir çip yapısındaki belirli bir çip üzerinde yoğunlaştığını iddia ettiği ilk mekanizmayı ve tüm çiplerin aynı anda enerjilenmeye başladığı yeni bir çip yapısı geliştirdi. her çip boyunca dağıtılır. Sonuç olarak, güç modülünün aşırı akım kapasitesi, firmanın mevcut teknolojisine kıyasla beş kat veya daha fazla artırıldı; bu, geleneksel silikon güç modüllerininkine eşit veya ondan daha yüksek, bu da gömülü bir SBD'nin uygulanmasına olanak sağlıyor. Bir güç modülünde SiC-MOSFET.
SBD gömülü MOSFET
Şekil 2: Bir SiC MOSFET ve bir SiC SBD'yi entegre eden SBD'ye gömülü SiC-MOSFET.
Geleneksel SiC güç modüllerinde, SiC-MOSFET'ler anahtarlama için, SiC-SBD'ler ise doğrultma için kullanılır ve ayrı ayrı üretilen iki çip paralel bağlanır. Tersine, Mitsubishi Electric'in SBD gömülü SiC-MOSFET'i (Şekil 2), SiC-MOSFET birim hücresinde periyodik olarak SiCSBD oluşturarak iki çipi entegre eder.
Tek çiplerde aşırı akım nedeninin doğrulanmasına dayalı teknoloji
Şekil 3: Belirli bir çip üzerinde geleneksel akım konsantrasyon mekanizması.
Geleneksel olarak, paralel bağlı çoklu SBD gömülü MOSFET yongalarından ani akım aktığında, ani akım yalnızca belirli bir çip üzerinde yoğunlaşır ve paralel yongaların sayısına karşılık gelen ani akım dayanma kapasitesinin elde edilmesini engeller. Fiziksel ve cihaz simülasyon analizleri, o çipin yerleşik SBD'sinin boyutları diğer çiplerden biraz bile farklıysa, ani akımın belirli bir çip üzerinde yoğunlaştığını ortaya çıkardı; diğer çipler (Şekil 3). Boyut varyasyonunun yalnızca son derece küçük olması gerektiğinden, normal çip üretim süreçlerinde bu tür varyasyonlardan kaçınmak temelde imkansızdır.
Yeni çip yapısı, paralel bağlı tüm çiplere aynı anda enerji verir
Şekil 4: Yeni yapı, belirli bir çip üzerindeki mevcut konsantrasyonu önler.
Ani akımın belirli yongalarda yoğunlaşmasını önlemek için Mitsubishi Electric, yerleşik SBD'nin toplam yonga alanının %1'inden daha azını kaplayan bir birim hücreye yerleştirilmediği yeni bir yonga yapısı geliştirdi. Bu birim hücre darbe akımının SBD'li diğer birim hücrelere göre daha hızlı akmasını sağlayan bir yapıya sahiptir ve SBD'lerin olmaması nedeniyle boyutsal değişimlerden etkilenmez. Bu nedenle, darbe akımı, SBD'siz tüm yongaların karşılık gelen birim hücrelerinde aynı anda enerjilenmeye başlayabilir. Ek olarak, ani akım çevreleyen SiC'nin direncini azalttığından, ani akımın enerjilenmesi, ani akımın enerjilendiği çevredeki birim hücrelerde de zincirleme bir reaksiyonla tetiklenir. Bu fenomen, dalgalanma akımının, SBD'nin bulunmadığı birim hücreden başlayarak tüm çip alanı boyunca yayılmasına neden olur. Sonuç olarak, ani akım tüm çiplerin tüm alanlarına dağıtılarak, ani akımların belirli bir çip üzerindeki yoğunlaşması nedeniyle çipin termal bozulmasını önler ve böylece ani akıma dayanma kabiliyetini artırır (Şekil 4).
Geliştirilmiş dalgalanma akımı kapasitesi, SBD gömülü SiC-MOSFET güç modülünü etkinleştirir
Şekil 5: Yeni teknoloji sayesinde geliştirilmiş aşırı akım kapasitesi.
Yeni çip yapısını kullanarak, SBD'ye gömülü SiC-MOSFET'in paralel bağlantıdaki dalgalanma akımı kapasitesi, firmanın mevcut teknolojisine kıyasla beş kattan fazla iyileştirildi; bu, yaygın olarak kullanılan geleneksel silikon gücüne eşit veya ondan daha büyük. modüller.
Ayrıca, dalgalanma akımının zincirleme reaksiyonu nedeniyle, dahili SBD'siz bir birim hücre için toplam çip alanının küçük bir kısmı (%1'den az) yeterlidir ve düşük gibi güç modülü özellikleri üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Dahili SBD'nin azaltılmış alanı nedeniyle AÇIK direnci ve düşük anahtarlama kaybı. Sonuç olarak, demiryolları ve elektrik güç sistemleri gibi yüksek güçlü uygulamalara yönelik güç modülleri için bir gereklilik olan yongalar paralel olarak bağlanabilir ve böylece SBD gömülü SiC-MOSFET'in güç modüllerinde kullanılmasına izin verir.
Mitsubishi Electric, 3.3kV SBD gömülü SiC MOSFET modülü numunelerini gönderecek
SiC güç modülleri Mitsubishi Electric
www.MitsubishiElectric.com/semiconductors
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- EVM Finans. Merkezi Olmayan Finans için Birleşik Arayüz. Buradan Erişin.
- Kuantum Medya Grubu. IR/PR Güçlendirilmiş. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Veri Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/jun/mitsubishi-electric-080623.shtml
