東芝的碳化硅功率模塊新技術(shù)提高了可靠性的同時減小了尺寸
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東芝電子元件及存儲裝置株式會社（“東芝”）近日宣布，開發(fā)了用于碳化硅（SiC）功率模塊的封裝技術(shù)，能夠使產(chǎn)品的可靠性提升一倍[1]，同時減少20%的封裝尺寸[2]。
與硅相比，碳化硅可以實現(xiàn)更高的電壓和更低的損耗，且被廣泛視為功率器件的新一代材料。雖然目前主要應(yīng)用于火車的逆變器上，但是很快將被廣泛用于光伏發(fā)電系統(tǒng)和汽車設(shè)備等高壓應(yīng)用。
可靠性是碳化硅器件使用受限的主要問題。在高壓功率模塊中的應(yīng)用不僅是半導(dǎo)體芯片，封裝本身也必須具備高度的可靠性。東芝通過一種全新的銀（Ag）燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行芯片焊接，來實現(xiàn)有效提高封裝可靠性的目標(biāo)。
在當(dāng)前的碳化硅封裝中，功率密度提高以及開關(guān)頻率都會導(dǎo)致焊接性能劣化，很難抑制芯片中隨著時間的推移而增加的導(dǎo)通電阻。銀燒結(jié)技術(shù)可以顯著降低這種退化。而銀燒結(jié)層的熱電阻僅為焊接層的一半，從而使模塊中的芯片可以更加緊密地靠近，縮小了尺寸。
東芝將此新技術(shù)命名為iXPLV，并從本月底起其將應(yīng)用于3.3kV級碳化硅功率模塊的批量生產(chǎn)。該技術(shù)的詳細(xì)信息已于5月5日在線上召開的國際功率半導(dǎo)體會議——PCIM Europe上進(jìn)行了展示
碳化硅功率模塊的新封裝（iXPLV）
通過銀燒結(jié)技術(shù)改善提高可靠性[3]注：[1] 東芝將可靠性定義為在功率循環(huán)測試（一種公認(rèn)的半導(dǎo)體可靠性測試）中發(fā)生5%電壓變化之前的時間長度。對于銀燒結(jié)的模塊，此時間大約是東芝焊接模塊的兩倍。[2] 新封裝的尺寸為140mm×100mm，比東芝當(dāng)前140mm×130mm封裝的尺寸小23%。[3] 圖片中的X軸是設(shè)置在開或者關(guān)之間的循環(huán)測試的相對次數(shù)。功率循環(huán)測試將評估半導(dǎo)體在多次循環(huán)測試之后的劣化情況。東芝將導(dǎo)致焊接模塊發(fā)生5% 電壓變化的周期數(shù)定義為“1”。
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