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東芝的碳化矽功率模組新技術提高了可靠性及同時縮小了尺寸

May 10, 2021

Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation

東芝電子元件及存儲裝置株式會社(“東芝”)開發了用於碳化矽(SiC)功率模組的封裝技術,能夠使產品的可靠性提升一倍[1],同時減少20%的封裝尺寸[2]。

與矽相比,碳化矽可以實現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。雖然目前主要應用於火車的逆變器上,但是很快將被廣泛用於光伏發電系統和汽車設備等高壓應用。

可靠性是碳化矽器件使用受限的主要問題。在高壓功率模組中的應用不僅是半導體晶片,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)燒結技術進行晶片焊接,有效的提高封裝可靠性的目標。

在當前的碳化矽封裝中,功率密度提高以及開關頻率都會導致焊接性能劣化,很難抑制晶片中隨著時間的推移而增加的導通電阻。銀燒結技術可以顯著降低這種退化。且銀燒結層的熱電阻僅為焊接層的一半,從而使模組中的晶片可以更加緊密地靠近,縮小了尺寸。

東芝將此新技術命名為iXPLV,並從本月底起提供應用於3.3kV級碳化矽功率模組的批量生產。該技術的詳細資訊已於5月5日線上上召開的國際功率半導體會議——PCIM Europe上進行了展示。

碳化矽功率模組的新封裝(iXPLV)

The new package for the SiC power module (iXPLV)

通過銀燒結技術改善提高可靠性[3]

Improvement of reliability by the Ag-sintering technology[3]

Note

[1]東芝將可靠性定義為在功率迴圈測試(一種公認的半導體可靠性測試)中發生5%電壓變化之前的時間長度。對於銀燒結的模組,此時間大約是東芝焊接模組的兩倍。

[2] 新封裝的尺寸為140mm×100mm,比東芝當前140mm×130mm封裝的尺寸小23%。

[3]圖片中的X軸是設置在開或者關之間的迴圈測試的相對次數。功率迴圈測試將評估半導體在多次迴圈測試之後的劣化情況。東芝將導致焊接模組發生5% 電壓變化的週期數定義為“1”。

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