2024年11月12日
東芝電子元件及儲存裝置株式會社
日本川崎-東芝電子元件及儲存裝置株式會社(「東芝」)開發了「X5M007E120」,這是一款用於汽車牽引逆變器[2]的裸片[1]1200V碳化矽(SiC) MOSFET,其採用的創新結構可以同時提供低導通電阻和高可靠性。供客戶評估的測試樣品現已出貨。
反向導通操作期間[4],當本體二極體雙極通電[3]時,普通SiC MOSFET的可靠性會因導通電阻增加而降低。Toshiba SiC MOSFET透過一種元件結構來緩解這個問題,該元件結構將蕭特基勢壘二極體(SBD)內建MOSFET以使本體二極體失活,但將SBD置於晶片上會減少決定MOSFET導通電阻的通道的可用面積,並增加晶片的導通電阻。
X5M007E120中內建的SBD以方格圖案排列,而不是通常使用的條紋圖案,這種排列可有效抑制元件本體二極體的雙極通電,同時將單極操作的上限提高到電流面積的大約兩倍,即使佔用相同的SBD安裝面積也是如此[5]。相較條紋陣列,通道密度也有所提高,且單位面積的導通電阻較低,可降低約20%至30%[5]。效能的改進和低導通電阻,加上同時能夠保持對反向導通操作的可靠性,將節省用於馬達控制的逆變器(如汽車牽引逆變器)的能耗。
降低SiC MOSFET中的導通電阻會導致短路期間流過MOSFET的電流過大[6],從而降低短路耐久性。強化內建式SBD的導通以提高反向導通操作的可靠性也會增加短路期間的電流洩漏,從而再次降低短路耐久性。新的裸片具有較深的屏障結構[7],可在短路狀態下抑制MOSFET中的過電流和SBD中的漏電流,從而提高其耐用性,同時保持對反向導通操作的出色可靠性。
使用者可以對裸片進行客製化以滿足其特定的設計需求,並實現針對其應用的解決方案。
Toshiba可望於2025年提供X5M007E120的工程樣品,並於2026年開始量產。同時,它將探索如何進一步改進元件特性。
Toshiba將為客戶提供更易用、更高效能的功率半導體,應用於能源效率至關重要的領域,例如用於馬達控制的逆變器和電動汽車的功率控制系統,從而為實現脫碳社會貢獻力量。
註:
[1] 未封裝的晶片產品。
[2] 將電池供電的直流電轉換為交流電並控制電動汽車(EV)或混合動力汽車(HEV)中馬達的裝置。
[3] 當正向電壓施加到漏極和源極之間的pn二極體時的雙極操作。
[4] 由於電路中的電流回流,電流從源極流向MOSFET漏極的操作。
[5] 相較使用條紋圖案的Toshiba產品。
[6] 相較正常開關操作期間的短時導通,在控制電路故障等異常模式下發生長期導通的現象。需要堅固耐用,且在短路操作一定時間內不會失效。
[7] 元件結構的一個元件,用於控制由於高電壓引起的高電場。它會顯著影響元件的效能。
註:
[8] 暫定值
(Ta=25°C, 除非另有說明)
零件編號 | X5M007E120 | |||
---|---|---|---|---|
封裝 | Toshiba封裝名稱 | 2-7Q1A | ||
尺寸 (mm) | 典型值 | 6.0×7.0 | ||
絕對 最大 額定值 |
漏源電壓 VDSS (V) | 1200 | ||
閘極-源極電壓 VGSS (V) | +25/-10 | |||
漏極電流 (DC) ID (A) | (229)[8] | |||
漏極電流(脈衝) ID Pulse (A) | (458)[8] | |||
通道溫度 Tch (°C) | 175 | |||
電氣 特性 |
閘極閾值電壓 Vth (V) |
VDS=10V, ID=16.8mA |
典型值 | 4.0 |
RDS(on) (mΩ) |
ID=50A, VGS=+18V |
典型值 | 7.2 | |
ID=50A, VGS=+18V, Ta=175°C |
典型值 | 12.1 | ||
正向電壓 VSD (V) |
ISD=50A, VGS=-5V |
典型值 | -1.21 | |
正向電壓 VSD (V) |
ISD=50A, VGS=-5V, Ta=175°C |
典型值 | -1.40 | |
內部閘極電阻 rg (Ω) |
漏極開路, f=1MHz |
典型值 | 3.0 |
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