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安森美SiC Combo JFET的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性

安森美 ? 來(lái)源:安森美 ? 2025-06-16 16:40 ? 次閱讀
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安森美推出了具有卓越 RDS(on)*A 性能的 SiC JFET。 該器件特別適用于需要大電流處理能力和較低開(kāi)關(guān)速度的應(yīng)用,如固態(tài)斷路器和大電流開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。得益于碳化硅(SiC)優(yōu)異的材料特性和 JFET 的高效結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)更低的導(dǎo)通電阻和更佳的熱性能,非常適合需要多個(gè)器件并聯(lián)以高效管理大電流負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)景。第一部分介紹了SiC Combo JFET 技術(shù)概覽、產(chǎn)品介紹等(點(diǎn)擊文字可看)。本文將繼續(xù)講解靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性、功率循環(huán)等。

靜態(tài)特性

如表 1 所示,安森美先進(jìn)的 SiC JFET 技術(shù)在市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)了卓越的電氣性能和熱性能。

表 1 安森美 Combo JFET主要參數(shù)

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安森美 Combo JFET具有低RDS(on)、高 IDM和低熱阻特性。

低 RDS(on):安森美 Combo JFET器件采用 SiC JFET 技術(shù),單位面積 RDS(on)顯著降低(Rds?A)。 該器件采用靈活、可從外部配置的cascode結(jié)構(gòu)(SiC Combo-FET)來(lái)實(shí)現(xiàn)常關(guān)操作。在 安森美 SiC Combo JFET結(jié)構(gòu)中,低電壓 Si MOSFET 對(duì)總 RDS(on)的貢獻(xiàn)不到 10%。圖 1 顯示了 TOLL 封裝中 RDS(on)的對(duì)比。

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圖 1 TOLL封裝的RDS(on)的對(duì)比

更高的 IDM:峰值電流對(duì)于電路保護(hù)應(yīng)用至關(guān)重要,而高 IDMSiC Combo JFET正是實(shí)現(xiàn)這一目的的理想選擇。電路保護(hù)應(yīng)用因其特定的工作條件而要求穩(wěn)健性和大電流穿越能力。

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圖 2 采用 Combo JFET封裝的 JFET 的 IDM

低RθJC:安森美的SiC Combo JFET采用銀燒結(jié)裸片貼裝技術(shù),與大多數(shù)焊接材料相比,界面導(dǎo)熱性能提高了六倍,從而在更小的裸片尺寸下實(shí)現(xiàn)相同甚至更低的結(jié)至外殼熱阻(RθJC)。低RθJC有助于保持較低的結(jié)溫,并確保更高的可靠性。

動(dòng)態(tài)特性

通過(guò)調(diào)整 Combo JFET配置中的 JFET 柵極電阻,可實(shí)現(xiàn)出色的速度可控性,從而帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì):

通過(guò)降低關(guān)斷速度來(lái)減少電壓過(guò)沖,可加強(qiáng)電路保護(hù),尤其是短路保護(hù)。

易于并聯(lián),在開(kāi)關(guān)損耗和動(dòng)態(tài)電流平衡之間實(shí)現(xiàn)了出色的權(quán)衡。

功率循環(huán)

功率器件的可靠性及壽命評(píng)估對(duì)于提高系統(tǒng)可靠性和延長(zhǎng)使用壽命至關(guān)重要,尤其是對(duì)于新興的寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體(如SiC、GaN等)而言。功率器件的主要失效模式與熱機(jī)械疲勞(TMF)有關(guān)。功率熱循環(huán)測(cè)試是一種加速測(cè)試方法,被測(cè)器件(DUT)頻繁地開(kāi)關(guān),使其結(jié)溫以一種受控的方式循環(huán)變化。這種方法通過(guò)施加熱機(jī)械應(yīng)力來(lái)評(píng)估封裝(接線、裸片貼裝等)的可靠性。同時(shí),它也對(duì)半導(dǎo)體裸片和封裝元器件(接線、引線等)施加電應(yīng)力,相比被動(dòng)溫度循環(huán)測(cè)試,能更準(zhǔn)確地模擬實(shí)際應(yīng)用中遇到的溫度梯度變化。

在堆疊結(jié)構(gòu)中,Si MOSFET位于SiC JFET之上,電源線連接到Si MOSFET的源極金屬化層。由于硅的硬度低于碳化硅,在功率循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力顯著減少,從而使功率循環(huán)壽命延長(zhǎng)至原來(lái)的2倍。此外,無(wú)論是從Si MOSFET到SiC JFET,還是從SiC JFET到散熱焊盤,都采用了銀燒結(jié)裸片貼裝(silver sinter die-attach)技術(shù),相比現(xiàn)今廣泛使用的焊接裸片貼裝(solder die-attach,常見(jiàn)于SiC分立器件),進(jìn)一步增強(qiáng)了可靠性。

關(guān)于Si與SiC功率循環(huán)性能的更多信息,請(qǐng)參考以下出版物:F. Hoffmann, N. Kaminski和S. Schmitt的《不同溫度波動(dòng)范圍下無(wú)基板模塊封裝中硅與碳化硅功率器件功率循環(huán)性能對(duì)比研究》[1] (Comparison of the Power Cycling Performance of Silicon and Silicon Carbide Power Devices in a Baseplate Less Module Package at Different Temperature Swings),發(fā)表于2021年在名古屋,日本舉行的第33屆國(guó)際電力半導(dǎo)體器件和集成電路研討會(huì)(ISPSD),2021, pp. 175-178, doi: 10.23919/ISPSD50666.2021.9452242。

柵極控制方法

用于固態(tài)斷路器的 Combo JFET有兩種主要控制方法:準(zhǔn)cascode驅(qū)動(dòng)模式和直接驅(qū)動(dòng)模式。

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圖 3 Combo JFET驅(qū)動(dòng)模式:準(zhǔn)cascode驅(qū)動(dòng)模式(左)和直接驅(qū)動(dòng)模式(右)

對(duì)于大功率開(kāi)關(guān)模式應(yīng)用,除了圖 3 所示的上述兩種控制方法外,我們還開(kāi)發(fā)并推薦使用 ClampDRIVE。 或者采用最簡(jiǎn)單的柵極控制方法,用單個(gè) JFET 柵極電阻來(lái)調(diào)整其開(kāi)關(guān)速度,詳見(jiàn)圖 4。

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圖 4 開(kāi)關(guān)模式應(yīng)用中 Combo JFET的控制方法(左:恒定 JFET 柵極電阻,右:ClampDRIVE)

結(jié)語(yǔ)

安森美SiC Combo JFET具有極低 RDS(on)和可控開(kāi)關(guān)速度,可為斷路器和大功率低開(kāi)關(guān)速度應(yīng)用實(shí)現(xiàn)卓越的效率和功率密度。它還具有與硅器件相當(dāng)?shù)墓β恃h(huán)性能(可靠性和使用壽命),比 SiC MOSFET 高出 2 倍以上。

可用的評(píng)估板

安森美提供兩種評(píng)估板以支持客戶評(píng)估 Combo JFET器件,一種用于斷路器應(yīng)用(共源極),另一種用于大功率開(kāi)關(guān)模式應(yīng)用(半橋)。 評(píng)估板通過(guò)安森美銷售渠道提供。 圖 5 和圖 6 顯示了 Combo JFET斷路器和半橋開(kāi)關(guān)模式評(píng)估板的圖片。

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圖 5 用于斷路器應(yīng)用的評(píng)估板(共源極)

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圖 6 用于大功率開(kāi)關(guān)模式應(yīng)用的評(píng)估板(半橋)

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原文標(biāo)題:SiC Combo JFET性能評(píng)估:靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性等

文章出處:【微信號(hào):onsemi-china,微信公眾號(hào):安森美】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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