قرب نهاية عام 2022 ، قدمت شركة STMicroelectronics الجيل الثالث من وحدات الترانزستور MOSFET المصنوعة من SiC “STpower” ، وأجهزة الطاقة المتقدمة للسيارات الكهربائية وتطبيقات البنية التحتية للمركبات الكهربائية سريعة الشحن التي تعد فيها كثافة الطاقة وكفاءة الطاقة والموثوقية أمرًا بالغ الأهمية. تتوفر حاليًا الأجهزة ذات معدلات الفولتية الاسمية من 650 فولت إلى 1200 فولت وستحظى باهتمام كبير في السوق نظرًا لأن تصميم ST السابق يفوز مع مصنعي السيارات مثل Tesla.
SCT040H65G3AG ، أحد المنتجات الأولى المتاحة في الجيل الثالث من STMicroelectronics من STPower SiC MOSFETs ، هو 650-V (مصدر استنزاف) ، 30-A ، 40 متر مكعب على المقاومة وضع N-channel SiC power MOSFET. سيتم مناقشة قالب SCT040H65G3AG وتدفق العملية التفصيلي والمقارنات مع الجيل 2 و SiC MOSFETs للبائعين الآخرين.
SCT040H65G3AG 650-V SiC MOSFET
أكملت TechInsights تقارير تحليل عملية متعددة لقالب SCT040H65G3AG في اشتراك Power Semiconductor ، بما في ذلك تقرير مخطط الأرضية (PFR-2207-803) الذي يوفر تحديد الكتل الوظيفية الرئيسية في القالب الذي تم تحليله وتحديد العملية وتكلفة التصنيع. تم الانتهاء أيضًا من تقرير أساسيات الطاقة (PEF) (PEF-2207-802) الذي يعرض عملية متعمقة وتحليلات هيكلية ومواد وفحوصات لتوزيع المنشطات لجميع الطبقات النشطة.
مثل الجيل الثاني من SCTH90N65G2V-7 SiC MOSFETs ، يتميز قالب SCT040H65G3AG ببوابة مستوية عمودية SiC MOSFET مغلفة في حزمة H2PAK بسبعة أسطح بأبعاد 10.23 × 10.13 × 4.45 مم ودبوس إضافي “مصدر المحرك” ، كما هو موضح في الشكل 1. تشتمل حزمة SCT040H65G3AG على قالب SiC واحد وسبعة دبابيس للبوابة (G ، دبوس واحد) ، مصدر المحرك (DS ، دبوس واحد) ومصدر الطاقة (PS ، خمسة دبابيس). يوجد إطار الرصاص المكشوف في الجزء الخلفي من العبوة ومتصل بطرف تصريف SiC MOSFET.
يتميز قالب SCT040H65G3AG بتصميم بوابة مستوية عمودية بخطوة تبلغ 4.8 ميكرومتر ، وبوابة بولي سيليكون مستوية وعازل كهربائي واحد سميك قبل المعدن يتم ترسيبه على البولي سيليكون لعزل البوابة عن مصدر / معدن الجسم.
لمزيد من التحقيق في طريقة عمل SiC MOSFET ، تم إجراء الفحص المجهري للسعة (SCM) لوصف توزيع المنشطات في جميع المناطق النشطة.
تحليل تدفق العملية لـ SCT040H65G3AG
بالإضافة إلى التحليل التجريبي لنتائج الهندسة العكسية في قنوات PFR و PEF ، تم بناء قناة تدفق عملية SiC بشكل أساسي بناءً على تفسيرات اكتشاف PEF ، ويتم إعادة بناء خطوات التصنيع الخاصة بأجهزة طاقة SiC المحددة بالتفصيل في هذه القناة.
يتوسع تحليل تدفق العملية بالكامل (PFF) بشكل أكبر في نتائج PFA وينتج مجموعة أقنعة مفسرة ، والتي تُستخدم بعد ذلك كمدخل لإجراء التحقق والضبط الدقيق لخطوات التصنيع الموضحة في PFA. بفضل برنامج Synopsys Sentaurus Process Explorer ، يتم تنفيذ تقرير PFF للمساعدة في فهم تدفق العملية بالكامل بسهولة من خلال محاكاة بصرية ثلاثية الأبعاد.
دوائر SiC MOSFET 650-V الرائدة في السوق: الميزات ومقارنة الأداء
في مدونة مقارنة 650-V SiC MOSFET الأصلية الخاصة بنا من العام الماضي ، قمنا بمقارنة أداء الجهاز على الحالة – أي مستوى المقاومة (RDS (في)) ومقاومة محددة (صDS (تشغيل) × أ) ، والتي يتم التعامل معها على أنها مقاييس قياسية في تقنية MOSFET للطاقة.
يلتصق كلا الجيلين الثاني والثالث لشركة STMicroelectronics ببوابة بولي سيليكون مستوية وتخطيط خلية شريطية. بالمقارنة مع الجيل الثاني من STMicroelectronics ، فإن صDS (تشغيل) × أ في المصفوفة النشطة لمنتج الجيل الثالث تم تقليله ~ 40٪ ، من 2.75 متر مكعب · سم2 إلى 1.64 متر مكعب · سم2. يتم تحقيق ذلك من خلال انحدار مصفوفة بوابة أقل بنسبة 20٪ وتحسين توزيع الشوائب لمنطقة الانجراف ، مما يجعل أداء التوصيل لهذا الجهاز مشابهًا لوحدات MOSFET المستوية الأخرى المصنوعة من SiC ، مثل Wolfspeed’s C3M0015065D مع 1.99 متر مكعب سم2، وإن كان جهاز ST يعمل على @ Vع = 18 فولت وهو يفوق NTH4L015N065SC1 الخاص بـ onsemi ، والذي يبلغ 2.51 متر مكعب · سم2 @ الخامسع = 18 فولت.
يستخدم كل من Wolfspeed و onsemi تخطيط خلية سداسية يوفر تصميم خلية معبأ بكثافة ومقاس مع مزايا كبيرة عندما يتعلق الأمر بالأداء على الحالة. على الرغم من أن مساحة خلية جهاز Wolfspeed C3M0015065D أكبر ، إلا أنها لا تزال تحافظ على قيمة منخفضة تبلغ 1.99-mΩ · cm2 على المقاومة ، حتى عند انحياز البوابة 15 فولتًا. تمت مناقشة أسباب ذلك في مدونتنا “مراجعة مناهج تصميم خلية SiC MOSFET.”
في وحدات SiC MOSFET ذات الطاقة الرأسية ، يمكن أن تحقق تصميمات بوابة الخندق ميزة أداء على مستوى الحالة ، على الرغم من الحاجة إلى حماية كبيرة في كثير من الأحيان لحماية مناطق الخندق ، كما تمت مناقشته سابقًا. نظرًا للتطبيقات الآلية لجهاز STMicroelectronics ، فمن المنطقي أن تكون ST قد تمسكت بالبوابة المستوية المحافظة إلى حد ما بدلاً من الخندق لتجنب أي مشكلات صعبة تتعلق بمتانة الجهاز.
خاتمة
تعد فئة 650-V من SiC MOSFETs واحدة من أهم الموضوعات في سوق أشباه موصلات الطاقة ، مع التطبيقات المحتملة التي تغطي العديد من الأسواق عالية النمو ، وليس أقلها السيارات. تم اختيار SCT040H65G3AG SiC MOSFET من الجيل الثالث من شركة STMicroelectronics العام الماضي من قبل TechInsights كمرشح لتقديم تحليل كامل ، بما في ذلك SiC Power Floorplan و PEF و Process Flow Analysis وتقارير PFF. للحصول على تفاصيل عروض اشتراك Power Semiconductor الكاملة الخاصة بنا ، يرجى الاطلاع على نظرة عامة عمودية على منتج Power Semiconductor.
بعد أربع سنوات من تسليم STMicroelectronics لمنتجها من الجيل الثاني ، دون تغيير كبير في تصميم الجهاز (لا يزال يستخدم مخطط بوابة البولي سيليكون المستوية وتخطيط الخلية الشريطية) ، نجحت في رفع أداء منتجها من الجيل الثالث 650-V للتنافس مع الرائد المنافسين عن طريق تقليل درجة الخلية وربما تحسين توزيع المنشطات لمنطقة الانجراف. إن اقتران هذا بالنجاح السابق لشركة STMicroelectronics مع دوائر SiC MOSFET من فئة السيارات يجعل هذا الجزء مشاركًا هائلاً في السوق.
قم بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة
اكتشاف المزيد من مجلة الإخلاص
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
