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东芝的碳化硅功率模块新技术提高了可靠性的同时减小了尺寸

2021年5月10日

东芝电子元件及存储装置株式会社

中国上海——东芝电子元件及存储装置株式会社(“东芝”)开发了用于碳化硅(SiC)功率模块的封装技术,能够使产品的可靠性提升一倍[1],同时减少20%的封装尺寸[2]

与硅相比,碳化硅可以实现更高的电压和更低的损耗,且被广泛视为功率器件的新一代材料。虽然目前主要应用于火车的逆变器上,但是很快将被广泛用于光伏发电系统和汽车设备等高压应用。

可靠性是碳化硅器件使用受限的主要问题。在高压功率模块中的应用不仅是半导体芯片,封装本身也必须具备高度的可靠性。东芝通过一种全新的银(Ag)烧结技术进行芯片焊接,来实现有效提高封装可靠性的目标。

在当前的碳化硅封装中,功率密度提高以及开关频率都会导致焊接性能劣化,很难抑制芯片中随着时间的推移而增加的导通电阻。银烧结技术可以显著降低这种退化。而银烧结层的热电阻仅为焊接层的一半,从而使模块中的芯片可以更加紧密地靠近,缩小了尺寸。

东芝将此新技术命名为iXPLV,并从本月底起其将应用于3.3kV级碳化硅功率模块的批量生产。该技术的详细信息已于5月5日在线上召开的国际功率半导体会议——PCIM Europe上进行了展示。

碳化硅功率模块的新封装(iXPLV)

SiC功率模块(iXPLV)的新封装

通过银烧结技术改善提高可靠性[3]

通过银烧结技术提高可靠性[3]

Note

[1]东芝将可靠性定义为在功率循环测试(一种公认的半导体可靠性测试)中发生5%电压变化之前的时间长度。对于银烧结的模块,此时间大约是东芝焊接模块的两倍。
[2] 新封装的尺寸为140mm×100mm,比东芝当前140mm×130mm封装的尺寸小23%。
[3]图片中的X轴是设置在开或者关之间的循环测试的相对次数。功率循环测试将评估半导体在多次循环测试之后的劣化情况。东芝将导致焊接模块发生5% 电压变化的周期数定义为“1”。

 

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