與硅相比,碳化硅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。雖然目前主要應用于火車的逆變器上,但是很快將被廣泛用于光伏發電系統和汽車設備等高壓應用。
可靠性是碳化硅器件使用受限的主要問題。在高壓功率模塊中的應用不僅是半導體芯片,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)燒結技術進行芯片焊接,來實現有效提高封裝可靠性的目標。
在當前的碳化硅封裝中,功率密度提高以及開關頻率都會導致焊接性能劣化,很難抑制芯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。而銀燒結層的熱電阻僅為焊接層的一半,從而使模塊中的芯片可以更加緊密地靠近,從而縮小了尺寸。
東芝將此新技術命名為iXPLV,并從本月底起其將應用于3.3kV級碳化硅功率模塊的批量生產。該技術的詳細信息已于5月5日在線上召開的國際功率半導體會議——PCIM Europe上進行了展示。
碳化硅功率模塊的新封裝(iXPLV)

注:
[1]東芝將可靠性定義為在功率循環測試(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。對于銀燒結的模塊,此時間大約是東芝焊接模塊的兩倍。
[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循環測試的相對次數。功率循環測試將評估半導體在多次循環測試之后的劣化情況。東芝將導致焊接模塊發生5% 電壓變化的周期數定義為“1”。