超結(jié)MOSFET的案例
超結(jié)MOS/低壓MOS在5G基站電源上的應(yīng)用-REASUNOS瑞森半導(dǎo)體
wx_fmt=jpeg&from=appmsg&wxfrom=13" alt="圖片"></p><p><strong style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: inherit;">二、典型應(yīng)用拓?fù)?amp;nbsp;</strong></p><p class="ql-align-justify">針對(duì)MOS管在5G電源上的應(yīng)用，推薦瑞森半導(dǎo)體兩款產(chǎn)品系列；</p><p class="ql-align-justify">在PFC線路和Flyback線路，推薦瑞森半導(dǎo)體<strong style="color: rgb(217, 33, 66);">超結(jié)MOSFET系列</strong>：</p><p class="ql-align-justify">由原深溝槽工藝革新成多層外延工藝，具有低導(dǎo)通電阻，優(yōu)異EMI特性，低損耗，高效率，低溫升等特性。能夠顯著降低高電壓下單位面積的導(dǎo)通電阻，進(jìn)而降低導(dǎo)通損耗。同時(shí)，超結(jié)MOSFET擁有極低的FOM值，從而擁有極低的開關(guān)能量損耗和驅(qū)動(dòng)能量損耗。</p><p class="ql-align-justify">為適應(yīng)電源系統(tǒng)高效率小型化的需求，同步整流線路圖推薦使用瑞森半導(dǎo)體<strong style="color: rgb(217, 33, 66);">低壓SGT MOS系列</strong>：</p><p class="ql-align-justify">采用SGT溝槽屏蔽柵設(shè)計(jì)及工藝制造技術(shù)，具有更高的工藝穩(wěn)定性和可靠性及更快的開關(guān)速度、更小的柵電荷和更高的應(yīng)用效率等優(yōu)點(diǎn)。
展開 瑞森半導(dǎo)體超小內(nèi)阻20mΩ和TO-220F封裝70mΩ的超結(jié)MOS新品上市
瑞森半導(dǎo)體進(jìn)一步壯大和完善超結(jié)（SJ）MOSFET系列，推出600V超結(jié)功率MOSFET---RSF60R070F、RSF60R026W型號(hào)。2枚新品各自具備核心優(yōu)勢(shì)，為國內(nèi)少有產(chǎn)品型號(hào) ，技術(shù)領(lǐng)航市場(chǎng)。
市場(chǎng)上70mΩ的超結(jié)（SJ）MOSFET產(chǎn)品，芯片面積超出TO-220F載芯面積，常規(guī)均采用TO-247封裝，瑞森半導(dǎo)體新產(chǎn)品RSF60R070F采用專有的晶胞結(jié)構(gòu)和特殊工藝流程，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在Rdson不變的情況下，有效減小芯片面積，滿足TO-220F/TO-263等封裝外形，從而大幅減少器件在PCB線路板上占用的空間（TO-220F與TO-247封裝外形相比，整體尺寸節(jié)約50%），助力小型化產(chǎn)品的應(yīng)用。
RSF60R070F實(shí)測(cè)耐壓為600V，導(dǎo)通電阻僅為58mΩ，使得MOS管在導(dǎo)通狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)更小的功率損耗和更高的效率，同時(shí)成本也隨之下降，為客戶提供低成本設(shè)計(jì)方案。該款產(chǎn)品主要適用于電源、電機(jī)控制、逆變器和其它高壓開關(guān)應(yīng)用等。
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：
?常規(guī)產(chǎn)品封裝為TO-247，而RSF60R070F為TO-220F封裝，做到大電流小封裝；
?有效減小芯片面積，大幅減少器件在PCB線路板上占用的空間；
?內(nèi)置FRD，適應(yīng)LLC線路，并適合多管應(yīng)用；
?具有更快的開關(guān)速度，更低的導(dǎo)通損耗；
?極低的柵極電荷（Qg），大大提高系統(tǒng)效率；
?優(yōu)異的EMI性能
瑞森半導(dǎo)體具備超小內(nèi)阻的新品RSF60R026W，目前市場(chǎng)上硅基超結(jié)MOS最小內(nèi)阻為30mΩ左右。瑞森半導(dǎo)體基于豐富的超結(jié)MOS開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出實(shí)測(cè)耐壓為600V，導(dǎo)通電阻典型值20mΩ的超結(jié)（SJ）MOSFET，導(dǎo)通電阻減少了33% ，提高了開關(guān)性能，進(jìn)一步降低功率損耗，可以極大提升整機(jī)電源的轉(zhuǎn)換效率。
展開 從碳化硅模塊看特斯拉核心芯片選型策略
由此得到的TPAK模塊在滿足性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了跨（芯片）廠商，跨（IGBT/SiC MOSFET/GaN HEMT）平臺(tái)。
T2PAK
無獨(dú)有偶，除了TPAK外，特斯拉還在動(dòng)力總成的另一核心部件PCS中也采用了相同的選型策略。
Model 3/Y的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS，Power Conversion System）包含車載充電機(jī)OBC和高壓-12V DC/DC兩個(gè)部分，用于從電網(wǎng)給主電池包充電，以及主電池包與12V電池之間的能量交換。PCS中有40片以上的T2PAK（2nd Tesla Package），用于OBC中的PFC和DC/DC主次級(jí)側(cè)，以及高壓-12V DC/DC的高壓側(cè)。
特斯拉Model 3/Y電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與Model S/X第三代車載充電機(jī)。可以看出核心功率器件的封裝從TO-247換成了T2PAK（來源：Phil Sadow/Ingineerix，Anner J. Bonilla）
作為一種高壓?jiǎn)喂鼙碣N封裝，T2PAK取代了前幾代Model S/X OBC中用到的TO-247封裝，包括TO-247-3，用于超結(jié)MOSFET，SiC MOSFET的三腳封裝，和TO-247-2，用于硅或碳化硅二極管的兩腳封裝。因此，T2PAK在PCS主電路板上安裝更為簡(jiǎn)單，可生產(chǎn)性好。所有T2PAK都通過導(dǎo)熱膏貼于水冷散熱板上，較之前的散熱設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。
根據(jù)目前能找到的拆機(jī)視頻，T2PAK至少有碳化硅二極管，以及超結(jié)MOSFET或碳化硅MOSFET幾種版本。同樣的，T2PAK用一種封裝實(shí)現(xiàn)了PCS中核心功率器件的跨平臺(tái)和跨廠商選型，簡(jiǎn)化了供應(yīng)鏈。
展開 打破全球記錄！SiC又突破一項(xiàng)難題
最近，英國華威大學(xué)公布了一項(xiàng)新的碳化硅技術(shù)突破——他們采用超結(jié)SiC SBD，實(shí)現(xiàn)了2045V擊穿電壓，同時(shí)導(dǎo)通電阻僅為0.73mΩcm2，打破了日本的最低導(dǎo)通電阻紀(jì)錄。
同時(shí)，華威大學(xué)還發(fā)明了新的制造技術(shù)，解決了超結(jié)SiC的制造難題（瀚天天成也有類似突破），未來將幫助碳化硅加速替代硅基IGBT等功率器件。
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高壓碳化硅難題：
導(dǎo)通損耗太高，超結(jié)遭遇2瓶頸
由于臨界電場(chǎng)比硅高10倍，與傳統(tǒng)硅器件相比，采用SiC功率器件的開關(guān)損耗更低，目前市面上已經(jīng)有很多SiC MOSFET（工作范圍600-1700 V），可以替代硅基MOSFET（10- 500V）和超結(jié)功率MOSFET（500-900V）。
現(xiàn)在已經(jīng)有一些供應(yīng)商已發(fā)布了3.3 kV的SiC MOSFET，SiC MOSFET最終可能達(dá)到 10 kV，但目前還很難替代IGBT（1200V-6.6 kV）。
這是因?yàn)殡S著擊穿電壓（VBD）不斷增加，碳化硅的導(dǎo)通電阻（RON,SP）也會(huì)大幅增加。盡管單極型SiC器件的開關(guān)損耗較低，但最終的導(dǎo)通狀態(tài)損耗卻與雙極硅器件（IGBT）一樣高。
所以，SiC器件要實(shí)現(xiàn)更高電壓，就必須利用超越單極限制的技術(shù)，來降低導(dǎo)通電阻。降低電阻可以使用雙極器件結(jié)構(gòu)，例如IGBT，但缺點(diǎn)是開關(guān)損耗非常高。
為了將SiC功率器件擴(kuò)展到3.3 kV以上，必須采用超結(jié)器件結(jié)構(gòu)，這可以在降低電阻的同時(shí)，不增加太多開關(guān)損耗。
不過，據(jù)瀚天天成介紹，超結(jié)結(jié)構(gòu)是高壓碳化硅器件的重要發(fā)展方向之一，但是通常會(huì)遭遇2個(gè)瓶頸問題。一方面，碳化硅超結(jié)外延的次數(shù)要比傳統(tǒng)的硅基超結(jié)急劇增加，成本會(huì)急劇增加。
展開 
RS瑞森半導(dǎo)體在汽車充電樁上的應(yīng)用
瑞森半導(dǎo)體的超結(jié)Cool MOSFET系列、SiC MOSFET系列、SiC SBD系列均滿足充電樁高效率、高功率密度的性能要求。
超結(jié)Cool MOSFET系列：
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：
采用多層外延工藝，優(yōu)化了元胞結(jié)構(gòu)，可靠性高，一致性好。
產(chǎn)品特性：超小內(nèi)阻，超小封裝，超低結(jié)電容，EMI余量大，
對(duì)標(biāo)英飛凌C3、 P6、 P7系列產(chǎn)品。
SiC MOSFET系列：
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：
基于國家軍標(biāo)生產(chǎn)線研制生產(chǎn)，工藝穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。
產(chǎn)品特性：
極低的門電荷（QG)、極低反向恢復(fù)的快速本征體二極管、可最大限度減少傳導(dǎo)損失，提供卓越的開關(guān)性能和強(qiáng)大的雪崩能力。
SiC SBD系列：
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：
極小的反向恢復(fù)電流、大幅降低開關(guān)損耗；低VF、高浪涌電流耐量，出色的熱管理、可降低冷卻要求；軍工民用考核標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)品特性：
GJB 7400-2011、器件參數(shù)一致性好;高頻率的運(yùn)行、能讓被動(dòng)元器件做得更小。
五、產(chǎn)品選型
瑞森半導(dǎo)體在充電樁產(chǎn)品應(yīng)用上主推如下產(chǎn)品選型表：
展開 英飛凌采訪：第三代半導(dǎo)體與硅器件將長期共存
CoolSiC?車規(guī)級(jí)MOSFET在高速開關(guān)的情況下具有業(yè)界最低的開關(guān)損耗
在PFC和DC-DC階段，車載充電機(jī)的效率可提升1%，因而冷卻要求更低。
在圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中支持雙向充電
這里需要強(qiáng)調(diào)的是，在未來數(shù)年中，不同的半導(dǎo)體技術(shù)將并存于市場(chǎng)中，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中分別具有特殊的優(yōu)勢(shì)。在牽引逆變器中，基于不同的里程、效率和成本考量，SiC和硅基IGBT各有各的發(fā)揮空間。例如，SiC用于后輪主牽引驅(qū)動(dòng)，可提升巡航里程；而硅基IGBT則用于前輪，以便優(yōu)化成本。在極端情況下，例如車載充電機(jī)中，在同一架構(gòu)下，會(huì)同時(shí)采用多達(dá)五種不同的半導(dǎo)體技術(shù)，包括IGBT，硅基二極管、硅基MOSFET，超結(jié)MOSFET和SiC MOSFET。
英飛凌在汽車級(jí)碳化硅產(chǎn)品方面的布局：
英飛凌針對(duì)多種xEV系統(tǒng)已經(jīng)推出了廣泛的SiC的解決方案及全方位的車規(guī)級(jí)產(chǎn)品系列，包括CoolSiC?車用二極管、CoolSiC?車用MOSFET、全SiC模組的HybridPACK?Drive CoolSiC?等。
近期來看，我們?cè)?021年3月份發(fā)布了能提供業(yè)界最佳開關(guān)和導(dǎo)通損耗的650V CoolSiC?Hybrid分立器件。與對(duì)應(yīng)的硅器件相比，它具有更高的可擴(kuò)展性，已廣泛用于多款車型。該器件在圖騰柱拓?fù)渲幸岳硐氲男詢r(jià)比完美契合了雙向充電的趨勢(shì)。
在5月份，英飛凌發(fā)布了用于牽引逆變器的HybridPack-Drive CoolSiC?產(chǎn)品。HybridPack-Drive系列產(chǎn)品的發(fā)貨量已超過一百萬片，被用于全球超過20個(gè)汽車平臺(tái)。新的HybridPack-Drive CoolSiC?產(chǎn)品是市場(chǎng)上首款經(jīng)過車規(guī)認(rèn)證的模組，與對(duì)應(yīng)的硅器件相比，可擴(kuò)展能力很強(qiáng)，可輕松覆蓋180kw功率段。該產(chǎn)品基于我們改進(jìn)的溝槽柵MOSFET技術(shù)，同時(shí)具備高可靠性和高性能的特點(diǎn)。
展開 8要點(diǎn)掌握?qǐng)鲂?yīng)管MOSFET的型號(hào)選擇
來
源：芯智云電子分銷
01
什么是MOSFET?
場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)也叫場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是一種單極型的電壓控制器件，不但有自關(guān)斷能力，而且具備輸入電阻高、噪聲小、功耗低、驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度高、無二次擊穿、安全工作區(qū)寬等特點(diǎn)，MOSFET在組合邏輯電路、放大器、電源管理、測(cè)量儀器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。MOSFET按導(dǎo)電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道，同時(shí)又有耗盡型和增強(qiáng)型之分，目前市場(chǎng)主要應(yīng)用 N 溝道增強(qiáng)型。
MOSFET經(jīng)歷了3次器件結(jié)構(gòu)上的技術(shù)革新：溝槽型、超級(jí)結(jié)、屏蔽柵。每一次器件結(jié)構(gòu)的進(jìn)化，在某些單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)上產(chǎn)品性能得到質(zhì)的飛躍，大幅拓寬產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
（1）平面型功率MOSFET：誕生于1970s，具備易于驅(qū)動(dòng)，工作效率高的優(yōu)點(diǎn)，但芯片面積相對(duì)較大，損耗較高。
（2）溝槽型功率MOSFET：誕生于1980s，易于驅(qū)動(dòng)，工作效率高，熱穩(wěn)定性好，損耗低，但耐壓低。
（3）超結(jié)功率MOSFET：誕生于1990s，易于驅(qū)動(dòng)，頻率超高、損耗極低，最新一代功率器件。
（4）屏蔽柵功率MOSFET：誕生于2000s，打破了硅材料極限，大幅降低了器件的導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗。
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03
超高壓器件形式仍不明確。
對(duì)于10kV以上超高壓領(lǐng)域，目前業(yè)界一種方案是采用IGBT、GTO等具有明顯理論優(yōu)勢(shì)的雙極器件，但因其多層材料外延生長難度大，載流子壽命過低，難以充分發(fā)揮雙極效應(yīng)。另一種方案則是采用超結(jié)或者半超結(jié)的MOSFET進(jìn)行相應(yīng)導(dǎo)通電阻優(yōu)化。從現(xiàn)階段來看，具體采用何種方案仍需要進(jìn)一步研究驗(yàn)證。
結(jié)語
能源革命促進(jìn)了功率半導(dǎo)體在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，從根本上改變了電網(wǎng)形態(tài)。而碳中主題下的終端設(shè)備節(jié)能提效策略，進(jìn)一步刺激了功率半導(dǎo)體的升級(jí)換代。SiC器件因其耐高溫、高壓、高頻的特點(diǎn)，已在中低壓電網(wǎng)場(chǎng)景得到了廣泛應(yīng)用。而在高壓電力場(chǎng)景，SiC仍面臨著諸多困難，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同努力。
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產(chǎn)品方面，公司目前超100V的MOSFET 料號(hào)數(shù)超過100種，IGBT 第一批料號(hào)目前也已進(jìn)入流片階段。
圖表25. 聞泰科技&安世半導(dǎo)體產(chǎn)能
全球功率半導(dǎo)體IGBT企業(yè)20強(qiáng)
芯派科技擁有的自主品牌 SAMWIN 系列產(chǎn)品，包 括 Trench 技 術(shù) 系 列 MOSFET 產(chǎn) 品、SGT 技 術(shù) 系列 MOSFET 產(chǎn)品、高壓平面 MOSFET 產(chǎn)品、高壓超結(jié) MOSFET 產(chǎn) 品，600V~1200V IGBT 產(chǎn) 品， 以 及20V~1000V 的整流橋、肖特基二極管、快恢復(fù)和超快恢復(fù)二極管產(chǎn)品。SAMWIN 系列產(chǎn)品已普遍應(yīng)用于各行業(yè)處于領(lǐng)先地位的企業(yè)。
以上內(nèi)容來自《2022年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究寶典》
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