傾佳代理的基本半導(dǎo)體SiC碳化硅功率半導(dǎo)體產(chǎn)品組合分析指南:選型、優(yōu)勢與應(yīng)用
傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。?
傾佳電子楊茜致力于推動國產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級!
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢!
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢!
傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢!
第一部分:執(zhí)行摘要與戰(zhàn)略組合分析
簡介
在全球向高效能源轉(zhuǎn)換邁進的浪潮中,以碳化硅(SiC)為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)正處于核心地位。深圳基本半導(dǎo)體股份有限公司(Basic Semiconductor)作為該領(lǐng)域的創(chuàng)新企業(yè),憑借其在碳化硅功率器件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的專注,已成為行業(yè)內(nèi)不容忽視的力量 。本報告旨在對基本半導(dǎo)體公司發(fā)布的產(chǎn)品選型手冊進行深度剖析,超越簡單的產(chǎn)品羅列,為電力電子工程師、系統(tǒng)架構(gòu)師和技術(shù)決策者提供一份兼具廣度與深度的分析指南。報告將系統(tǒng)性地梳理其產(chǎn)品線,解讀各項技術(shù)參數(shù)背后的系統(tǒng)級優(yōu)勢,并構(gòu)建一個清晰的選型框架,以支持在多樣化應(yīng)用場景下的戰(zhàn)略性器件選擇。
產(chǎn)品組合架構(gòu)
基本半導(dǎo)體的產(chǎn)品組合展現(xiàn)了清晰的戰(zhàn)略層次,不僅覆蓋了功率半導(dǎo)體的核心環(huán)節(jié),更延伸至應(yīng)用的支撐層面,構(gòu)建了一個從底層芯片到系統(tǒng)級方案的完整生態(tài)系統(tǒng) 。其產(chǎn)品架構(gòu)可分為四大核心類別:
碳化硅功率器件:這是產(chǎn)品組合的基石,包括了從分立器件到高度集成的功率模塊。
分立器件:碳化硅肖特基二極管(SBD)、碳化硅MOSFET,以及創(chuàng)新的混合碳化硅器件。
功率模塊:針對工業(yè)和汽車兩大市場,提供不同封裝和功率等級的全碳化硅模塊。
裸片與晶圓服務(wù):面向擁有自主封裝能力的大型客戶,提供核心的芯片級產(chǎn)品,彰顯其在上游制造環(huán)節(jié)的技術(shù)自信 。
門極驅(qū)動芯片:提供與SiC器件特性相匹配的隔離及低邊驅(qū)動芯片,解決高頻、高速開關(guān)中的關(guān)鍵驅(qū)動難題 。
驅(qū)動電源芯片及方案:為門極驅(qū)動提供配套的隔離電源解決方案,進一步降低系統(tǒng)集成的復(fù)雜性 。
這種架構(gòu)表明,基本半導(dǎo)體的市場定位并非單純的元器件供應(yīng)商,而是致力于成為一個全面的功率電子解決方案合作伙伴。
核心競爭力與差異化優(yōu)勢
基本半導(dǎo)體的競爭力源于其全面的產(chǎn)業(yè)布局和深厚的技術(shù)積累。公司在中國深圳、北京、上海、無錫以及日本名古屋等地設(shè)立了研發(fā)中心和制造基地,形成了國際化的研發(fā)布局,并實現(xiàn)了從芯片設(shè)計、晶圓制造到封裝測試的垂直整合能力 。這一布局不僅確保了供應(yīng)鏈的安全與穩(wěn)定,更為技術(shù)迭代和質(zhì)量控制提供了堅實保障。特別是在汽車級碳化硅功率模塊領(lǐng)域,其位于無錫的制造基地采用了納米銀燒結(jié)等先進封裝工藝,并遵循嚴(yán)格的汽車級質(zhì)量管理體系,構(gòu)筑了強大的市場壁壘 。
產(chǎn)品組合概覽
下表高度概括了基本半導(dǎo)體的主要產(chǎn)品類別及其核心應(yīng)用市場。
產(chǎn)品大類 | 子類別 | 主要目標(biāo)市場 | 核心價值主張 |
---|---|---|---|
碳化硅功率器件 | SiC二極管, SiC MOSFET, 混合器件 | 光伏儲能、通信電源、新能源汽車、工業(yè)控制 | 高效率、高頻率、高功率密度 |
工業(yè)級功率模塊 | 大功率充電樁、儲能變流器、逆變焊機、數(shù)據(jù)中心UPS | 高集成度、高可靠性、簡化熱管理 | |
汽車級功率模塊 | 新能源汽車主驅(qū)逆變器、車載電源 | 極致可靠性、高功率密度、提升續(xù)航里程 | |
裸片與晶圓服務(wù) | SiC二極管/MOSFET晶圓與裸片 | 大型模塊制造商、擁有自研封裝能力的OEM | 提供核心技術(shù)、支持客戶定制化開發(fā) |
門極驅(qū)動芯片 | 隔離驅(qū)動芯片, 低邊驅(qū)動芯片 | 所有使用SiC MOSFET/模塊的系統(tǒng) | 優(yōu)化開關(guān)性能、確保驅(qū)動可靠性、簡化設(shè)計 |
驅(qū)動電源芯片及方案 | 正激DCDC芯片, 隔離變壓器方案 | 門極驅(qū)動電路的輔助電源設(shè)計 | 提供經(jīng)過驗證的、緊湊高效的隔離電源 |
這種全面的產(chǎn)品布局揭示了其深思熟慮的市場策略。在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域,器件的性能不僅取決于其自身,更高度依賴于驅(qū)動和電源等外圍電路的協(xié)同設(shè)計。精確的門極電壓控制、快速的開關(guān)瞬態(tài)響應(yīng)以及可靠的短路保護,是發(fā)揮SiC器件低損耗、高頻率優(yōu)勢的關(guān)鍵?;景雽?dǎo)體通過提供經(jīng)過專門優(yōu)化和驗證的門極驅(qū)動芯片(如具備短路保護功能的BTD3011R)和隔離驅(qū)動電源方案(如BTP1521x芯片),極大地降低了客戶的設(shè)計門檻和研發(fā)風(fēng)險 。這形成了一個緊密耦合的生態(tài)系統(tǒng):選用其SiC MOSFET的工程師,有極強的動機繼續(xù)采用其配套的驅(qū)動和電源方案,以確保最佳性能、縮短開發(fā)周期并簡化供應(yīng)鏈管理。這一策略不僅提升了客戶粘性,也為其核心SiC器件的推廣應(yīng)用構(gòu)建了堅固的“護城河”。
第二部分:分立式碳化硅功率器件——現(xiàn)代電力轉(zhuǎn)換的基石
分立器件是電力電子系統(tǒng)中最基礎(chǔ)、最靈活的構(gòu)建單元?;景雽?dǎo)體的分立器件產(chǎn)品線覆蓋了從基礎(chǔ)的二極管到前沿的MOSFET,再到兼具性價比的混合器件,為不同層級的應(yīng)用需求提供了全面的選擇。
2.1 碳化硅肖特基二極管:效率的基石
碳化硅肖特基二極管(SiC SBD)是替代傳統(tǒng)硅基快恢復(fù)二極管(Si-FRD)的革命性產(chǎn)品。其核心優(yōu)勢源于碳化硅材料本身卓越的物理特性:寬禁帶(約3.26 eV)、高臨界擊穿場強(約3×106 V/cm)和高導(dǎo)熱系數(shù)(約4.9 W/cm·K)。
技術(shù)優(yōu)勢分析
零反向恢復(fù)損耗:這是SiC SBD最顯著的優(yōu)勢。傳統(tǒng)硅基二極管在從導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截止時,存在反向恢復(fù)過程,會產(chǎn)生較大的反向恢復(fù)電流和恢復(fù)時間,導(dǎo)致顯著的開關(guān)損耗,尤其是在高頻工作時。SiC SBD作為單極性器件,理論上不存在反向恢復(fù)過程,從而幾乎消除了這一部分的損耗。這使得與之配合的主開關(guān)管(如IGBT或MOSFET)的開通損耗也大幅降低。
高耐壓與低漏電:得益于SiC材料的高臨界場強,SiC二極管可以在更薄的漂移層下實現(xiàn)高耐壓,同時保持極低的反向漏電流,即使在高溫下也表現(xiàn)穩(wěn)定,提升了系統(tǒng)的可靠性和靜態(tài)功耗表現(xiàn) 。
卓越的溫度特性:SiC器件的正向壓降(VF?)具有正溫度系數(shù),這有利于器件的并聯(lián)均流,簡化了在大電流應(yīng)用中的并聯(lián)設(shè)計。
應(yīng)用領(lǐng)域
這些技術(shù)優(yōu)勢使其在眾多電力電子應(yīng)用中成為提升效率的關(guān)鍵。例如,在光伏逆變器和儲能變流器(PCS)的升壓(Boost)電路中,使用SiC SBD可以顯著提升轉(zhuǎn)換效率;在通信電源和服務(wù)器電源的功率因數(shù)校正(PFC)電路中,它能幫助系統(tǒng)輕松滿足嚴(yán)苛的能效標(biāo)準(zhǔn);直流快充樁中,高效率意味著更少的散熱需求和更高的功率密度;在PD快充等消費電子領(lǐng)域,其高頻特性則有助于實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化 。
選型矩陣
為了便于工程師快速選型,下表整合了基本半導(dǎo)體所有SiC二極管的關(guān)鍵參數(shù),按電壓等級和電流大小排序。
表2.1:碳化硅二極管綜合選型矩陣
型號 | 額定電壓 VRRM? (V) | 額定電流 IF? (A) | 浪涌電流 IFSM? (A) | 正向壓降 VF? @ 25°C (V) | 正向壓降 VF? @ 175°C (V) | 封裝形式 |
---|---|---|---|---|---|---|
650V 產(chǎn)品系列 | ||||||
B3D04065K | 650 | 4 | 36 | 1.37 | 1.69 | TO-220-2 |
B3D06065K | 650 | 6 | 51 | 1.39 | 1.81 | TO-220-2 |
B3D10065K | 650 | 10 | 80 | 1.36 | 1.69 | TO-220-2 |
B3D20065H | 650 | 20 | 150 | 1.40 | 1.76 | TO-247-2 |
B3D30065H | 650 | 30 | 210 | 1.34 | 1.62 | TO-247-2 |
B3D40065H | 650 | 40 | 260 | 1.41 | 1.75 | TO-247-2 |
B3D50065H | 650 | 50 | 399 | 1.42 | 1.80 | TO-247-2 |
B3D60065H2 | 650 | 60 | 420 | 1.36 | 1.66 | TO-247-2 |
B3D80065H2 | 650 | 80 | 520 | 1.43 | 1.82 | TO-247-2 |
B3DM060065N | 650 | 60*2 | 540 | 1.42 | 1.99 | SOT-227 |
1200V 產(chǎn)品系列 | ||||||
B3D05120K | 1200 | 5 | 45 | 1.45 | 2.02 | TO-220-2 |
B3D10120H | 1200 | 10 | 90 | 1.40 | 2.05 | TO-247-2 |
B3D15120H | 1200 | 15 | 135 | 1.39 | 1.97 | TO-247-2 |
B3D20120H | 1200 | 20 | 160 | 1.36 | 1.89 | TO-247-2 |
B3D30120H | 1200 | 30 | 270 | 1.39 | 1.96 | TO-247-2 |
B3D40120H2 | 1200 | 40 | 320 | 1.39 | 1.95 | TO-247-2 |
B3D50120H | 1200 | 50 | 400 | 1.44 | 2.06 | TO-247-2 |
B3D60120H2 | 1200 | 60 | 540 | 1.42 | 1.99 | TO-247-2 |
B3D80120H2 | 1200 | 80 | 640 | 1.46 | 2.06 | TO-247-2 |
B3DM100120N | 1200 | 100*2 | 250 | 1.46 | 2.13 | SOT-227 |
2000V 產(chǎn)品系列 | ||||||
B3D40200H | 2000 | 40 | 320 | 1.47 | 2.30 | TO-247-2 |
注:此表為節(jié)選,旨在展示不同電壓等級和封裝形式的代表性產(chǎn)品。完整列表請參考原始手冊。SOT-227封裝為雙二極管模塊。 |
2.2 碳化硅MOSFET:開啟高頻高密度新紀(jì)元
SiC MOSFET是當(dāng)前電力電子領(lǐng)域最受關(guān)注的功率器件,它將SiC材料的優(yōu)勢發(fā)揮到了極致,是實現(xiàn)系統(tǒng)功率密度和效率飛躍的核心?;景雽?dǎo)體的第三代SiC MOSFET產(chǎn)品,在比導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗和可靠性方面均有出色表現(xiàn) 。
技術(shù)優(yōu)勢與封裝技術(shù)解析
更低的比導(dǎo)通電阻(Specific On-Resistance):這意味著在相同的芯片面積下,可以實現(xiàn)更低的導(dǎo)通電阻(RDS(on)?),從而降低導(dǎo)通損耗。
更低的開關(guān)損耗:SiC MOSFET的開關(guān)速度遠(yuǎn)超硅基IGBT,其開關(guān)過程中的能量損耗(Eon?, Eoff?)極低,這使其能夠工作在數(shù)百kHz甚至MHz級別的高頻率,從而大幅減小系統(tǒng)中電感、電容等磁性元件和無源器件的體積和成本。
先進封裝的重要性:為了充分發(fā)揮SiC MOSFET的快速開關(guān)特性,封裝技術(shù)至關(guān)重要。
開爾文源極(Kelvin Source)封裝:如TO-247-4和TO-263-7封裝,提供了一個獨立的源極驅(qū)動引腳。該引腳專用于門極驅(qū)動回路,避免了主電流路徑上的寄生電感對驅(qū)動信號的干擾,從而可以實現(xiàn)更快的開關(guān)速度、更低的開關(guān)損耗和更小的柵極電壓振蕩,這對于高頻應(yīng)用至關(guān)重要 。
表面貼裝(SMD)封裝:如TOLL、TOLT和T2PAK-7封裝,不僅適用于自動化生產(chǎn),降低制造成本,其低矮的外形和優(yōu)化的引腳布局也具有更低的封裝寄生電感和更好的散熱性能,是構(gòu)建高功率密度電源(如服務(wù)器電源、通信整流器)的理想選擇 。
選型矩陣
下表整合了基本半導(dǎo)體SiC MOSFET產(chǎn)品線的關(guān)鍵參數(shù),按電壓等級和導(dǎo)通電阻排序,幫助工程師快速鎖定目標(biāo)器件。
表2.2:碳化硅MOSFET綜合選型矩陣
型號 | 額定電壓 VDSS? (V) | 導(dǎo)通電阻 RDS(on)? (mΩ) | 額定電流 ID? @ 25°C (A) | 柵極電荷 Qg? (nC) | 封裝形式 | 特點 |
---|---|---|---|---|---|---|
650V / 750V 產(chǎn)品系列 | ||||||
B3M040065H | 650 | 40 | 67 | 60 | TO-247-3 | 通用型 |
B3M040065Z | 650 | 40 | 67 | 60 | TO-247-4 | 開爾文源極 |
B3M040065L | 650 | 40 | 54 | 50 | TOLL | 表面貼裝, 低電感 |
B3M025065H | 650 | 25 | - | - | TO-247-3 | 低導(dǎo)通電阻 |
B3M010C075Z | 750 | 10 | 240 | 220 | TO-247-4 | 極低導(dǎo)通電阻, 大電流 |
1200V 產(chǎn)品系列 | ||||||
B2M160120H | 1200 | 160 | 22.5 | 26 | TO-247-3 | 高性價比 |
B2M080120H | 1200 | 80 | 39 | 46 | TO-247-3 | 平衡型 |
B2M080120Z | 1200 | 80 | 39 | 46 | TO-247-4 | 開爾文源極 |
B3M040120H | 1200 | 40 | 64 | 85 | TO-247-3 | 主流型號 |
B3M040120Z | 1200 | 40 | 64 | 85 | TO-247-4 | 主推, 開爾文源極 |
B2M030120H | 1200 | 30 | 97 | 115 | TO-247-3 | 較低導(dǎo)通電阻 |
B3M020120H | 1200 | 20 | 127 | 168 | TO-247-3 | 低導(dǎo)通電阻 |
B2M011120HK | 1200 | 11 | 167 | 307 | TO-247-4 | 極低導(dǎo)通電阻, 大電流 |
1700V 產(chǎn)品系列 | ||||||
B2M600170H | 1700 | 600 | 7 | 14 | TO-247-3 | 主推, 高壓應(yīng)用 |
注:此表為節(jié)選,旨在展示不同電壓和封裝的代表性產(chǎn)品。完整列表請參考原始手冊。 |
2.3 混合碳化硅分立器件:務(wù)實的性能升級之橋
混合碳化硅分立器件是一種巧妙的折衷方案,它將成熟的硅基場截止(Field-Stop)IGBT技術(shù)與高性能的SiC SBD技術(shù)結(jié)合在同一封裝內(nèi) 。
價值定位分析
這種組合的核心價值在于,為成本敏感且追求性能提升的應(yīng)用提供了一條務(wù)實的升級路徑。在硬開關(guān)拓?fù)渲?,IGBT的開通損耗主要由續(xù)流二極管的反向恢復(fù)特性決定。通過用零反向恢復(fù)的SiC SBD替代傳統(tǒng)的硅基FRD,可以幾乎完全消除二極管的反向恢復(fù)損耗,從而使IGBT的開通損耗(Eon?)大幅降低。這使得系統(tǒng)可以在不更換主開關(guān)管(仍然使用成本較低的Si-IGBT)的情況下,顯著提升效率或提高工作頻率,而其總成本遠(yuǎn)低于采用全SiC MOSFET的方案。
目標(biāo)應(yīng)用
該系列器件非常適用于儲能系統(tǒng)(ESS)、不間斷電源(UPS)和光伏組串式逆變器等領(lǐng)域。這些應(yīng)用通常工作在幾十kHz的中等開關(guān)頻率,對成本較為敏感,而混合器件恰好在性能與成本之間取得了絕佳的平衡 。
表2.3:混合碳化硅器件關(guān)鍵參數(shù)
型號 | 額定電壓 BVCES? (V) | 額定電流 IC? @ 100°C (A) | 飽和壓降 VCE(sat)? (V) | 總開關(guān)損耗 Etotal? (mJ) | 封裝形式 |
---|---|---|---|---|---|
BGH50N65HF1 | 650 | 50 | 1.55 | 0.59 (關(guān)斷損耗) | TO-247-3 |
BGH75N65HF1 | 650 | 75 | 1.64 | 3.43 (開通+關(guān)斷) | TO-247-3 |
BGH40N120H51 | 1200 | 40 | 1.90 | 2.87 (開通+關(guān)斷) | TO-247-3 |
BGH75N120HFE | 1200 | 75 | 2.20 | 7.07 (開通+關(guān)斷) | TO-247-3 |
注:表中參數(shù)根據(jù)手冊數(shù)據(jù)整理,開關(guān)損耗為特定測試條件下的值。 |
基本半導(dǎo)體在分立器件層面展現(xiàn)出的產(chǎn)品廣度,本身就是一種戰(zhàn)略工具。一個復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)(如一個光伏儲能一體機)可能同時需要用于PFC升壓的SiC二極管和用于DC/AC逆變的SiC MOSFET。通過提供一個全面的、覆蓋不同性能和成本區(qū)間的“一站式”產(chǎn)品組合,基本半導(dǎo)體使設(shè)計團隊能夠從單一、經(jīng)過驗證的供應(yīng)商處采購所有關(guān)鍵的SiC功率器件。這不僅簡化了供應(yīng)鏈管理和采購流程,也加速了產(chǎn)品的認(rèn)證和上市周期?;旌掀骷募尤?,更是體現(xiàn)了對市場多樣化需求的深刻理解,為尚未準(zhǔn)備好全面轉(zhuǎn)向SiC MOSFET的客戶提供了平滑的過渡方案,從而將更廣泛的客戶群體納入其生態(tài)系統(tǒng)。
第三部分:工業(yè)級全碳化硅功率模塊——以可靠性擴展功率疆域
當(dāng)應(yīng)用功率等級上升至數(shù)十千瓦乃至數(shù)百千瓦時,采用分立器件并聯(lián)的設(shè)計會面臨均流、布局、散熱和可靠性等多重挑戰(zhàn)。工業(yè)級功率模塊通過將多個SiC芯片集成在高性能的封裝內(nèi),為大功率應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)化的、高可靠性的解決方案 。
核心封裝技術(shù)分析
基本半導(dǎo)體的工業(yè)級模塊采用了多項先進技術(shù),以確保在嚴(yán)苛工業(yè)環(huán)境下的長期可靠運行。
氮化硅(SiN)AMB陶瓷基板:這是現(xiàn)代高性能功率模塊的關(guān)鍵技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的氧化鋁(Al2O3)基板,SiN陶瓷具有更高的熱導(dǎo)率和更接近SiC芯片的熱膨脹系數(shù)(CTE)。高熱導(dǎo)率意味著更低的熱阻,能更有效地將芯片產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出;而匹配的CTE則顯著減緩了在反復(fù)溫度循環(huán)下(設(shè)備啟停)材料間的應(yīng)力,極大地提升了模塊的功率循環(huán)和熱循環(huán)壽命 。
低雜散電感設(shè)計:SiC MOSFET的開關(guān)速度極快,電流變化率(di/dt)非常高。在封裝和系統(tǒng)布局的雜散電感(Lσ?)作用下,會產(chǎn)生巨大的電壓過沖(Vovershoot?=Lσ?×di/dt)。過高的電壓過沖可能損壞器件。基本半導(dǎo)體的模塊,如62mm封裝系列,通過優(yōu)化內(nèi)部布局和端子設(shè)計,顯著降低了雜散電感,從而抑制了電壓過沖,使得SiC器件的高頻性能得以更安全、更充分地發(fā)揮 。
模塊家族細(xì)分與選型指南
基本半導(dǎo)體提供了多種標(biāo)準(zhǔn)封裝的工業(yè)級模塊,以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
E1B & E2B 模塊:該系列基于高性能晶圓平臺,特別強調(diào)了高可靠性。其寬柵源電壓范圍(-10V至+25V)和較高的閾值電壓(VGS(th),typ?=4.0V)簡化了柵極驅(qū)動設(shè)計,并提高了抗噪聲和抗誤導(dǎo)通的能力。適用于對可靠性要求極高的數(shù)據(jù)中心UPS、燃料電池DCDC變換器和大功率充電樁等領(lǐng)域 。
34mm 模塊:這是一種緊湊型半橋模塊,專為高頻應(yīng)用優(yōu)化。在20kW的逆變焊機應(yīng)用仿真中,相比于只能工作在20kHz的IGBT模塊,采用該SiC模塊可將開關(guān)頻率提升至80kHz,同時總損耗降低約50%。這直接轉(zhuǎn)化為焊機體積、重量和噪聲的大幅減小,以及動態(tài)響應(yīng)速度的加快。因此,它非常適用于逆變焊機、感應(yīng)加熱設(shè)備等追求高頻、高效和小型化的場合 。
62mm 模塊:作為工業(yè)應(yīng)用中非常經(jīng)典的封裝尺寸,該系列提供了高達(dá)540A的電流能力。它繼承了傳統(tǒng)62mm封裝的優(yōu)勢,同時通過內(nèi)部創(chuàng)新設(shè)計降低了雜散電感,并采用SiN陶瓷基板和銅基板散熱,實現(xiàn)了出色的功率循環(huán)能力和高功率密度。是大型儲能系統(tǒng)、光伏逆變器和工業(yè)傳動等大功率應(yīng)用的主力選擇 。
Pcore? 12 EP2 模塊:這是一款高度集成的創(chuàng)新產(chǎn)品,在單個模塊內(nèi)集成了整流和逆變兩組三相橋結(jié)構(gòu),并帶有NTC溫度檢測功能。這種高集成度設(shè)計能夠顯著提升整機運行效率,并有效降低系統(tǒng)總體成本和體積,是空調(diào)熱泵等特定集成化應(yīng)用的理想解決方案 。
表3.1:工業(yè)級SiC模塊對比選型指南
型號 | 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) | 額定電壓 Vmax? (V) | 額定電流 ID? (A) | 導(dǎo)通電阻 RDS(on)? (mΩ) @ 25°C | 封裝類型 | 核心應(yīng)用 |
---|---|---|---|---|---|---|
BMF008MR12E2G3 | 半橋 | 1200 | 160 | 8.1 | Pcore 2 E2B | 數(shù)據(jù)中心UPS, 充電樁 |
BMF080R12RA3 | 半橋 | 1200 | 80 | 15 | 34mm | 逆變焊機, 感應(yīng)加熱 |
BMF160R12RA3 | 半橋 | 1200 | 160 | 7.5 | 34mm | 逆變焊機, 感應(yīng)加熱 |
BMF180R12KA3 | 半橋 | 1200 | 180 | 7.0 | 62mm | 儲能, 光伏逆變器 |
BMF360R12KA3 | 半橋 | 1200 | 360 | 3.7 | 62mm | 儲能, 光伏逆變器 |
BMF540R12KA3 | 半橋 | 1200 | 540 | 2.5 | 62mm | 儲能, 光伏逆變器 |
BMS065MR12EP2CA2 | 三相全橋 | 1200 | 25 | 65 | Pcore 12 EP2 | 空調(diào)熱泵 |
注:額定電流為特定溫度下的值,具體請參考規(guī)格書。 |
第四部分:汽車級全碳化硅功率模塊——賦能電動出行
汽車應(yīng)用對功率半導(dǎo)體的要求是所有領(lǐng)域中最為嚴(yán)苛的。它不僅要求極致的性能(效率、功率密度),更對可靠性提出了“零失效”的期望。汽車級模塊必須在寬溫度范圍(-40°C至175°C)、劇烈振動和頻繁功率循環(huán)的惡劣工況下,保持?jǐn)?shù)萬小時的穩(wěn)定工作。基本半導(dǎo)體的汽車級模塊正是為滿足這些極端要求而設(shè)計的 。
先進制造與可靠性技術(shù)
基本半導(dǎo)體的汽車級模塊采用了行業(yè)最前沿的封裝技術(shù),以確保其在電動汽車主逆變器等核心應(yīng)用中的卓越性能和可靠性。
有壓型銀燒結(jié)(Silver Sintering)工藝:這是替代傳統(tǒng)焊料的先進芯片貼裝技術(shù)。銀燒結(jié)層的熔點遠(yuǎn)高于焊料(>900°C vs. <300°C),具有更優(yōu)的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。最關(guān)鍵的是,其機械性能在經(jīng)歷電動汽車典型的劇烈溫度波動和功率循環(huán)時表現(xiàn)得更為穩(wěn)定,極大地提升了模塊的抗疲勞能力和使用壽命 。 ?
高性能銅線鍵合:與傳統(tǒng)的鋁線鍵合相比,銅線具有更低的電阻率和更高的機械強度及抗疲勞性,能夠承載更大的電流密度,并更好地耐受熱機械應(yīng)力,是提升大電流模塊可靠性的關(guān)鍵 。
Pin-Fin結(jié)構(gòu)直接水冷:為了應(yīng)對主逆變器極高的散熱需求,模塊基板集成了Pin-Fin(鰭片針腳)結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計極大地增加了散熱表面積,使冷卻液可以直接、高效地帶走芯片產(chǎn)生的熱量。這帶來了極低的熱阻,使得模塊在緊湊的體積內(nèi)能夠持續(xù)輸出更高的功率 。
汽車級模塊平臺分析
基本半導(dǎo)體針對不同的汽車應(yīng)用需求,推出了多個Pcore?系列模塊平臺。
Pcore?6 HPD(高功率密度)模塊:這是為高性能主驅(qū)逆變器設(shè)計的旗艦平臺。通過并聯(lián)6顆或8顆SiC MOSFET芯片,實現(xiàn)了極低的導(dǎo)通電阻(如1.3 mΩ)和強大的電流處理能力(高達(dá)800A)。結(jié)合Pin-Fin直冷技術(shù),它能在緊湊的空間內(nèi)為電動汽車提供澎湃的動力輸出 。
Pcore?2 DCM 模塊:同樣是面向主驅(qū)逆變器的高電流密度模塊,采用了先進的銀燒結(jié)和直冷技術(shù)。它可能針對不同的功率等級或客戶的特定結(jié)構(gòu)需求,提供了另一種高集成度的選擇 。
Pcore?1 TPAK 模塊:這是一款單開關(guān)(Single Switch)模塊,其核心優(yōu)勢在于設(shè)計的“靈活性”。汽車制造商可以根據(jù)不同車型(如經(jīng)濟型、性能型)的功率需求,通過并聯(lián)不同數(shù)量的TPAK模塊來靈活構(gòu)建逆變器。這種模塊化的“積木式”設(shè)計,有助于實現(xiàn)平臺化開發(fā),降低研發(fā)和庫存成本 。
表4.1:汽車級SiC模塊關(guān)鍵規(guī)格
型號 | 平臺 | 額定電壓 Vmax? (V) | 額定電流 ID? (A) | 導(dǎo)通電阻 RDS(on)? (mΩ) @ 25°C | 每開關(guān)芯片數(shù) | 核心技術(shù) |
---|---|---|---|---|---|---|
BMS700R08HWC4 B01 | Pcore?6 | 750 | 700 | 1.3 | 6 | 銀燒結(jié), Pin-Fin直冷 |
BMS600R12HWC4 B01 | Pcore?6 | 1200 | 600 | 1.8 | 6 | 銀燒結(jié), Pin-Fin直冷 |
BMS800R12HWC4 B02 | Pcore?6 | 1200 | 800 | 1.3 | 8 | 銀燒結(jié), Pin-Fin直冷 |
BMF920R08FA3 | Pcore?2 | 750 | 920 | 1.7 | 8 | 銀燒結(jié), Pin-Fin直冷 |
BMF720R12FA3 | Pcore?2 | 1200 | 720 | 3.0 | 8 | 銀燒結(jié), Pin-Fin直冷 |
BMZ250R08TC4 | Pcore?1 | 750 | 250 | 4.0 | - | 銀燒結(jié) |
BMZ200R12TC4 | Pcore?1 | 1200 | 200 | 5.5 | - | 銀燒結(jié) |
注:表中參數(shù)根據(jù)手冊數(shù)據(jù)整理。 |
第五部分:裸片與晶圓服務(wù)——核心技術(shù)的開放與合作
除了提供標(biāo)準(zhǔn)化的封裝器件和模塊,基本半導(dǎo)體還提供碳化硅二極管和MOSFET的裸片(Die)與晶圓(Wafer)服務(wù) 。這項業(yè)務(wù)的推出,具有重要的戰(zhàn)略意義。
服務(wù)概述與戰(zhàn)略意涵
該服務(wù)主要面向擁有世界級封裝與模塊制造能力的大型企業(yè)或戰(zhàn)略合作伙伴。這些客戶可能希望基于自身獨特的封裝技術(shù)或系統(tǒng)集成需求,開發(fā)定制化的功率模塊。通過提供經(jīng)過驗證的高品質(zhì)裸片,基本半導(dǎo)體能夠?qū)⒆约旱暮诵?a target="_blank">芯片技術(shù)嵌入到更廣泛的供應(yīng)鏈和終端產(chǎn)品中。
這表明基本半導(dǎo)體的制造工藝已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的成熟度和良率水平,使其有能力和信心向市場直接供應(yīng)最核心的半導(dǎo)體芯片。這種商業(yè)模式使其能夠滲透到價值鏈的多個層面,不僅僅是作為器件供應(yīng)商,更是作為基礎(chǔ)技術(shù)的提供者,從而擴大其市場影響力和收入來源。
表5.1:碳化硅二極管晶圓/裸片選型
裸片型號 | 額定電壓 VRRM? (V) | 額定電流 IF? (A) | 正向壓降 VF? @ 25°C (V) |
---|---|---|---|
BD3D04E065S2 | 650 | 4 | 1.37 |
BD3D10E065S2 | 650 | 10 | 1.36 |
BD3D10E120S2 | 1200 | 10 | 1.40 |
BD3D20E120S2 | 1200 | 20 | 1.36 |
BD3D40E200S2 | 2000 | 40 | 1.47 |
導(dǎo)出到 Google 表格
表5.2:碳化硅MOSFET晶圓/裸片選型
裸片型號 | 額定電壓 VDSS? (V) | 導(dǎo)通電阻 RDS(on)? (mΩ) @ 25°C |
---|---|---|
BD2M160A120S | 1200 | 160 |
BD2M080A120S | 1200 | 80 |
BD2M040A120S | 1200 | 40 |
BD2M600A170S | 1700 | 600 |
注:上表為節(jié)選,完整列表請參考原始手冊。 |
第六部分:結(jié)論與戰(zhàn)略選型框架
產(chǎn)品組合優(yōu)勢總結(jié)
通過對基本半導(dǎo)體產(chǎn)品組合的系統(tǒng)性分析,可以總結(jié)出其多項關(guān)鍵優(yōu)勢:
生態(tài)系統(tǒng)完整性:通過提供從核心SiC功率器件到專用門極驅(qū)動芯片和配套電源方案的“一攬子”產(chǎn)品,顯著降低了客戶的設(shè)計復(fù)雜度和風(fēng)險,構(gòu)建了強大的客戶粘性。
分立器件廣度:其分立器件產(chǎn)品線覆蓋了從二極管到MOSFET,再到混合器件的多種技術(shù)路線,并提供了豐富的電壓、電流和封裝選項,能夠滿足從消費電子到大功率工業(yè)設(shè)備的廣泛需求,體現(xiàn)了其“一站式供應(yīng)”的戰(zhàn)略意圖。
模塊化方案的專業(yè)性:針對工業(yè)和汽車兩大市場,提供了基于先進封裝技術(shù)的、高度可靠的功率模塊。無論是針對特定應(yīng)用(如34mm用于高頻焊機)還是通用平臺(如62mm工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模塊),都展現(xiàn)了對細(xì)分市場需求的深刻洞察。
汽車級的技術(shù)引領(lǐng):在要求最為嚴(yán)苛的汽車領(lǐng)域,率先采用銀燒結(jié)、Pin-Fin直冷等尖端技術(shù),彰顯了其在高端制造和可靠性工程方面的技術(shù)實力。
戰(zhàn)略深圳市傾佳電子有限公司(簡稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動者:
傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務(wù)聚焦三大方向:
新能源:覆蓋光伏、儲能、充電基礎(chǔ)設(shè)施;
交通電動化:服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機)及高壓平臺升級;
數(shù)字化轉(zhuǎn)型:支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。
公司以“推動國產(chǎn)SiC替代進口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國家“雙碳”政策(碳達(dá)峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。
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為了幫助工程師在復(fù)雜的應(yīng)用需求中快速導(dǎo)航至最合適的產(chǎn)品系列,以下提供一個決策框架:
明確應(yīng)用領(lǐng)域與功率等級:
低功率(< 5kW),高頻,SMD需求(如服務(wù)器電源、PD快充):從**分立SiC MOSFET(第二部分)**的TOLL/TOLT等表面貼裝封裝入手。
中功率(5kW - 50kW),成本敏感(如UPS):評估**混合SiC器件(第二部分)與分立SiC MOSFET(第二部分)**的成本效益。
大功率工業(yè)應(yīng)用(> 50kW)(如儲能、光伏、工業(yè)傳動):直接進入工業(yè)級功率模塊(第三部分),根據(jù)封裝尺寸(34mm, 62mm)和電流需求進行選擇。
汽車主驅(qū)逆變器:專注于汽車級功率模塊(第四部分),根據(jù)功率需求和設(shè)計靈活性選擇Pcore?6, Pcore?2或Pcore?1平臺。
確定關(guān)鍵電氣參數(shù):
系統(tǒng)總線電壓 -> 器件/模塊額定電壓(留足80%降額裕量)。
負(fù)載電流 -> 器件/模塊額定電流(考慮散熱條件下的降額)。
效率與頻率目標(biāo) -> RDS(on)? 與開關(guān)損耗參數(shù)(Qg?, Eon?, Eoff?)。
考慮集成與支持:
在選擇了主功率器件后,強烈建議評估門極驅(qū)動芯片和驅(qū)動電源方案,以構(gòu)建一個經(jīng)過驗證的、性能最優(yōu)的系統(tǒng)。
決策流程示例:
需求:開發(fā)一款250kW的電動汽車主驅(qū)逆變器,采用800V電池平臺。
路徑:汽車應(yīng)用 -> 汽車級功率模塊(第四部分) -> 電壓需求 > 800V,選擇1200V平臺 -> 功率等級250kW,要求高功率密度和直冷 -> 評估Pcore?6 HPD系列的BMS800R12HWC4 B02(1.3 mΩ, 800A)或Pcore?2 DCM系列的BMF720R12FA3(3.0 mΩ, 720A)。
需求:設(shè)計一臺50kHz、30kW的逆變焊機。
路徑:工業(yè)應(yīng)用 -> 高頻需求 -> 評估工業(yè)級功率模塊(第三部分) -> 專為高頻優(yōu)化的34mm模塊是首選 -> 根據(jù)電流需求選擇BMF080R12RA3(80A)或BMF160R12RA3(160A)。
最終建議
基本半導(dǎo)體的產(chǎn)品組合為現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)的設(shè)計者提供了強大而全面的工具箱。為了最大化系統(tǒng)性能并加速開發(fā)進程,建議設(shè)計者采取一種整體性的視角,不僅關(guān)注單個功率器件的選型,更要充分利用其在驅(qū)動和電源方案上提供的協(xié)同優(yōu)勢。通過這種方式,可以更可靠、更高效地將碳化硅技術(shù)的潛力轉(zhuǎn)化為市場領(lǐng)先的產(chǎn)品競爭力。
審核編輯 黃宇
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半導(dǎo)體
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