Laporan riset pasar Yole Development menunjukkan bahwa sejak lahirnya perangkat semikonduktor daya silikon, tuntutan aplikasi telah mendorong suhu sambungan meningkat, yang kini telah mencapai 150°C.

Dengan munculnya perangkat semikonduktor celah pita lebar generasi ketiga (seperti SiC) dan kematangan serta komersialisasi penuhnya yang semakin meningkat, ketahanan suhu tinggi yang unik mempercepat peningkatan suhu sambungan dari 150°C saat ini menjadi 175°C, dan akan memasuki 200°C di masa mendatang.

Dengan karakteristik suhu tinggi yang unik dan keunggulan kerugian switching yang rendah dari SiC, tren peningkatan suhu sambungan ini akan sangat mengubah pola desain sistem tenaga. Aplikasi suhu tinggi dan kepadatan daya tinggi yang berorientasi masa depan ini mencakup sistem penggerak kendaraan listrik yang terintegrasi secara mendalam, pesawat multi-listrik dan pesawat listrik sepenuhnya, bahkan pesawat listrik, stasiun pengisian daya penyimpanan energi bergerak dan bank daya, serta berbagai aplikasi daya di mana pendinginan cairan sangat terbatas.

Sistem penggerak kendaraan listrik (motor, kontrol elektronik, dan transmisi) telah bergerak menuju tiga-dalam-satu, tetapi saat ini hanya tersusun secara struktural dan terintegrasi secara lemah. Secara struktural, di masa depan, integrasi mendalam dari sistem penggerak merupakan jalan yang tak terhindarkan, karena hal ini dapat mengurangi volume sekitar sepertiga, berat sekitar sepertiga, dan konsumsi internal sekitar sepertiga, serta dapat mengurangi total biaya hingga 2 sampai 4 kali lipat.

Namun, bagian kontrol elektronik akan terintegrasi erat dengan motor, dan integrasi yang mendalam akan sangat meningkatkan kepadatan daya. Suhu tinggi adalah tantangan terbesar yang tidak dapat dihindari.

Aplikasi suhu tinggi yang umum

Pada pesawat terbang tradisional, gerakan mekanis seperti kemudi ekor, sayap, dan roda pendaratan dikendalikan oleh transmisi hidrolik klasik. Sebagai cairan, oli hidrolik sangat terpengaruh oleh lingkungan dan memiliki biaya perawatan yang tinggi. Saat ini, terdapat tren menuju elektrifikasi sebagian atau seluruhnya, yang merupakan konsep pesawat multi-listrik dan pesawat serba listrik.

Penggunaan motor listrik sebagai pengganti sirkuit oli hidrolik pada pesawat untuk mencapai pengoperasian mekanis memiliki keandalan tinggi, kemudahan perawatan yang kuat, dan memfasilitasi desain cadangan redundan. Namun, dilema terbesar adalah bahwa motor dan kontrol elektronik pada pesawat tidak diperbolehkan dilengkapi dengan pendingin air, dan hanya dapat mengandalkan pendinginan udara paksa dan pendinginan alami. Oleh karena itu, untuk mewujudkan desain kontrol elektronik pesawat multi-listrik atau pesawat listrik sepenuhnya, atau bahkan pesawat listrik murni, masalah teknis utama yang perlu dipecahkan terlebih dahulu adalah suhu tinggi.

Selain itu, dalam banyak skenario aplikasi, stasiun pengisian daya penyimpanan energi semi-mobile dan power bank mobile sepenuhnya akan secara efektif mengisi celah pengisian daya tetap, terutama dengan semakin populernya kendaraan listrik, hal ini akan menjadi semakin jelas.

Namun, untuk aplikasi pengisian daya seluler jenis ini, mekanisme pendinginan air tidak hanya akan menambah berat dan volume, tetapi yang lebih penting, akan mengonsumsi energi listrik yang tersimpan di dalamnya. Oleh karena itu, pendinginan alami akan menjadi cara terbaik untuk kontrol elektronik, tetapi masalah manajemen termal sistem kontrol elektronik harus ditangani dengan benar.

Selain tiga aplikasi suhu tinggi umum di atas, dalam banyak aplikasi industri khusus di mana pendinginan cairan sangat terbatas, sistem kontrol elektronik akan menghadapi tantangan suhu tinggi yang sama. Teknologi kontrol listrik suhu tinggi adalah kunci untuk mewujudkan aplikasi suhu tinggi di atas. Teknologi implementasi intinya adalah teknologi pengemasan suhu tinggi perangkat daya SiC dan teknologi sirkuit penggerak suhu tinggi yang sesuai.

“Jenius” SiC

Material SiC dan struktur perangkatnya memiliki ketahanan suhu tinggi yang melekat, dan bahkan dapat menahan suhu 400 hingga 600°C dalam kondisi vakum. Dalam aplikasi praktis, untuk mencegah oksidasi yang disebabkan oleh kontak dengan udara, perangkat SiC harus dikemas, dan jika harus tahan terhadap suhu tinggi, perangkat tersebut harus dikemas dalam kemasan tahan suhu tinggi.

Suhu sambungan 150°C saat ini merupakan standar tertinggi di industri. Tingkat suhu sambungan 175°C baru mulai terungkap. Terdapat kemasan semi-standar yang dapat digunakan. Kemasan dengan suhu 200°C atau lebih tinggi memiliki persyaratan yang sangat ketat pada material dan proses pengemasan, dan harus disesuaikan dengan karakteristik chip telanjang untuk memastikan konduktivitas termal dan persyaratan kinerja pembuangan panas.

Penerapan perangkat dan modul daya SiC tidak dapat dipisahkan dari sirkuit penggerak dan chip terkaitnya. Namun, sebagian besar chip sirkuit penggerak adalah perangkat silikon biasa dan tidak dapat tahan terhadap suhu tinggi. Jika pun dapat bekerja pada suhu tinggi seperti 175°C selama 1,000 jam, itu sudah sangat jarang.

Selain itu, ketahanan terhadap suhu tinggi hanyalah salah satu aspek dari masalah tersebut. Yang lebih serius adalah konsistensi kinerja perangkat pada suhu tinggi. Kinerja perangkat silikon biasa melemah sangat cepat di atas 70°C, sehingga tidak dapat digunakan pada suhu tinggi.

Setelah lebih dari 20 tahun penelitian dan pengembangan inovatif serta pengujian aplikasi, perangkat silikon khusus SOI Cissoid telah mencapai ketahanan suhu tinggi yang luar biasa. Perangkat ini dapat beroperasi terus menerus selama 15 tahun pada suhu 175°C, dan memiliki konsistensi kinerja yang sangat baik di seluruh rentang suhu. Perangkat ini merupakan pilar yang mendukung aplikasi SiC suhu tinggi.

Mengatasi dilema “suhu”

Teknologi semikonduktor silikon khusus berbasis SOI dari Cissoid secara komprehensif mengatasi dilema suhu pada perangkat semikonduktor silikon dan secara jelas menghindari pengaruh efek pembawa suhu (konsentrasi pembawa intrinsik meningkat seiring peningkatan suhu) dan efek suhu sambungan (penghalang sambungan efektif menurun seiring peningkatan suhu) pada perangkat silikon. Teknologi ini tidak hanya mampu menahan suhu tinggi dan beroperasi dalam waktu lama, tetapi juga dapat mempertahankan konsistensi kinerja yang baik di seluruh rentang suhu.

Sebagai hasilnya, perangkat semikonduktor suhu tinggi Cissoid telah lama menjadi pilihan utama di bidang kedirgantaraan dan eksplorasi minyak, dan memiliki sejarah serta pengalaman aplikasi suhu tinggi selama hampir 20 tahun.

Dalam beberapa tahun terakhir, seiring dengan popularitas perangkat daya semikonduktor SiC generasi ketiga, Cissoid telah mengembangkan chip penggerak dan solusi tahan suhu tinggi untuk MOSFET SiC. Ketahanan suhu tinggi yang unik ini memungkinkan chip ditempatkan sedekat mungkin dengan modul daya SiC untuk meminimalkan induktansi parasitik dari rangkaian penggerak, sehingga lebih efektif menekan osilasi dan mencapai efisiensi optimal.

Baru-baru ini, untuk aplikasi penggerak listrik daya pada kendaraan listrik dan pesawat terbang serba listrik/multi-listrik, Cissoid juga meluncurkan sistem modul daya cerdas (IPM) MOSFET SiC 1200V jembatan penuh tiga fase, yang merupakan seri platform yang dapat diskalakan. Sistem ini memanfaatkan teknologi kehilangan switching rendah untuk menyediakan solusi terintegrasi, yaitu IPM.

IPM terdiri dari rangkaian penggerak gerbang dan modul daya silikon karbida tiga fasa. Kerja sama antara keduanya telah dioptimalkan dan dikoordinasikan untuk memanfaatkan sepenuhnya keunggulan perangkat SiC.

Modul CXT-PLA3SA12450AA yang diproduksi saat ini memiliki suhu sambungan terukur hingga 175°C, dan sirkuit penggerak gerbang dapat beroperasi di lingkungan hingga 125°C. Selain itu, sesuai dengan kondisi dan skenario aplikasi yang dibutuhkan, tingkat suhu operasi dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan mengganti komponen pasif tingkat tinggi dan pengemasan chip dan modul utama.

Sejak awal kemunculan perangkat semikonduktor silikon, aplikasi suhu tinggi telah menjadi kunci penerapannya.

Teknologi chip silikon SOI khusus yang inovatif dari Cissoid telah memimpin dalam mencapai terobosan besar di bidang perangkat diskrit semikonduktor suhu tinggi dan sirkuit terpadu skala kecil.

Seiring dengan semakin matangnya dan populernya semikonduktor generasi ketiga seperti perangkat semikonduktor daya SiC, ketahanan suhu tinggi yang melekat pada semikonduktor tersebut dan perangkat semikonduktor suhu tinggi Cissoid membentuk kecocokan yang sangat baik, yang akan sangat mengubah pola desain sistem daya dan memberikan ruang ekspansi baru bagi para insinyur desain.

Catatan: Artikel ini direproduksi dari internet dan mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber dan penulis asli saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Nomor telepon perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/FAX: +86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li

QQ: 332496225 Manajer Qiu

Alamat: Ruang 809, Gedung C, Gedung Teknologi Zhantao, No. 1079 Jalan Minzhi, Distrik Baru Longhua, Shenzhen