Uit het marktonderzoeksrapport van Yole Development blijkt dat sinds de introductie van siliciumvermogenshalfgeleiders de toepassingseisen de junctietemperatuur steeds verder hebben doen stijgen, tot een waarde van inmiddels 150 °C.

Met de opkomst van halfgeleiders met een brede bandgap van de derde generatie (zoals SiC) en hun toenemende volwassenheid en volledige commercialisering, zorgt hun unieke hoge-temperatuurbestendigheid ervoor dat de junctietemperatuur stijgt van de huidige 150 °C naar 175 °C, en in de toekomst zelfs 200 °C zal bereiken.

Met de unieke eigenschappen van SiC bij hoge temperaturen en de lage schakelverliezen zal deze trend van stijgende junctietemperaturen het ontwerp van energiesystemen ingrijpend veranderen. Typische, toekomstgerichte toepassingen met hoge temperaturen en een hoge vermogensdichtheid omvatten onder andere diep geïntegreerde aandrijflijnen voor elektrische voertuigen, multi-elektrische en volledig elektrische vliegtuigen, mobiele energieopslaglaadstations en powerbanks, en diverse energietoepassingen waar vloeistofkoeling zeer beperkt is.

De aandrijflijn van elektrische voertuigen (motor, elektronische besturing en versnellingsbak) is geëvolueerd naar een drie-in-één-systeem, maar momenteel is de structuur ervan slechts gedeeltelijk op elkaar gestapeld en is de integratie zwak. Structureel gezien is een diepe integratie van de aandrijflijn in de toekomst onvermijdelijk, omdat dit het volume, het gewicht en het interne verbruik met ongeveer een derde kan verminderen en de totale kosten met een factor 2 tot 4 kan verlagen.

Het elektronische besturingsgedeelte zal echter nauw geïntegreerd zijn met de motor, en deze diepe integratie zal de vermogensdichtheid aanzienlijk verhogen. Hoge temperaturen vormen de grootste uitdaging die niet te vermijden is.

Typische toepassingen bij hoge temperaturen

In traditionele vliegtuigen worden mechanische bewegingen zoals het staartroer, de vleugels en het landingsgestel aangestuurd door een klassieke hydraulische transmissie. Hydraulische olie is een vloeistof en daardoor sterk beïnvloed door de omgeving, wat hoge onderhoudskosten met zich meebrengt. Momenteel is er een trend naar gedeeltelijke of volledige elektrificatie, wat resulteert in multi-elektrische en volledig elektrische vliegtuigen.

Het gebruik van elektromotoren in plaats van hydraulische oliecircuits in vliegtuigen voor mechanische aandrijving biedt een hoge betrouwbaarheid, goede onderhoudbaarheid en maakt een redundant back-upontwerp mogelijk. Het grootste probleem is echter dat de motoren en elektronische besturingen in vliegtuigen niet met water gekoeld mogen worden en alleen kunnen vertrouwen op geforceerde luchtkoeling en natuurlijke koeling. Daarom is het belangrijkste technische probleem dat eerst moet worden opgelost bij de realisatie van elektronische besturingen voor multi-elektrische of volledig elektrische vliegtuigen, of zelfs volledig elektrische vliegtuigen, de hoge temperatuur.

Daarnaast zullen semi-mobiele laadstations met energieopslag en volledig mobiele powerbanks in veel toepassingsscenario's de leemte van vaste laadpunten effectief opvullen, vooral met de grootschalige popularisering van elektrische voertuigen zal dit steeds duidelijker worden.

Voor dit type mobiele oplaadtoepassing brengt het waterkoelingsmechanisme echter niet alleen extra gewicht en volume met zich mee, maar belangrijker nog, het verbruikt de opgeslagen elektrische energie. Natuurlijke koeling is daarom de beste methode voor de elektronische besturing, maar het thermisch beheer van het elektronische besturingssysteem moet wel goed worden aangepakt.

Naast de drie bovengenoemde typische toepassingen bij hoge temperaturen, zullen elektronische besturingssystemen in veel speciale industriële toepassingen, waar vloeistofkoeling sterk beperkt is, met dezelfde uitdagingen op het gebied van hoge temperaturen te maken krijgen. Elektrische besturingssystemen voor hoge temperaturen zijn essentieel voor het realiseren van deze toepassingen. De kern van de implementatietechnologie is de technologie voor het verpakken van SiC-vermogenscomponenten voor hoge temperaturen en de bijbehorende technologie voor aansturingscircuits die geschikt zijn voor hoge temperaturen.

“Geniaal” SiC

SiC-materialen en hun apparaatstructuren hebben een inherente hoge temperatuurbestendigheid en kunnen zelfs temperaturen van 400 tot 600 °C onder vacuümomstandigheden weerstaan. In praktische toepassingen moeten SiC-componenten, om oxidatie door contact met lucht te voorkomen, worden verpakt. Als ze bestand moeten zijn tegen hoge temperaturen, moeten ze bovendien in hittebestendige behuizingen worden verpakt.

Een junctietemperatuur van 150 °C is momenteel de hoogste norm in de industrie. Het niveau van 175 °C voor junctietemperaturen begint zich pas recent te openbaren. Er zijn quasi-gestandaardiseerde behuizingen die gebruikt kunnen worden. Behuizingen met temperaturen van 200 °C of hoger stellen zeer strenge eisen aan verpakkingsmaterialen en -processen, en moeten worden aangepast aan de eigenschappen van de kale chip om te voldoen aan de eisen op het gebied van thermische geleidbaarheid en warmteafvoer.

De toepassing van SiC-vermogenscomponenten en -modules is onlosmakelijk verbonden met drivercircuits en de bijbehorende chips. De meeste drivercircuitchips zijn echter gewone siliciumcomponenten die niet bestand zijn tegen hoge temperaturen. Als ze al 1,000 uur lang bij temperaturen zoals 175 °C kunnen functioneren, is dat al een zeldzaamheid.

Bovendien is hoge temperatuurbestendigheid slechts één aspect van het probleem. Ernstiger is de consistentie van de prestaties van het apparaat bij hoge temperaturen. De prestaties van gewone siliciumcomponenten nemen boven de 70 °C zeer snel af, waardoor ze niet geschikt zijn voor gebruik bij hoge temperaturen.

Na meer dan 20 jaar innovatief onderzoek en ontwikkeling en toepassingstesten hebben de speciale SOI-siliciumcomponenten van Cissoid een uitstekende hoge-temperatuurbestendigheid bereikt. Ze kunnen 15 jaar lang continu functioneren bij 175 °C en behouden een uitstekende prestatieconsistentie over het gehele temperatuurbereik. Ze vormen de pijlers die SiC-toepassingen bij hoge temperaturen ondersteunen.

Doorbraak in het "temperatuur"-dilemma

De op SOI gebaseerde speciale siliciumhalfgeleidertechnologie van Cissoid doorbreekt de temperatuurproblematiek van siliciumhalfgeleidercomponenten en vermijdt duidelijk de invloed van het temperatuurafhankelijke ladingsdrager-effect (de intrinsieke ladingsdragerconcentratie neemt toe met de temperatuur) en het junctie-temperatuureffect (de effectieve junctiebarrière neemt af met de temperatuur) van siliciumcomponenten. De technologie is niet alleen bestand tegen hoge temperaturen en kan langdurig functioneren, maar behoudt ook een goede prestatieconsistentie over het gehele temperatuurbereik.

Het gevolg hiervan is dat de halfgeleidercomponenten voor hoge temperaturen van Cissoid al lange tijd de voorkeur genieten in de lucht- en ruimtevaart en de olie-exploratie, en dat het bedrijf al bijna 20 jaar ervaring heeft met toepassingen bij hoge temperaturen.

De afgelopen jaren, met de toenemende populariteit van SiC-vermogenscomponenten van de derde generatie, heeft Cissoid hittebestendige driverchips en oplossingen voor SiC-MOSFET's ontwikkeld. Deze unieke hittebestendigheid maakt het mogelijk om de chip zo dicht mogelijk bij de SiC-vermogensmodule te plaatsen, waardoor de parasitaire inductantie van het aansturingscircuit wordt geminimaliseerd. Dit leidt tot een effectievere onderdrukking van rimpelingen en een optimaal rendement.

Onlangs heeft Cissoid voor elektrische aandrijftoepassingen in elektrische voertuigen en volledig elektrische/multi-elektrische vliegtuigen ook een driefasig volbrugsysteem met 1200V SiC MOSFET's gelanceerd, een intelligente vermogensmodule (IPM). Dit systeem is een schaalbare platformserie en maakt gebruik van technologie met lage schakelverliezen om een ​​geïntegreerde oplossing te bieden, namelijk de IPM.

IPM bestaat uit een gate-aansturingscircuit en een driefasige siliciumcarbide-vermogensmodule. De samenwerking tussen beide is geoptimaliseerd en gecoördineerd om de voordelen van SiC-componenten volledig te benutten.

De momenteel geproduceerde CXT-PLA3SA12450AA-module heeft een nominale junctietemperatuur tot 175 °C, en het gate-aansturingscircuit kan werken in een omgeving tot 125 °C. Bovendien kan, afhankelijk van de toepassingsomstandigheden en -scenario's, de bedrijfstemperatuur verder worden verbeterd door hoogwaardigere passieve componenten en de behuizing van de hoofdchips en modules aan te passen.

Sinds de introductie van siliciumhalfgeleiders zijn toepassingen bij hoge temperaturen cruciaal geweest voor hun succes.

Cissoid's innovatieve speciale SOI-siliciumchiptechnologie heeft een voortrekkersrol gespeeld bij het realiseren van belangrijke doorbraken in halfgeleidercomponenten voor hoge temperaturen en kleinschalige geïntegreerde schakelingen.

Naarmate halfgeleiders van de derde generatie, zoals SiC-vermogenshalfgeleiders, steeds volwassener en populairder worden, vormen hun inherente hoge-temperatuurbestendigheid en de hoge-temperatuurbestendigheid van Cissoid-halfgeleiders een zeer goede combinatie. Dit zal het ontwerp van energiesystemen ingrijpend veranderen en ontwerpers nieuwe mogelijkheden bieden.

Let op: Dit artikel is afkomstig van internet en ondersteunt de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.

Telefoonnummer van het bedrijf: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li

Vraag: 332496225 Manager Qiu

Adres: Kamer 809, Gebouw C, Zhantao Technologiegebouw, Minzhilaan 1079, Longhua Nieuw District, Shenzhen