รายงานการวิจัยตลาดของ Yole Development แสดงให้เห็นว่า นับตั้งแต่การกำเนิดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าซิลิคอน ความต้องการใช้งานต่างๆ ได้ผลักดันให้อุณหภูมิรอยต่อเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ 150°C

ด้วยการเกิดขึ้นของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบแถบพลังงานกว้างรุ่นที่สาม (เช่น SiC) และความก้าวหน้าและการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างเต็มรูปแบบ คุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูงที่เป็นเอกลักษณ์ของอุปกรณ์เหล่านี้กำลังเร่งให้อุณหภูมิรอยต่อเพิ่มขึ้นจาก 150°C ในปัจจุบันเป็น 175°C และจะสูงถึง 200°C ในอนาคต

ด้วยคุณสมบัติเฉพาะตัวด้านอุณหภูมิสูงและข้อดีของการสูญเสียการสวิตช์ต่ำของ SiC แนวโน้มของอุณหภูมิรอยต่อที่เพิ่มขึ้นนี้จะเปลี่ยนแปลงรูปแบบการออกแบบระบบพลังงานอย่างมาก ตัวอย่างการใช้งานในอนาคตที่ต้องการอุณหภูมิสูงและความหนาแน่นของกำลังสูง ได้แก่ ระบบขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าแบบบูรณาการอย่างลึกซึ้ง เครื่องบินไฟฟ้าหลายระบบและเครื่องบินไฟฟ้าทั้งหมด รวมถึงเครื่องบินไฟฟ้า สถานีชาร์จพลังงานเคลื่อนที่และพาวเวอร์แบงค์ และการใช้งานด้านพลังงานต่างๆ ที่การระบายความร้อนด้วยของเหลวมีข้อจำกัดอย่างมาก

ระบบขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้า (มอเตอร์ ระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ และเกียร์) ได้พัฒนาไปสู่ระบบสามในหนึ่งเดียวแล้ว แต่ในปัจจุบันยังคงเป็นการจัดวางโครงสร้างซ้อนกันอยู่ และยังมีการบูรณาการที่ไม่แข็งแกร่งนัก ในแง่ของโครงสร้าง ในอนาคต การบูรณาการระบบขับเคลื่อนอย่างลึกซึ้งเป็นเส้นทางที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เพราะอาจช่วยลดปริมาตร น้ำหนัก และการใช้พลังงานภายในลงได้ประมาณหนึ่งในสาม และอาจลดต้นทุนโดยรวมลงได้ 2 ถึง 4 เท่า

อย่างไรก็ตาม ส่วนควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จะถูกรวมเข้ากับมอเตอร์อย่างใกล้ชิด และการรวมเข้าด้วยกันอย่างลึกซึ้งจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าได้อย่างมาก อุณหภูมิสูงเป็นความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้

การใช้งานทั่วไปที่อุณหภูมิสูง

ในเครื่องบินแบบดั้งเดิม การเคลื่อนไหวทางกล เช่น หางเสือ ปีก และล้อลงจอด จะถูกควบคุมด้วยระบบส่งกำลังไฮดรอลิกแบบคลาสสิก ซึ่งน้ำมันไฮดรอลิกเป็นของเหลว จึงได้รับผลกระทบจากสิ่งแวดล้อมอย่างมากและมีค่าบำรุงรักษาสูง ปัจจุบัน มีแนวโน้มไปสู่การใช้ระบบไฟฟ้าบางส่วนหรือทั้งหมด ซึ่งเป็นแนวคิดของเครื่องบินไฟฟ้าแบบผสมผสานและเครื่องบินไฟฟ้าทั้งหมด

การใช้มอเตอร์ไฟฟ้าแทนวงจรน้ำมันไฮดรอลิกในเครื่องบินเพื่อการทำงานเชิงกลนั้นมีความน่าเชื่อถือสูง บำรุงรักษาง่าย และเอื้อต่อการออกแบบระบบสำรอง อย่างไรก็ตาม ปัญหาใหญ่ที่สุดคือ มอเตอร์และระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ในเครื่องบินไม่สามารถติดตั้งระบบระบายความร้อนด้วยน้ำได้ และต้องอาศัยการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับและการระบายความร้อนตามธรรมชาติเท่านั้น ดังนั้น ในการออกแบบระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องบินไฟฟ้าหลายส่วน เครื่องบินไฟฟ้าทั้งหมด หรือแม้แต่เครื่องบินไฟฟ้า ปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่ต้องแก้ไขก่อนเป็นอันดับแรกคือ อุณหภูมิสูง

นอกจากนี้ ในสถานการณ์การใช้งานหลายๆ อย่าง สถานีชาร์จพลังงานแบบกึ่งเคลื่อนที่และพาวเวอร์แบงค์แบบเคลื่อนที่ได้เต็มรูปแบบจะเข้ามาเติมเต็มช่องว่างของการชาร์จแบบอยู่กับที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรถยนต์ไฟฟ้าแพร่หลายมากขึ้น สิ่งนี้จะยิ่งเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานชาร์จมือถือประเภทนี้ กลไกการระบายความร้อนด้วยน้ำจะไม่เพียงแต่เพิ่มน้ำหนักและปริมาตรเท่านั้น แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือมันจะใช้พลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ ดังนั้น การระบายความร้อนด้วยวิธีธรรมชาติจึงเป็นวิธีที่ดีที่สุดสำหรับการควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์ แต่ปัญหาการจัดการความร้อนของระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จะต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม

นอกเหนือจากแอปพลิเคชันอุณหภูมิสูงทั่วไปทั้งสามข้างต้นแล้ว ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมพิเศษหลายประเภทที่การระบายความร้อนด้วยของเหลวมีข้อจำกัดอย่างมาก ระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ก็จะต้องเผชิญกับความท้าทายด้านอุณหภูมิสูงเช่นเดียวกัน เทคโนโลยีควบคุมไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้แอปพลิเคชันอุณหภูมิสูงดังกล่าวเป็นจริงได้ เทคโนโลยีหลักในการนำไปใช้คือเทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้า SiC ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและเทคโนโลยีวงจรขับเคลื่อนที่ทนต่ออุณหภูมิสูงที่เหมาะสม

“อัจฉริยะ” SiC

วัสดุ SiC และโครงสร้างอุปกรณ์ที่ทำจาก SiC มีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูงโดยธรรมชาติ และสามารถทนต่ออุณหภูมิได้ถึง 400 ถึง 600 องศาเซลเซียสภายใต้สภาวะสุญญากาศ ในการใช้งานจริง เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่เกิดจากการสัมผัสกับอากาศ อุปกรณ์ SiC ต้องได้รับการบรรจุห่อ และหากต้องการให้ทนต่ออุณหภูมิสูง ก็ต้องบรรจุในบรรจุภัณฑ์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงด้วย

อุณหภูมิรอยต่อ 150°C ถือเป็นมาตรฐานสูงสุดในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ส่วนอุณหภูมิรอยต่อ 175°C เพิ่งเริ่มมีการใช้งาน และมีแพ็คเกจกึ่งมาตรฐานที่สามารถนำมาใช้ได้แล้ว แพ็คเกจที่มีอุณหภูมิ 200°C หรือสูงกว่านั้น มีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากเกี่ยวกับวัสดุและกระบวนการบรรจุ และต้องปรับแต่งให้เหมาะสมกับลักษณะของชิปเปล่า เพื่อให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพการนำความร้อนและการระบายความร้อนตามข้อกำหนด

การใช้งานอุปกรณ์และโมดูลกำลังไฟฟ้า SiC นั้นแยกไม่ออกจากการทำงานของวงจรขับและชิปที่เกี่ยวข้อง อย่างไรก็ตาม ชิปวงจรขับส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ซิลิคอนธรรมดาและไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ หากสามารถทำงานที่อุณหภูมิสูง เช่น 175°C ได้นานถึง 1,000 ชั่วโมง ก็ถือว่าหายากแล้ว

นอกจากนี้ ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงเป็นเพียงแง่มุมหนึ่งของปัญหาเท่านั้น สิ่งที่ร้ายแรงกว่านั้นคือความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์ที่อุณหภูมิสูง ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ซิลิคอนทั่วไปจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 70°C ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้

หลังจากผ่านการวิจัยและพัฒนาเชิงนวัตกรรมและการทดสอบการใช้งานมากว่า 20 ปี อุปกรณ์ซิลิคอนพิเศษ SOI ของ Cissoid ได้แสดงให้เห็นถึงความทนทานต่ออุณหภูมิสูงอย่างโดดเด่น สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องนานถึง 15 ปีที่อุณหภูมิ 175°C และมีประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอดีเยี่ยมตลอดช่วงอุณหภูมิทั้งหมด อุปกรณ์เหล่านี้เป็นเสาหลักที่สนับสนุนการใช้งาน SiC ในอุณหภูมิสูง

ก้าวข้ามภาวะกลืนไม่เข้าคายไม่ออกเรื่อง “อุณหภูมิ”

เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนพิเศษแบบ SOI ของ Cissoid ได้ก้าวข้ามข้อจำกัดด้านอุณหภูมิของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนอย่างสิ้นเชิง และหลีกเลี่ยงผลกระทบจากปรากฏการณ์อุณหภูมิของตัวนำ (ความเข้มข้นของตัวนำภายในเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น) และปรากฏการณ์อุณหภูมิของรอยต่อ (ค่าคงที่ของรอยต่อลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น) ของอุปกรณ์ซิลิคอนได้อย่างชัดเจน ไม่เพียงแต่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและใช้งานได้เป็นเวลานานเท่านั้น แต่ยังสามารถรักษาประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอได้ดีตลอดช่วงอุณหภูมิทั้งหมดอีกด้วย

ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทนความร้อนสูงของ Cissoid จึงได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการสำรวจน้ำมันมาอย่างยาวนาน และมีประวัติและประสบการณ์การใช้งานในอุณหภูมิสูงมาเกือบ 20 ปี

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความนิยมของอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าเซมิคอนดักเตอร์ SiC รุ่นที่สาม บริษัท Cissoid ได้พัฒนาชิปขับและโซลูชันที่ทนต่ออุณหภูมิสูงสำหรับ SiC MOSFET ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงที่เป็นเอกลักษณ์นี้ช่วยให้สามารถวางชิปไว้ใกล้กับโมดูลกำลังไฟฟ้า SiC มากที่สุด เพื่อลดค่าความเหนี่ยวนำปรสิตของวงจรขับ ทำให้สามารถลดการสั่นสะเทือนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและบรรลุประสิทธิภาพสูงสุด

เมื่อไม่นานมานี้ Cissoid ได้เปิดตัวระบบโมดูลพลังงานอัจฉริยะ (IPM) แบบฟูลบริดจ์สามเฟส 1200V SiC MOSFET สำหรับการใช้งานระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ากำลังสูงในรถยนต์ไฟฟ้าและเครื่องบินไฟฟ้า/เครื่องบินหลายระบบไฟฟ้า ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มที่ปรับขนาดได้ ระบบนี้ใช้เทคโนโลยีการสูญเสียการสวิตช์ต่ำเพื่อให้โซลูชันแบบบูรณาการ นั่นคือ IPM

IPM ประกอบด้วยวงจรขับเกตและโมดูลกำลังไฟฟ้าซิลิคอนคาร์ไบด์แบบสามเฟส การทำงานร่วมกันระหว่างทั้งสองได้รับการปรับให้เหมาะสมและประสานงานกันเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อดีของอุปกรณ์ SiC อย่างเต็มที่

โมดูล CXT-PLA3SA12450AA ที่ผลิตอยู่ในปัจจุบันมีอุณหภูมิรอยต่อที่กำหนดไว้สูงสุดถึง 175°C และวงจรขับเกตสามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงถึง 125°C นอกจากนี้ ตามเงื่อนไขและสถานการณ์การใช้งานที่ต้องการ ระดับอุณหภูมิการทำงานสามารถปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นได้โดยการเปลี่ยนชิ้นส่วนพาสซีฟระดับสูงขึ้น และการปรับปรุงบรรจุภัณฑ์ของชิปหลักและโมดูล

นับตั้งแต่การกำเนิดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอน การใช้งานในอุณหภูมิสูงถือเป็นหัวใจสำคัญของการใช้งานอุปกรณ์เหล่านี้

เทคโนโลยีชิปซิลิคอน SOI พิเศษที่เป็นนวัตกรรมของ Cissoid ได้เป็นผู้นำในการสร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบแยกชิ้นที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและวงจรรวมขนาดเล็ก

เนื่องจากเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม เช่น อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า SiC มีความสมบูรณ์และได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงโดยธรรมชาติของอุปกรณ์เหล่านี้และเซมิคอนดักเตอร์ทนความร้อน Cissoid จึงเข้ากันได้ดีมาก ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงรูปแบบการออกแบบระบบไฟฟ้าอย่างมาก และเปิดโอกาสใหม่ ๆ ให้กับวิศวกรออกแบบในการขยายขอบเขตการทำงาน

หมายเหตุ: บทความนี้คัดลอกมาจากอินเทอร์เน็ตและสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปเผยแพร่ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น