Yole Development'ın pazar araştırması raporu, silikon güç yarı iletken cihazlarının doğuşundan bu yana uygulama taleplerinin, bağlantı sıcaklığının yükselmesine neden olduğunu ve bu sıcaklığın şu anda 150°C'ye ulaştığını gösteriyor.

Üçüncü nesil geniş bant aralıklı yarı iletken cihazların (SiC gibi) ortaya çıkması, olgunlaşması ve tam ticarileşmesiyle birlikte, benzersiz yüksek sıcaklık dirençleri, bağlantı sıcaklığını mevcut 150°C'den 175°C'ye hızlandırıyor ve gelecekte 200°C'ye ulaşacak.

SiC'nin benzersiz yüksek sıcaklık özellikleri ve düşük anahtarlama kaybı avantajlarıyla, bağlantı sıcaklığının artması eğilimi, güç sistemlerinin tasarım modelini büyük ölçüde değiştirecektir. Bu tipik, geleceğe yönelik yüksek sıcaklık, yüksek güç yoğunluğu uygulamaları arasında, derinlemesine entegre elektrikli araç güç aktarma sistemleri, çok motorlu ve tamamen elektrikli uçaklar ve hatta elektrikli uçaklar, mobil enerji depolama şarj istasyonları ve güç bankaları ile sıvı soğutmanın ciddi şekilde sınırlı olduğu çeşitli güç uygulamaları yer almaktadır.

Elektrikli araçların güç aktarma sistemi (motor, elektronik kontrol ve şanzıman) üçü bir arada olma yönünde ilerledi, ancak şu anda sadece yapısal olarak bir araya getirilmiş ve zayıf bir şekilde entegre edilmiş durumda. Yapısal olarak bakıldığında, gelecekte güç aktarma sisteminin derin entegrasyonu kaçınılmaz bir yol olacaktır, çünkü bu hacmi yaklaşık üçte bir oranında, ağırlığı yaklaşık üçte bir oranında ve iç tüketimi yaklaşık üçte bir oranında azaltabilir ve toplam maliyeti 2 ila 4 kat düşürebilir.

Ancak, elektronik kontrol kısmı motorla yakından entegre edilecek ve derin entegrasyon güç yoğunluğunu büyük ölçüde artıracaktır. Yüksek sıcaklık ise kaçınılması mümkün olmayan en büyük zorluktur.

Tipik yüksek sıcaklık uygulamaları

Geleneksel uçaklarda, kuyruk dümeni, kanatlar ve iniş takımı gibi mekanik hareketler klasik hidrolik şanzımanla kontrol edilir. Sıvı halde olan hidrolik yağ, çevresel faktörlerden büyük ölçüde etkilenir ve yüksek bakım maliyetlerine sahiptir. Günümüzde, kısmi veya tam elektrifikasyona doğru bir eğilim vardır; bu da çoklu elektrikli ve tamamen elektrikli uçak kavramını ifade eder.

Uçaklarda mekanik çalışma sağlamak için hidrolik yağ devreleri yerine elektrik motorlarının kullanılması yüksek güvenilirlik, güçlü bakım kolaylığı ve yedekleme tasarımını kolaylaştırır. Bununla birlikte, en büyük sorun, uçaklardaki motorların ve elektronik kontrollerin su soğutma ile donatılmasına izin verilmemesi ve yalnızca cebri hava soğutma ve doğal soğutmaya güvenilebilmesidir. Bu nedenle, çok motorlu veya tamamen elektrikli, hatta elektrikli uçakların elektronik kontrol tasarımını gerçekleştirmek için öncelikle çözülmesi gereken en büyük teknik sorun yüksek sıcaklıktır.

Ayrıca, birçok uygulama senaryosunda, yarı mobil enerji depolama şarj istasyonları ve tamamen mobil taşınabilir şarj cihazları, özellikle elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte, sabit şarj istasyonlarının açığını etkili bir şekilde dolduracaktır; bu durum daha da belirgin hale gelecektir.

Ancak, bu tür mobil şarj uygulamaları için su soğutma mekanizması sadece ek ağırlık ve hacim yükü getirmekle kalmayacak, daha da önemlisi, taşıdığı depolanmış elektrik enerjisini tüketecektir. Bu nedenle, elektronik kontrol için en iyi yöntem doğal soğutma olacaktır, ancak elektronik kontrol sisteminin termal yönetim sorunu doğru şekilde ele alınmalıdır.

Yukarıda belirtilen üç tipik yüksek sıcaklık uygulamasına ek olarak, sıvı soğutmanın ciddi şekilde sınırlı olduğu birçok özel endüstriyel uygulamada, elektronik kontrol sistemleri aynı yüksek sıcaklık zorluklarıyla karşılaşacaktır. Yüksek sıcaklık elektrik kontrol teknolojisi, yukarıdaki yüksek sıcaklık uygulamalarının gerçekleştirilmesinin anahtarıdır. Bunun temel uygulama teknolojisi, SiC güç cihazlarının yüksek sıcaklık paketleme teknolojisi ve buna uygun yüksek sıcaklık sürücü devresi teknolojisidir.

“Dahi” SiC

SiC malzemeleri ve cihaz yapıları, doğal olarak yüksek sıcaklık direncine sahiptir ve vakum koşulları altında 400 ila 600°C sıcaklıklara bile dayanabilirler. Pratik uygulamalarda, hava ile temastan kaynaklanan oksidasyonu önlemek için SiC cihazlarının paketlenmesi gerekir ve yüksek sıcaklıklara dayanabilmeleri için yüksek sıcaklığa dayanıklı paketler içinde paketlenmeleri şarttır.

Şu anda sektördeki en yüksek standart 150°C bağlantı sıcaklığıdır. 175°C bağlantı sıcaklığı seviyesi ise yeni yeni ortaya çıkmaya başlamıştır. Kullanılabilecek yarı standartlaştırılmış paketler mevcuttur. 200°C veya daha yüksek sıcaklıklara sahip paketler, paketleme malzemeleri ve süreçleri konusunda çok katı gereksinimlere sahiptir ve termal iletkenlik ve ısı dağıtım performansı gereksinimlerini sağlamak için çıplak çipin özelliklerine göre özelleştirilmelidir.

SiC güç cihazlarının ve modüllerinin uygulaması, sürücü devreleri ve bunlara karşılık gelen çiplerden ayrı düşünülemez. Bununla birlikte, çoğu sürücü devre çipi sıradan silikon cihazlardır ve yüksek sıcaklıklara dayanamazlar. 175°C gibi yüksek sıcaklıklarda 1,000 saat çalışabilmeleri ise zaten nadirdir.

Ayrıca, yüksek sıcaklık direnci sorunun sadece bir yönüdür. Daha ciddi olan ise yüksek sıcaklıklarda cihaz performansının tutarlılığıdır. Sıradan silikon cihazların performansı 70°C'nin üzerinde çok hızlı bir şekilde zayıflar, bu nedenle yüksek sıcaklıklarda kullanılamazlar.

20 yılı aşkın süredir devam eden yenilikçi Ar-Ge ve uygulama testlerinin ardından, Cissoid'in SOI özel silikon cihazları olağanüstü yüksek sıcaklık direncine ulaşmıştır. 175°C'de 15 yıl boyunca kesintisiz çalışabilen bu cihazlar, tüm sıcaklık aralığında mükemmel performans tutarlılığı sergilemektedir. SiC yüksek sıcaklık uygulamalarını destekleyen temel unsurlardır.

“Sıcaklık” ikilemini aşmak

Cissoid'in SOI tabanlı özel silikon yarı iletken teknolojisi, silikon yarı iletken cihazların sıcaklık ikilemini kapsamlı bir şekilde aşarak, sıcaklık taşıyıcı etkisi (sıcaklık arttıkça içsel taşıyıcı konsantrasyonu artar) ve bağlantı sıcaklığı etkisi (sıcaklık arttıkça etkin bağlantı bariyeri azalır) gibi silikon cihazların etkilerinden açıkça kaçınır. Sadece yüksek sıcaklıklara dayanmak ve uzun süre çalışmakla kalmaz, aynı zamanda tüm sıcaklık aralığında iyi bir performans tutarlılığı da sağlar.

Sonuç olarak, Cissoid'in yüksek sıcaklık yarı iletken cihazları uzun zamandır havacılık ve petrol arama alanlarında tercih edilmekte olup, yaklaşık 20 yıllık yüksek sıcaklık uygulama geçmişine ve deneyimine sahiptir.

Son yıllarda, üçüncü nesil yarı iletken SiC güç cihazlarının popülaritesinin artmasıyla birlikte, Cissoid, SiC MOSFET'ler için yüksek sıcaklığa dayanıklı sürücü çipleri ve çözümleri geliştirmiştir. Bu benzersiz yüksek sıcaklık direnci, sürücü devresinin parazitik endüktansını en aza indirmek için SiC güç modülüne mümkün olduğunca yakın yerleştirilmesine olanak tanır, böylece salınımı daha etkili bir şekilde bastırır ve optimum verimlilik elde edilir.

Son zamanlarda, elektrikli araçlarda ve tamamen elektrikli/çoklu elektrikli uçaklarda elektrikli tahrik uygulamaları için Cissoid, ölçeklenebilir bir platform serisi olan üç fazlı tam köprü 1200V SiC MOSFET akıllı güç modülü (IPM) sistemini de piyasaya sürdü. Bu sistem, entegre bir çözüm olan IPM'yi sağlamak için düşük anahtarlama kaybı teknolojisini kullanmaktadır.

IPM, bir kapı sürücü devresi ve üç fazlı silisyum karbür güç modülünden oluşmaktadır. İkisi arasındaki işbirliği, SiC cihazlarının avantajlarından tam olarak yararlanmak için optimize edilmiş ve koordine edilmiştir.

Hali hazırda üretilen CXT-PLA3SA12450AA modülü, 175°C'ye kadar nominal bağlantı sıcaklığına sahiptir ve kapı sürücü devresi 125°C'ye kadar olan ortamlarda çalışabilir. Ayrıca, uygulama koşulları ve senaryoları gerektirdikçe, daha üst düzey pasif bileşenlerin ve ana çiplerin ve modüllerin paketlenmesinin değiştirilmesiyle çalışma sıcaklığı seviyesi daha da iyileştirilebilir.

Silikon yarı iletken cihazların doğuşundan beri, yüksek sıcaklık uygulamaları bu cihazların kullanım alanlarının temelini oluşturmuştur.

Cissoid'in yenilikçi özel SOI silikon çip teknolojisi, yüksek sıcaklık yarı iletken ayrık cihazlarda ve küçük ölçekli entegre devrelerde önemli atılımlar gerçekleştirmede öncü rol oynamıştır.

SiC güç yarı iletken cihazları gibi üçüncü nesil yarı iletkenler giderek olgunlaşıp yaygınlaştıkça, bunların doğal yüksek sıcaklık direnci ve Cissoid yüksek sıcaklık yarı iletken cihazları çok iyi bir uyum oluşturarak güç sistemi tasarımının şeklini büyük ölçüde değiştirecek ve tasarım mühendislerine yeni genişleme alanları sağlayacaktır.

Not: Bu makale internetten alınmıştır ve fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemektedir. Yeniden yayınlarken lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir telif hakkı ihlali durumunda, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.

Şirket telefon numarası: +86-0755-83044319
Faks: +86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li

QQ: 332496225 Yönetici Qiu

Adres: Shenzhen, Longhua Yeni Bölgesi, Minzhi Caddesi No. 1079, Zhantao Teknoloji Binası, C Binası, Oda 809