Yole Development 的市場研究報告顯示，自矽功率半導體元件誕生以來，應用需求一直在推動結溫上升，目前已達到 150°C。

隨著第三代寬頻隙半導體裝置（如SiC）的出現及其技術的日益成熟和全面商業化，其獨特的耐高溫性能正在加速將結溫從目前的150°C提高到175°C，未來還將進入200°C。

憑藉碳化矽獨特的高溫特性和低開關損耗優勢，結溫不斷升高的趨勢將大大改變電力系統的設計模式。這些典型的面向未來的高溫、高功率密度應用包括深度整合的電動車動力總成、多電動和全電動飛機甚至電動飛機、行動儲能充電站和行動電源，以及各種液冷應用受到嚴重限制的電力應用。

電動車的動力總成（馬達、電控系統和變速箱）正朝著三合一的方向發展，但目前只是結構上的堆疊，整合度較低。從結構上看，未來動力總成的深度整合勢在必行，因為這可以將體積、重量和內部能耗分別減少約三分之一，並將總成本降低2到4倍。

然而，電子控制部分將與馬達緊密整合，深度整合將大幅提高功率密度。高溫是無法避免的最大挑戰。

典型的高溫應用

在傳統飛機中，尾舵、機翼和起落架等機械運動均由傳統的液壓傳動系統控制。液壓油作為一種液體，極易受環境影響，且維護成本高。目前，部分或全部電氣化已成為一種趨勢，即多電動飛機和全電動飛機的概念。

在飛機上使用電動馬達取代液壓油迴路來實現機械操作，具有可靠性高、可維護性強、便於冗餘備份設計等優點。然而，最大的難題在於飛機上的電動馬達和電子控制系統不允許水冷，只能依靠強制風冷和自然冷卻。因此，要實現多電飛機、全電飛機甚至全電動飛機的電子控制設計，首先需要解決的主要技術難題是高溫問題。

此外，在許多應用場景中，半移動式儲能充電站和全移動式行動電源將有效填補固定充電的空白，尤其是在電動車大規模普及的情況下，這一點將變得更加明顯。

然而，對於這類行動充電應用而言，水冷機制不僅會增加重量和體積負擔，更重要的是，它會消耗自身儲存的電能。因此，自然冷卻才是電子控制系統的最佳方案，但必須妥善解決電子控制系統的熱管理問題。

除了上述三種典型的高溫應用之外，在許多液冷受到嚴重限制的特殊工業應用中，電子控制系統也將面臨相同的高溫挑戰。高溫電控技術是實現上述高溫應用的關鍵。其核心實現技術是碳化矽功率元件的高溫封裝技術以及與之相符的高溫驅動電路技術。

「天才」碳化矽

碳化矽材料及其裝置結構具有固有的耐高溫性能，即使在真空條件下也能承受 400 至 600°C 的高溫。在實際應用中，為了防止與空氣接觸導致的氧化，碳化矽元件必須進行封裝；如果要承受高溫，則必須使用耐高溫封裝材料。

目前，150°C的結溫是業界最高標準。 175°C的結溫水準才剛開始顯現。市面上有一些準標準化的封裝可供選擇。而對於結溫200°C及以上的封裝，對封裝材料和製程的要求非常嚴格，必須依照裸晶片的特性進行客製化，以確保滿足導熱性和散熱性能的要求。

碳化矽功率元件和模組的應用離不開驅動電路及其對應的晶片。然而，大多數驅動電路晶片都是普通的矽元件，無法承受高溫。即使能夠承受175℃等高溫並持續工作1,000小時，也已十分罕見。

此外，耐高溫性能只是問題的一個面向。更嚴重的是裝置在高溫下的性能穩定性。普通矽元件在70℃以上性能迅速下降，因此無法在高溫下使用。

經過20多年的創新研發與應用測試，Cissoid的SOI特殊矽元件實現了卓越的耐高溫性能。它們可在175°C下連續工作15年，並在整個溫度範圍內保持優異的性能一致性。它們是支撐SiC高溫應用的中流砥柱。

突破“溫度”困境

Cissoid 的 SOI 特殊矽半導體技術全面突破了矽半導體元件的溫度難題，並有效避免了矽元件的溫度載子效應（本徵載子濃度隨溫度升高而增加）和結溫效應（有效結勢壘隨溫度升高而降低）的影響。該技術不僅能夠承受高溫並長時間穩定運行，而且在整個溫度範圍內都能保持良好的性能一致性。

因此，Cissoid 的高溫半導體裝置長期以來受到航空航太和石油勘探領域的青睞，並擁有近 20 年的高溫應用歷史和經驗。

近年來，隨著第三代半導體碳化矽（SiC）功率元件的普及，Cissoid 開發了耐高溫驅動晶片及適用於 SiC MOSFET 的解決方案。這種獨特的耐高溫性能使其能夠盡可能靠近 SiC 功率模組放置，從而最大限度地降低驅動電路的寄生電感，進而更有效地抑制振鈴並實現最佳效率。

近期，針對電動車和全電動/多電動飛機等電力驅動應用，Cissoid 還推出了一款三相全橋 1200V SiC MOSFET 智慧功率模組 (IPM) 系統，這是一個可擴展的平台系列。該系統採用低開關損耗技術，提供整合解決方案，即 IPM。

IPM由閘極驅動電路和三相碳化矽功率模組組成。兩者之間的協同工作經過優化和協調，以充分發揮SiC裝置的優勢。

目前生產的CXT-PLA3SA12450AA模組的額定結溫最高可達175°C，閘極驅動電路可在最高125°C的環境下運作。此外，根據應用條件和場景的需求，可以透過更換更高等級的被動元件以及改進主晶片和模組的封裝方式來進一步提高其工作溫度。

自從矽半導體裝置誕生以來，高溫應用一直是其應用的關鍵。

Cissoid 的創新特殊 SOI 矽晶片技術在高溫半導體分離式元件和小規模積體電路領域取得了重大突破。

隨著碳化矽功率半導體裝置等第三代半導體技術日益成熟和普及，其固有的耐高溫性能與Cissoid高溫半導體裝置形成了很好的匹配，這將極大地改變電力系統設計的格局，並為設計工程師提供新的擴展空間。

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