三菱机电通过新芯片结构实现的功率模块内置SBD SiC-MOSFET

2023 年 7 月 13 日发布了“通过新芯片结构实现的功率模块内置SBD SiC-MOSFET”的新闻稿

5月31日开始提供样品的铁路车辆、直流输电等大型工业设备用3.3kV全SiC功率模块FMF800DC-66BEW中，引入了新结构的SBD采用内置SiC - MOSFET。

在电源模块内部并联连接的芯片结构中，世界上首次明确了浪涌电流集中于特定芯片的机制结果，与传统技术相比，浪涌电流耐受能力提高了五倍以上，并且实现了等于或大于传统Si功率模块的浪涌电流耐受能力，使得SiC的应用成为可能-带有内置 SBD 的 MOSFET 为模块供电。三菱机电意识到了这一点。

未来，应用该技术的SiC功率模块将为铁路车辆推进控制装置的小型化和节能化做出贡献。此外，通过提高电力转换器的效率和小型化，三菱机电将为比交流电力传输传输损耗更少的直流电力传输的普及做出贡献，并为实现碳中和做出贡献。

详细开发结果已于5月31日（当地时间）在5月28日至6月1日于香港举行的ISPSD 2023上公布。

2023年6月1日新的芯片结构使内置SBD的SiC-MOSFET能够应用于电源模块

新开发的芯片结构（上：芯片剖面图，下：从上方看芯片时的并联图）

三菱电机公司于2015年5月31日开始提供样品。

设备用3.3kV全SiC*1功率模块“FMF800DC-66BEW中采用SBD内置SiC-MOSFET。这使得可以使用紧凑型。

我们将通过提高能源效率、节约能源、推广直流输电等方式，为实现碳中和做出贡献。

近年来，人们对能够显着降低功率损耗的SiC功率半导体的期望越来越高。我们已将 SiC 功率半导体应用于各种逆变器系统，包括汽车和铁路车辆。

内置SBD的SiC-MOSFET，将SiC-MOSFET和SiC-SBD集成在一起，是两者的独立芯片。

与传统技术相比，安装在功率模块上的芯片可以以更高的密度安装。

使用SBD内置MOSFET实现SiC-MOSFET和SiC-SBD的集成（示意图）

可以减小模块的尺寸、增加模块的容量并减少开关损耗，从而可以使设备变得更小。

预计将扩展到铁路车辆、直流输电等需要小型化、节能化的大型工业设备。

另一方面，使用内置SBD的SiC-MOSFET的电源模块在连接电路中会产生浪涌电流。

当发生时，浪涌电流仅集中在特定芯片上，导致芯片热损坏。浪涌电流耐受能力低于传统硅功率模块，难以投入实际使用。

传统技术中电流集中在特定芯片上的机制

这次我们发现，在电源模块中的并联芯片结构中，浪涌电流全球首次明确了集中在芯片上的机制，所有芯片同时开始通电。

采用新开发的芯片结构，避免目前集中于特定芯片

我们开发了一种新的芯片结构，可以将浪涌电流分散到每个芯片中。这减少了浪涌电流，能够承受比我们传统技术高5倍以上的浪涌，并且浪涌等于或大于传统硅电源模块通过获得电流承受能力，我们实现了内置SBD的SiC-MOSFET在功率模块中的应用。

技术的进步提高了浪涌电流耐受能力

未来，应用该技术的SiC功率模块将有助于轨道车辆推进控制装置的小型化、经济化。

为赋能做出贡献。此外，通过提高电源转换器的效率和缩小尺寸，交流电力传输这将有助于输电损耗低的直流输电的普及，并有助于实现碳中和。