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11种封装的国产碳化硅模块及新工艺顶部散热产品介绍应用

发布时间:2025-7-25 15:25    发布者:Eways-SiC
关键词: 碳化硅(SiC)模块 , 电机控制 , 永磁同步电动机 , DC-DC变换器 , 牵引变流器
碳化硅(SiC)功率模块是电力电子领域的革命性产品,因其材料特性在高温、高压、高频应用中表现卓越。以下是其核心组成部分及优势分析:一、SiC模块的核心组成部分
  • SiC芯片

    • 开关器件:SiC MOSFET(常用)或JFET,替代传统硅基IGBT,实现更高开关频率和更低导通损耗。
    • 二极管:SiC肖特基二极管(SBD),无反向恢复电流,降低开关损耗。

  • 封装结构

    • 基板:采用高导热材料(如氮化铝陶瓷或Si3N4),确保散热效率。
    • 互连技术:银烧结或铜线键合,提升高温可靠性。
    • 外壳:优化电磁屏蔽和绝缘设计(如环氧树脂或陶瓷封装)。

  • 辅助元件

    • 栅极驱动电路:适配SiC器件的高速开关需求,减少寄生参数影响。
    • 温度传感器:实时监控模块温度,防止过热损坏。

二、SiC模块的显著优势
  • 材料特性优势

    • 高击穿场强(10倍于硅):支持更高电压(1200V以上),器件厚度更薄。
    • 高热导率(3-4倍于硅):散热效率高,降低冷却需求。
    • 宽禁带宽度(3.26 eV):高温稳定性强(工作温度可达200℃以上)。

  • 性能提升

    • 低导通损耗:SiC电阻率极低,导通压降小(如SiC MOSFET的Rdson更低)。
    • 高频开关:开关速度比硅快10倍,减少无源元件(电感/电容)体积和成本。
    • 低开关损耗:SiC二极管无反向恢复问题,适合高频应用(如光伏逆变器电动汽车)。

  • 系统级效益

    • 能效提升:整机效率提高5%-10%(如电动车续航延长)。
    • 轻量化:高频特性允许使用更小的散热器和被动元件。
    • 可靠性增强:高温环境下寿命更长,适合严苛工况(如航空航天、工业电机)。

  • 应用场景优势

    • 新能源领域:光伏逆变器、风电变流器中减少能量转换损耗。
    • 电动汽车:电驱系统体积缩小,快充桩功率密度提升。
    • 轨道交通:高压牵引系统重量减轻,能效优化。
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三、挑战与权衡
  • 成本问题:SiC衬底制备复杂,目前价格高于硅基(但随量产逐步下降)。
  • 工艺要求:需优化封装技术以匹配SiC的高温、高频特性(如解决栅极振荡问题)。
  • 驱动设计:需低电感布局和专用驱动IC以避免电压尖峰。
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D21 系列碳化硅(SiC)功率模块-顶部散热
1. 系统体积小,成本降低;
2. 高功率密度,低寄生电感,低开关损耗;
3. 散热能力强
4. 参数范围:
    VDS:1200V     ID:32A              RDS(on) :80mΩ
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SM8 系列碳化硅(SiC)功率模块-顶部散热
1. 低寄生电感,低热阻;
2. 更优散热性能,安装便捷;
3. 参数范围: VDS:1200V          ID:32A      RDS(on) :80mΩ
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ME2 (34mm)系列碳化硅(SiC)功率模块
  • 1. 采用全焊片工艺,Cu底板+低热值AlN绝缘陶瓷;
    2. 高功率密度,低寄生电感,低开关损耗;
    3. 适用高温、高频应用;
    4. 参数范围:VDS:650~1700V   ID:30~300A  RDS(on) :4~80mΩ
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    ME3(62mm) 系列碳化硅(SiC)功率模块
    1. 采用全焊片工艺,Cu底板+低热值AlN绝缘陶瓷;
    2. 高功率密度,低寄生电感,低开关损耗;
    3. 适用高温、高频应用;
    4. 参数范围: VDS:650~1700V    ID:30~600A   RDS(on) :2~80mΩ
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    EP (1b)系列碳化硅(SiC)功率模块
    1. 采用先进的真空回流焊工艺,Al2O3绝缘陶瓷,最高工作结温150℃;
    2. 高功率密度,低寄生电感,低开关损耗;
    3. 适用高温、高频应用;
    4. 参数范围:VDS:650~1200V    ID:30~200A    RDS(on) :6~80mΩ
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    MEP (2b)系列碳化硅(SiC)功率模块
    1. 高功率密度,低寄生电感,低开关损耗;
    2. 适用高温、高频应用;
    3. 集成NTC温度传感器,易于系统集成;
    4. 参数范围:VDS:650~1700V         ID:30~300A     RDS(on) :3.3~80mΩ
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    MED(Ed3) 系列碳化硅(SiC)功率模块
    1. 采用真空回流焊工艺,Cu底板+低热值AlN绝缘陶瓷,最高工作结温175℃;
    2. 功率密度高,适用高温、高频应用,超低损耗;
    3. 常关功率模块,零拖尾电流,寄生电感小于15nH,开关损耗低;
    4. 参数范围:VDS:650~1700V  ID:210~1000A        RDS(on) :1.3~8.7mΩ
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    DCS12(dcm) 系列碳化硅(SiC)功率模块
    1. 采用单面水冷+模封工艺,最高工作结温175℃;
    2. 功率密度高,适用高温、高频应用,超低损耗;
    3. 集成NTC温度传感器,易于系统集成;
    4. 参数范围:VDS:650~1700V      ID:400~1000A    RDS(on) :1.3~6.2mΩ
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    MEK6 系列碳化硅(SiC)功率模块
    1. 最高工作结温175℃;
    2. 高功率密度,低开关损耗;
    3. 适用高温、高频应用;
    4. 参数范围:VDS:650~1700V       ID:100~400A       RDS(on) :2.5~25mΩ
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    MD3 系列碳化硅(SiC)功率模块
    1. 采用真空回流焊工艺,AlSiC底板+低热值AlN绝缘陶瓷,最高工作结温175℃;
    2. 适用高温、高频应用,超低损耗;
    3. 参数范围:  VDS:650~1700V     ID:300~800A       RDS(on) :1.5~8.3mΩ
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    HPD 系列碳化硅(SiC)功率模块
    1. 最高工作结温175℃;
    2. 第三代模块寄生电感低于10nH,比现有模块小50%以上,降低开关损耗;
    3. 参数范围:VDS:650~1700V    ID:400~1000A   RDS(on) :1.3~6.5mΩ
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    结论
    SiC模块通过材料特性与设计优化,在效率、功率密度和高温性能上全面超越硅基器件,尤其适合高附加值或对能效敏感的应用。随着成本下降和工艺成熟,SiC将在高压大功率领域加速替代传统硅基方案。
  • 了解更多电力电子信息,请关注公众号:碳化硅MOS与SiC模块技术漫谈
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