業(yè)內獨創(chuàng)!WAYON維安內置絕緣封裝高壓MOSFET由代理KOYUELEC光與電子提供技術選型和方案應用

近年來，新一代電動汽車的進一步普及，促進了更高效、更小型、更輕量的電動系統(tǒng)的開發(fā)。同時，在電動汽車領域，為延長續(xù)航里程，車載電池的容量呈日益增加趨勢，隨著新能源汽車續(xù)航里程不斷提升，相應的電池容量日益提高,如特斯拉Modle S 2021款長續(xù)航升級版(719km)電池容量100kWh，與此同時，還要求縮短充電時間， Modle S 2021款快充時間1小時。為了解決這些問題，能夠實現高耐壓和低損耗的功率元器件被寄予厚望。

高功率、高效率就意味著需要更低導通電阻的MOSFET，目前TO-247封裝是高功率充電機、充電樁電源模塊應用中使用最多的封裝形式。但常規(guī)TO-247封裝框架和漏極直接相連，非絕緣特性使得應用的時候必須外部安裝絕緣片，復雜的生產過程容易造成外部絕緣片破裂，導致絕緣強度下降甚至短路，使得產品整體可靠性下降。

圖1 常規(guī)TO-247 封裝示意圖

圖2 充電機TO-247安裝示意圖

圖3 外部絕緣片破損示意圖

功率器件安裝到散熱器使用時，系統(tǒng)熱阻包括封裝芯片Rthj-c和散熱器到環(huán)境電阻Rth(h-a)，結到環(huán)境總熱阻Rth(j-a) = Rth(j-c) + Rth(c-h) + Rth(h-a)。

圖4 MOSFET die 模型

圖5 TO247 MOSFET封裝結構

硅芯片通過預成型件連接到框架，整個結構封裝在樹脂中，由于樹脂的熱導率非常低，因此硅芯片散熱的首選路徑是熱導率較高的銅質背面，管芯內產生的功率會改變器件的溫度，并根據所涉及層的熱電容和電阻(從硅到封裝背面)使器件溫度升高，類似于圖4所示的熱模型。

維安創(chuàng)新的內置絕緣封裝可將陶瓷絕緣片封裝到內部，降低散熱器到環(huán)境電阻Rth(h-a)，內部陶瓷絕緣材料緩沖了功率MOSFET封裝中硅片和銅框架的熱膨脹系數的差異，顯著減少相鄰層之間的熱失配，提高了功率循環(huán)耐受性，進而降低器件結溫給應用帶來諸多優(yōu)點。

圖6 常規(guī)封裝熱阻示意圖

圖7 常規(guī)TO-247封裝安裝示意圖

優(yōu)點一：熱阻低

采用恒功率模塊電路進行驗證測試，對比實測數據得出結論：相比外部絕緣片，內部絕緣結到散熱器熱阻更低，故而內置絕緣整體熱阻比普通封裝加外置絕緣片的系統(tǒng)熱阻低。

圖8 恒功率模塊電路驗證測試

圖9 TO-247 外部加絕緣片熱阻評估

圖10 TO-3P ISO內部絕緣封裝熱阻評估

圖9溫升數據 △T =40 ℃，P=28.86W，R=1.38℃/W;

圖10溫升數據 △T ℃=33.7 ℃，P=29W，R=1.16℃/W。

優(yōu)點二：溫升低

低熱阻也使得實際應用過程中器件溫升較低，如下150W LED電源驗證測試對比數據，在220VAC 輸入條件下內置絕緣產品WMC53N60F2表面溫度比常規(guī)TO-247 WMJ53N60F2低5.1℃，且低溫升還能提高器件的使用壽命。

圖11 溫升對比曲線

優(yōu)點三：高可靠性

簡化生產工藝，避免生產工藝導外部致絕緣片破裂導致的故障，提高可靠性。

圖12 內置絕緣封裝安裝示意圖

封裝的銅框架和半導體硅芯片熱膨脹系數差異較大，使用陶瓷絕緣片可以減低二者熱膨脹系數差異，提高功率循環(huán)的可靠性。

圖13熱膨脹系數差異

外部異常應力導致炸機，絕緣特征依然存在，即異常失效后仍有絕緣特征。

圖14 管體異常裂隙

常規(guī)TO-247的封裝安裝孔和框架的絕緣距離是3.7mm, 在某些要求較高的應用中，安全距離可能不滿足要求，內置絕緣封裝有更大的安規(guī)要求距離。 內置絕緣器件絕緣耐壓測試>2500VAC。

圖15 內置絕緣封裝安裝孔距

業(yè)內領先的深溝槽工藝與獨創(chuàng)的內絕緣封裝結合，使得SJMOSFET具有業(yè)內領先的超高功率密度，可大大提升電源的總體功率密度，節(jié)省空間。目前內置絕緣封裝產品主要面向高功率電源模塊，比如新能源汽車地面充電樁模塊電源，充電機高功率和電子負載類儀表儀器行業(yè)。

維安內置絕緣主推的物料

審核編輯：湯梓紅