当.XT技术遇上SiC单管

英飞凌于2020年发布了基于.XT技术的D2PAK-7L封装1200V SiC MOSFET SMD系列产品，导通电阻从350mohm到30mohm，覆盖功率范围最高可到20kW，产品目录下图1。

 

图1.英飞凌D2PAK-7L 1200V SiC MOSFET产品

 

也许您已选用测试，

或许还在选型观望，

又或者正懵懂于“.XT”是个啥？

不妨读完此文，拨云见日，

三站地铁，十分钟足矣。

 

一、“.XT”是个啥？

 

提到.XT，熟悉英飞凌的老司机们，早已会心一笑，脑海中不由浮现出叱咤风电、一身土豪金的IGBT5模块。

 

如图2，便是大家耳熟能详的，英飞凌应用在大功率IGBT模块中的“.XT”技术，覆盖1200V、1700V和3300V电压，主要用于高可靠性的风电和牵引等场合，在芯片与DCB之间用了银烧结技术(约20um)，来提升可靠性，细节可参见往期文章（风机“芯”脏——英飞凌IGBT，助力海上风电马拉松25年），这里就不再赘述了。

 

图2.大功率IGBT模块中的.XT技术

 

但是.XT并不是指某一种特定的封装技术，而是英飞凌高可靠封装与互连技术的统称。所以并不是“.XT”技术就是特指Ag Sintering（银烧结）。

 

下图3，才是今天的重点——在SiC表贴D2PAK-7L中的“.XT”技术。SiC单管中的“.XT”，采用了Diffusion Soldering（扩散焊）技术。简而言之，就是在特定温度和压力条件下，使得SiC芯片的背面金属，与Lead Frame表面金属产生原子的相互扩散，形成可靠的冶金连接，以釜底抽薪之势，一举省去中间焊料。所谓大道至简、惟精惟一，惟英飞凌Know-how的特殊背金芯片与工艺才能实现。

 

图3.SiC表贴D2PAK-7L中的.XT技术

 

当“.XT”技术遇上SiC单管，

又会迸发出怎样的火花？

 

 

二、“.XT”有啥用？

 

一言以蔽之：降低器件稳态和瞬态热阻，同时提高可靠性。

 

众所周知，在单管封装中，影响器件Rth(j-c)热阻的主要是芯片、焊料和基板。SiC芯片材料的导热率为370W/(m*K)，远高于IGBT的Si(124W/(m*K))，甚至超过金属铝(220W/(m*K))，与Lead Frame的铜(390 W/(m*K))非常接近。而一般焊料的导热率才60 W/(m*K)左右，典型厚度在50~100um，所占整个器件内部Rth(j-c)热阻之权重，自不言而喻。所以，单管封装中引入扩散焊“Diffusion Soldering”，省了芯片与lead frame之间的焊料，优化了器件热阻。以1200V/30mOhm的SiC MOSFET单管为例，基于“.XT”技术的D2PAK-7L(TO-263-7)，相比当前焊接版的TO247-3/4L（不排除以后也更新到Diffusion版），可降低约25%的稳态热阻Rth(j-c)，和约45%的瞬态热阻Zth(j-c)，如下图4和图5所示。

 

图4.SiC表贴.XT技术对器件热阻的影响

 

图5.1200V/30mOhm SiC TO247-4L和TO263-7L瞬态热阻曲线对比

 

“.XT”技术对器件稳态热阻Rth(j-c)的提升及其影响

 

如图6所示，同样以1200V/30mOhm D2PAK-7L为例，假定TCase温度100̊C，芯片结温Tvj不超过140̊C。当采用“.XT”技术后，芯片允许的最大损耗从59W增加到79W，相应地可以增加约14%的电流输出，或者提高开关频率fsw，或者降低芯片温度以提升寿命可靠性。(PS：图6的估算相对理想，在实际应用中，在芯片最大损耗增加的同时，也要综合考虑散热器和器件Case温度的升高。)

 

图6.SiC表贴.XT技术对器件稳态热阻的提升及其影响

 

“.XT”技术对器件瞬态热阻Zth(j-c)的提升及其影响

 

降低瞬态热阻，除了在结温波动ΔTvj大的场合提升器件工作寿命和可靠性之外，还可以增强SiC MOSFET正向和反向的浪涌电流冲击能力。以英飞凌1200V/30mOhm的SiC MOSFET体二极管的浪涌电流的实测为例，如图7所示，基于“.XT”技术，峰值电流可以从176A增加到278A，对应的瞬态I²T值可以从157A²S到390A²S。此外，Zth(j-c)的提升，还能增加SiC MOSFET约15%的短路时间或者短路耐量，让短路保护设计更加从容。

 

图7.SiC表贴.XT技术对瞬态热阻的提升及其影响

 

三站地铁，转瞬已至。

纸上得来终觉浅，

绝知此事要“实测”。

可以通知采购下单了。