當(dāng).XT技術(shù)遇上SiC單管

英飛凌于2020年發(fā)布了基于.XT技術(shù)的D2PAK-7L封裝1200V SiC MOSFET SMD系列產(chǎn)品，導(dǎo)通電阻從350mohm到30mohm，覆蓋功率范圍最高可到20kW，產(chǎn)品目錄下圖1。

圖1.英飛凌D2PAK-7L 1200V SiC MOSFET產(chǎn)品

也許您已選用測(cè)試，

或許還在選型觀望，

又或者正懵懂于“.XT”是個(gè)啥？

不妨讀完此文，撥云見(jiàn)日，

三站地鐵，十分鐘足矣。

一、“.XT”是個(gè)啥？

提到.XT，熟悉英飛凌的老司機(jī)們，早已會(huì)心一笑，腦海中不由浮現(xiàn)出叱咤風(fēng)電、一身土豪金的IGBT5模塊。

如圖2，便是大家耳熟能詳?shù)模w凌應(yīng)用在大功率IGBT模塊中的“.XT”技術(shù)，覆蓋1200V、1700V和3300V電壓，主要用于高可靠性的風(fēng)電和牽引等場(chǎng)合，在芯片與DCB之間用了銀燒結(jié)技術(shù)(約20um)，來(lái)提升可靠性，細(xì)節(jié)可參見(jiàn)往期文章（風(fēng)機(jī)“芯”臟——英飛凌IGBT，助力海上風(fēng)電馬拉松25年），這里就不再贅述了。

圖2.大功率IGBT模塊中的.XT技術(shù)

但是.XT并不是指某一種特定的封裝技術(shù)，而是英飛凌高可靠封裝與互連技術(shù)的統(tǒng)稱。所以并不是“.XT”技術(shù)就是特指Ag Sintering（銀燒結(jié)）。

下圖3，才是今天的重點(diǎn)——在SiC表貼D2PAK-7L中的“.XT”技術(shù)。SiC單管中的“.XT”，采用了Diffusion Soldering（擴(kuò)散焊）技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，就是在特定溫度和壓力條件下，使得SiC芯片的背面金屬，與Lead Frame表面金屬產(chǎn)生原子的相互擴(kuò)散，形成可靠的冶金連接，以釜底抽薪之勢(shì)，一舉省去中間焊料。所謂大道至簡(jiǎn)、惟精惟一，惟英飛凌Know-how的特殊背金芯片與工藝才能實(shí)現(xiàn)。

圖3.SiC表貼D2PAK-7L中的.XT技術(shù)

當(dāng)“.XT”技術(shù)遇上SiC單管，

又會(huì)迸發(fā)出怎樣的火花？

二、“.XT”有啥用？

一言以蔽之：降低器件穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱阻，同時(shí)提高可靠性。

眾所周知，在單管封裝中，影響器件Rth(j-c)熱阻的主要是芯片、焊料和基板。SiC芯片材料的導(dǎo)熱率為370W/(m*K)，遠(yuǎn)高于IGBT的Si(124W/(m*K))，甚至超過(guò)金屬鋁(220W/(m*K))，與Lead Frame的銅(390 W/(m*K))非常接近。而一般焊料的導(dǎo)熱率才60 W/(m*K)左右，典型厚度在50~100um，所占整個(gè)器件內(nèi)部Rth(j-c)熱阻之權(quán)重，自不言而喻。所以，單管封裝中引入擴(kuò)散焊“Diffusion Soldering”，省了芯片與lead frame之間的焊料，優(yōu)化了器件熱阻。以1200V/30mOhm的SiC MOSFET單管為例，基于“.XT”技術(shù)的D2PAK-7L(TO-263-7)，相比當(dāng)前焊接版的TO247-3/4L（不排除以后也更新到Diffusion版），可降低約25%的穩(wěn)態(tài)熱阻Rth(j-c)，和約45%的瞬態(tài)熱阻Zth(j-c)，如下圖4和圖5所示。

圖4.SiC表貼.XT技術(shù)對(duì)器件熱阻的影響

圖5.1200V/30mOhm SiC TO247-4L和TO263-7L瞬態(tài)熱阻曲線對(duì)比

“.XT”技術(shù)對(duì)器件穩(wěn)態(tài)熱阻Rth(j-c)的提升及其影響

如圖6所示，同樣以1200V/30mOhm D2PAK-7L為例，假定TCase溫度100?C，芯片結(jié)溫Tvj不超過(guò)140?C。當(dāng)采用“.XT”技術(shù)后，芯片允許的最大損耗從59W增加到79W，相應(yīng)地可以增加約14%的電流輸出，或者提高開(kāi)關(guān)頻率fsw，或者降低芯片溫度以提升壽命可靠性。(PS：圖6的估算相對(duì)理想，在實(shí)際應(yīng)用中，在芯片最大損耗增加的同時(shí)，也要綜合考慮散熱器和器件Case溫度的升高。)

圖6.SiC表貼.XT技術(shù)對(duì)器件穩(wěn)態(tài)熱阻的提升及其影響

“.XT”技術(shù)對(duì)器件瞬態(tài)熱阻Zth(j-c)的提升及其影響

降低瞬態(tài)熱阻，除了在結(jié)溫波動(dòng)ΔTvj大的場(chǎng)合提升器件工作壽命和可靠性之外，還可以增強(qiáng)SiC MOSFET正向和反向的浪涌電流沖擊能力。以英飛凌1200V/30mOhm的SiC MOSFET體二極管的浪涌電流的實(shí)測(cè)為例，如圖7所示，基于“.XT”技術(shù)，峰值電流可以從176A增加到278A，對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)I2T值可以從157A2S到390A2S。此外，Zth(j-c)的提升，還能增加SiC MOSFET約15%的短路時(shí)間或者短路耐量，讓短路保護(hù)設(shè)計(jì)更加從容。

圖7.SiC表貼.XT技術(shù)對(duì)瞬態(tài)熱阻的提升及其影響

三站地鐵，轉(zhuǎn)瞬已至。

紙上得來(lái)終覺(jué)淺，

絕知此事要“實(shí)測(cè)”。

可以通知采購(gòu)下單了。