东芝推出具有低导通电阻和高可靠性的适用于车载牵引逆变器的最新款1200 V SiC MOSFET

东芝 2024-11-14

中国上海，2024年11月12日，东芝电子元件及存储装置株式会社（“东芝”）宣布，最新开发出一款用于车载牵引逆变器[1]的裸片[2]1200 V碳化硅（SiC）MOSFET“X5M007E120”，其创新的结构可实现低导通电阻和高可靠性。X5M007E120现已开始提供测试样品，供客户评估。

当典型SiC MOSFET的体二极管在反向传导操作^[3]期间双极通电时，其可靠性会因导通电阻增加而降低。东芝SiC MOSFET通过在MOSFET中嵌入SBD（肖特基势垒二极管）以弱化体二极管工作的器件结构来缓解上述问题，但如若将SBD布置在芯片上，会减少为通道提供的板面积，板面积不仅可决定MOSFET导通工作的电阻，而且还可增加芯片的导通电阻。

X5M007E120中嵌入的SBD采用格纹形态排列，没有采用常用的条形形态，这种排列可高效抑制器件体二极管的双极通电，而且即便占用相同的SBD挂载面积，也能将单极工作的上限提升到大约两倍的当前面积。此外，也可针对条形阵列提高通道密度，而且单位面积的导通电阻很低，大约降低了20 %至30 %^[5]。这一提高的性能、低导通电阻以及针对反向导通工作保持的可靠性，可节省用于电机控制的逆变器的电能，例如牵引逆变器。

降低SiC MOSFET的导通电阻，会导致短路^[6]时流过MOSFET的电流过大，进而降低短路耐久性。此外，增强嵌入式SBD的传导，提高反向传导工作的可靠性，也会增大短路时的漏电流，从而可再次降低短路耐久性。最新裸片具有深势垒结构设计^[7]，可在短路状态下抑制MOSFET的过大电流和SBD的漏电流，这可在提高其耐久性的同时，保持针对反向传导工作的极高可靠性。

用户可根据其特定的设计需求定制裸片，实现面向其应用的解决方案。

东芝预计将在2025年提供X5M007E120的工程样品，并在2026年投入量产，同时，其将进一步探索器件特征的改进。

东芝将为客户提供易用性和性能都更高的电源半导体产品，充分满足电机控制逆变器和电动汽车电力控制系统等能效都至关重要的领域的应用需求，从而为实现脱碳社会做出贡献。

图1：外观（俯视图）与内部电路

图2：现有条形形态嵌入式SBD的MOSFET与格纹形态嵌入式SBD的MOSFET的原理图

图3：条形形态嵌入式SBD的MOSFET与格纹形态嵌入式SBD的MOSFET的单极传导及导通电阻临界电流密度测量值（东芝调查）

图4：典型SiC MOSFET与东芝SiC MOSFET（将SBD嵌入MOSFET芯片的MOSFET）的比较

图5：格纹形态嵌入式SBD的现有MOSFET与深势垒结构设计MOSFET的原理图

图6：条形形态嵌入式SBD和深势垒结构设计MOSFET的短路耐受时间和导通电阻的测量值（东芝调查）

• 应用：

- 车载牵引逆变器

• 特性：

- 低导通电阻与高可靠性

- 车载裸片

- 通过AEC-Q100认证

- 漏极—源极电压额定值：VDSS＝1200 V

- 漏极电流（DC）额定值：ID＝（229）A^[8]

- 低导通电阻：

RDS(ON)＝7.2 mΩ（典型值）（VGS＝＋18 V、Ta＝25 °C）

RDS(ON)＝12.1 mΩ（典型值）（VGS＝＋18 V、Ta＝175 °C）

• 主要规格：

（除非另有说明，Ta＝25 °C）

器件型号				X5M007E120
封装	东芝封装名称			2-7Q1A
封装	尺寸（mm）		典型值	6.0×7.0
绝对最大值额定值	漏极—源极电压VDSS（V）			1200
	栅极—源极电压VGSS（V）			＋25／–10
	漏极电流（DC）ID（A）			（229）[8]
	漏极电流（脉冲）ID Pulse（A）			（458）[8]
	通道温度Tch（°C）			175
电气特征	栅极阈值电压 Vth（V）	VDS＝10 V、 ID＝16.8 mA	典型值	4.0
	漏源导通电阻 RDS(on)（mΩ）	ID＝50 A、 VGS＝＋18 V	典型值	7.2
	漏源导通电阻 RDS(on)（mΩ）	ID＝50 A、 VGS＝＋18 V、 Ta＝175 °C	典型值	12.1
	正向电压 VSD（V）	ISD＝50 A、 VGS＝–5 V	典型值	–1.21
	正向电压 VSD（V）	ISD＝50 A、 VGS＝–5 V、 Ta＝175 °C	典型值	–1.40
	内部栅极电阻 rg（Ω）	开路漏极、 f＝1 MHz	典型值	3.0