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More Than JEDEC—为高可靠性而设计的碳化硅二极管
publisher:瞻芯电子 Release time:2025/01/12 Hits:172

碳化硅二极管产品系列主要应用于工业开关电源和新能源汽车电子领域,因此产品在严苛应用条件下的鲁棒性和可靠性,是产品设计和制造的重中之重。

瞻芯的技术开发团队,从设计阶段开始,就将鲁棒性和可靠性作为最核心的开发目标之一,并始终贯穿于产品的整个开发及量产过程。本文以1200V 10A的碳化硅二极管(IV1D12010T2)为例,简介瞻芯在开发过程中针对产品可靠性的设计考虑。

  1. 通过采用复合型终端结构设计,保障器件在过压工况下的鲁棒性:

垂直型高压功率器件需要有效的终端结构(Termination),来缓解芯片边缘区域的高电场,防止器件提前击穿。瞻芯的碳化硅二极管采用了不同于传统场限环(FLR)或扩展结(JTE)的复合型终端结构设计,使得器件雪崩击穿电压达到1600V以上,并且在6英寸晶圆上实现了>90%的合格率及优良的参数一致性。在自搭的burn-in老化系统上,经过1000h的长时间运行(Vbus=1000V,开关频率20kHz,结温100℃),击穿电压依然稳定无退化。

图1 1200V 10A碳化硅二极管的反向击穿特性

 

2. 通过采用新型三维元胞结构,实现业界领先的低漏电水平:
瞻芯的碳化硅二极管采用三维元胞结构,使器件能在不牺牲正向导通性能的前提下,实现极低的反向漏电。器件在常温下漏电流IR典型值约5uA@1200V;在200℃的极限高温下,漏电流IR也仅有约50uA@1200V。这意味着即使在200℃的极限高温下,二极管关断时给系统带来的损耗也不会超过60mW。如此之低的漏电水平,即使和国际大厂相比,也具有领先优势。

 

图2 1200V 10A碳化硅二极管高温下的漏电特性

 

图3 1200V 10A碳化硅二极管主要友商产品漏电IR对比

 

除此之外,高温下维持低漏电,也是器件能够长期在高温高压高湿等恶劣条件下可靠运行的重要保障。根据某著名光伏逆变器客户的要求,瞻芯碳化硅二极管顺利通过了1000小时的HV-H3TRB测试(85℃/85%RH/960V),漏电稳定无退化,实现了More Than JEDEC的可靠性保障。

图4 1000小时HV-H3TRB(85℃/85%RH/960V)后漏电IR依然稳定

 

3. 可靠的元胞设计和终端设计,使器件具有优秀的耐雪崩能力:
瞻芯的碳化硅二极管的极限雪崩耐量Eas高达250mJ,能够承受>30A的雪崩电流(测试电感L=0.5mH),这使得器件能够承受电源模块在开关机瞬间的过压过流工况。并且通过巧妙的元胞设计和终端设计,使雪崩击穿发生器件有源区,这意味着安培级的雪崩电流会均匀地流过整个芯片面积,这使得器件具有优秀的承受重复雪崩冲击的能力。

 

图5 1200V 10A碳化硅的雪崩耐量Eas测试结果

 

目前,瞻芯电子的碳化硅二极管已通过下表所列的全部可靠性测试项目,其中包括超过工规级JEDEC要求的HV-H3TRB。除此之外,我司的1200V/20A碳化硅二极管已经在北汽新能源的新能源汽车上连续运行了6000公里高寒适应性测试无故障,高温适应性测试也在进行中。瞻芯电子扎实的器件设计、稳定的工艺制程和严格的品质管控,将全方位地为每一颗碳化硅二极管产品可靠性保驾护航!

 

 

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