2020年,當(dāng)大部分快充電源廠商還在探索65W氮化鎵快充市場時,倍思開創(chuàng)性地推出了業(yè)界首款120W氮化鎵+碳化硅快充充電器。也正是這款產(chǎn)品,第一次將“碳化硅快充”從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實,開啟了碳化硅在快充領(lǐng)域商用的大門。
針對PD快充“小輕薄”的特點,碳化硅功率器件領(lǐng)先企業(yè)基本半導(dǎo)體在國內(nèi)率先推出SMBF封裝碳化硅肖特基二極管,該產(chǎn)品具有體積小、正向?qū)▔旱秃涂估擞磕芰?qiáng)等特點,能很好地滿足PD快充對器件的特殊需求。
更小體積
在PD這種極度緊湊的應(yīng)用中,PCB面積極其珍貴,超薄型PD快充通常優(yōu)先選擇厚度低于2mm的表貼器件。基本半導(dǎo)體SMBF封裝碳化硅肖特基二極管最大的優(yōu)點是在PCB上的占用面積小,僅為19mm2,其長寬高分別為5.3mm*3.6mm*1.35mm,比SMB封裝(厚度2.3mm)更薄,比DFN系列和TO-252封裝面積更小。 基于不同功率的需求,客戶可以靈活地選用3A/4A的器件,或者并聯(lián)使用(碳化硅肖特基二極管的VF為正溫度系數(shù),適合并聯(lián))。總的來說,從厚度以及PCB占用面積來看,SMBF的尺寸更契合PD“小輕薄”的特點。
圖2:SMBF尺寸圖
表1:幾種常用的緊湊型二極管封裝尺寸對比表
采用Clip Bond焊接工藝
SMBF封裝碳化硅肖特基二極管采用Clip Bond焊接工藝,該工藝將器件的引線框架與芯片的上下表面分別進(jìn)行焊接實現(xiàn)連接。與傳統(tǒng)的芯片上表面打鋁綁定線的連接技術(shù)相比, Clip Bond工藝具有以下技術(shù)優(yōu)勢:
芯片上下表面與管腳的連接采用固體銅片焊接,上表面用銅片鋁綁定線,可以獲得更低的封裝電阻、更高的通流能力和更好的導(dǎo)熱性能;這實際上是一種芯片的雙面散熱的方式,導(dǎo)熱效率明顯提升;
產(chǎn)品外形與傳統(tǒng)SMB器件接近,PCB布局上兩者可以兼容,實現(xiàn)應(yīng)用端的無縫替代;
圖3:SMBF截面示意圖
低正向?qū)▔航?/strong>
基本半導(dǎo)體TO-252封裝B1D04065E型號碳化硅肖特基二極管已在PD行業(yè)批量應(yīng)用,此次新推出的SMBF封裝B2D04065V產(chǎn)品與之相比具有更低的正向?qū)妷海▍⒁姳?)。值得注意的是,B1D04065E為基本半導(dǎo)體第一代碳化硅二極管產(chǎn)品,B2D04065V為第二代碳化硅二極管,其主要改進(jìn)點是采用了襯底減薄工藝,使二極管的VF顯著下降。
表2:B1D04065E和B2D04065V導(dǎo)通壓降對比 B1D04065E: △VF(Tj=150℃- Tj=25℃ )=0.25V; B2D04065V: △VF(Tj=150℃- Tj=25℃ )=0.20V; 通過對比SMBF和TO-252的△VF ,△VF –SMBF》△VF –TO-252 ,B2D04065V的VF和Tj的依賴性更好,高溫下的導(dǎo)通損耗更低。
圖3:IF VS. VF特性圖
高浪涌電流能力IFSM
在PFC電路中,升壓二極管需要應(yīng)對電網(wǎng)接入瞬間的電流沖擊。全球電網(wǎng)工頻主要采用50Hz和60Hz,以50Hz工頻電網(wǎng)為例,其一個周期內(nèi)半波脈寬為10ms,器件應(yīng)用在50Hz電網(wǎng)對應(yīng)的PFC電路中時,需要標(biāo)定10ms正弦波浪涌電流能力IFSM,而應(yīng)用在60Hz電網(wǎng)對應(yīng)的PFC電路中時,需要標(biāo)定8.3ms正弦波浪涌電流能力。
圖4:PFC電路升壓二極管浪涌沖擊示意圖
設(shè)備接入電網(wǎng)瞬間,PFC升壓電流中的濾波電容近似短路,電網(wǎng)電壓接入后,會形成上圖中的紅色電流路徑(路徑之一);
沖擊電流的大小同電壓接入的時間點有直接關(guān)聯(lián);
當(dāng)設(shè)備接入電網(wǎng)時,二極管開始承受沖擊電流,在正弦波波峰承受的沖擊電流最大。
表3:B1D04065E和B2D04065V浪涌電流能力IFSM對比
基本半導(dǎo)體首款基于SMBF封裝650V 4A的碳化硅肖特基二極管已經(jīng)面世,650V系列將逐步推出2-6A規(guī)格產(chǎn)品。
基本半導(dǎo)體掌握國際領(lǐng)先的碳化硅核心技術(shù),研發(fā)覆蓋碳化硅功率器件的材料制備、芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試、驅(qū)動應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈,先后推出全電流電壓等級碳化硅肖特基二極管、通過工業(yè)級可靠性測試的1200V碳化硅MOSFET、車規(guī)級全碳化硅功率模塊等系列產(chǎn)品,性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。其中650V碳化硅肖特基二極管產(chǎn)品已通過AEC-Q101可靠性測試,其他同平臺產(chǎn)品也將逐步完成該項測試。
基本半導(dǎo)體碳化硅功率器件產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于新能源、電動汽車、智能電網(wǎng)、軌道交通、工業(yè)控制、國防軍工及消費電子領(lǐng)域。
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