本文探討了近期在碳化硅 (SiC) MOSFET 器件封裝與設計方面的進展，重點關注頂部冷卻封裝方案及其在提升熱性能、降低開關損耗方面的作用，以及開爾文源極連接結構對高頻應用效率的優化效果。同時分析了新一代 SiC MOSFET 器件在平衡特定導通電阻 (Rsp) 與短路耐受時間 (SCWT) 方面的結構設計思路。

Power Master 擴展了其增強型碳化硅 (eSiC) MOSFET 產品系列，新增了符合 AEC-Q101 標準的高性能頂部冷卻封裝選項。這些封裝包括 TSPAK DBC 版本和 LF 版本，主要面向汽車和工業應用。

這些器件采用 14mm x 18.58mm 的行業標準尺寸，并集成了開爾文源極連接設計，該設計有助于提升熱性能并降低柵極噪聲。這一方案降低了導通損耗，從而支持更高的功率密度和更高頻率的運行。

該封裝方案結合其新一代 1200V eSiC MOSFET (Gen2) 技術，優化了特定導通電阻 (Rsp) 與短路耐受時間 (SCWT) 之間的權衡關系。與前代產品相比，新型 1200V eSiC MOSFET 的開關損耗降低了 45%，導通電阻 (RDS(ON)) 降低了 20%，短路耐受時間 (SCWT) 提高了 15%。

頂部冷卻封裝方案

其開發的頂部冷卻封裝旨在滿足高壓應用的嚴格要求。為實現 3.6kV 的隔離電壓和所需的寬爬電距離，設計中采用了如細長凹槽形狀等方案。

Power Master 總監崔元碩 (Wonsuk Choi) 表示，經過設計優化，該封裝的實際隔離電壓超過 5kV，為安全性和可靠性提供了裕量。這些方案在緊湊設計中兼顧了絕緣和安全需求，提升了產品性能。

第二代 1200V eSiC MOSFET

新一代 1200V eSiC MOSFET 在器件性能上有所提升，特別是在特定導通電阻 (RDS(on)) 和短路耐受時間 (SCWT) 方面。這些改進通過一種新的器件結構實現，該結構平衡了 SiC 技術中固有的權衡關系。

崔元碩解釋道：“溝道電阻是 RDS(on) 的主要來源，可通過縮小元胞間距來有效降低。然而，縮小元胞間距通常需要減小 JFET 區寬度，這又會因電流路徑變窄而增加 JFET 電阻。新結構采用特定的摻雜分布，使得在較窄的 JFET 寬度下也能實現較低的 JFET 電阻。同時，縮窄 JFET 寬度還能通過限制高漏極偏壓下的飽和電流來提升短路耐受能力。”

這種方法旨在提升器件在常見熱應力和機械應力的嚴苛汽車環境中的效率和耐用性。

崔元碩提到：“新型 1200V eSiC M2 MOSFET 采用新的器件結構，在降低特定導通電阻 (Rsp) 的同時，也提高了短路耐受時間 (SCWT)。”

TSPAK 封裝中的開爾文源極連接

TSPAK 封裝為車載充電器 (OBC)、DC-DC 轉換器和電動壓縮機等多種汽車應用提供了良好的熱性能、效率、功率密度和可靠性。

專為車載充電器 (OBC) 和 DC-DC 轉換器等高頻應用設計，TSPAK 封裝集成了開爾文源極連接，通過降低導通損耗來優化效率。

崔元碩說明：“在用于 OBC 的圖騰柱功率因數校正 (TP-PFC) 等拓撲中，開爾文源極連接有助于提升性能。對于開關頻率較低但 EMI 要求嚴格的電機驅動應用，TSPAK 的開爾文源極連接能提供更純凈的柵源驅動電壓信號，通過降低源極電感的影響，便于滿足柵極電壓限制要求。這使得 TSPAK 能適應不同應用場景，兼顧 EMI 性能和效率。”

據崔元碩介紹，TSPAK 的目標應用既包括開關頻率較低、導通損耗為主的電機驅動(如電動壓縮機)，也包括開關頻率較高、開關損耗為主的車載充電器 (OBC)。

擴展能力與規劃

鑒于工業電源轉換和電動汽車對 800V 系統的需求增長，Power Master 正在提升其制造能力。

頂部冷卻封裝技術與開爾文源極配置的結合，為 SiC MOSFET 在高頻、高功率密度應用中的熱管理和開關損耗控制提供了有效解決方案。

同時，新一代 SiC MOSFET 器件通過精細的元胞和 JFET 區結構優化，在降低 RDS(on) 和提升 SCWT 這一對矛盾指標上取得了平衡。這些技術進步共同推動了 SiC 功率器件在電動汽車電驅系統、車載充電、DC-DC 轉換及工業電源等領域的更廣泛應用。