近日，東芝發(fā)布公告表示，其基于自主研發(fā)的“小型芯片布局設(shè)計(jì)技術(shù)”和“基于AI設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)”，開(kāi)發(fā)出了一種“樹(shù)脂絕緣型SiC功率半導(dǎo)體模塊”，能顯著提高使用“樹(shù)脂”作為絕緣基板的SiC功率模塊的功率密度（單位面積的功率處理能力）。
東芝介紹，無(wú)論何種絕緣類(lèi)型（包括陶瓷）的功率模塊都會(huì)發(fā)熱，因此，當(dāng)將其裝入功率轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要冷卻裝置來(lái)散熱并降低功率損耗。樹(shù)脂絕緣基板具有比陶瓷更難散熱的特性，因此需要大型冷卻裝置來(lái)保持高性能，但這又帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題：設(shè)備尺寸會(huì)變得更大。
因此，東芝將模塊上搭載的SiC功率半導(dǎo)體芯片的面積做得比以前更小，并增加了芯片的搭載數(shù)量，使其分布在整個(gè)模塊上。由于芯片的散熱面積呈放射狀向模塊底部的散熱器方向擴(kuò)散，因此，增加芯片數(shù)量可以擴(kuò)大散熱面積，從而提高熱阻。
圖片來(lái)源：東芝
如果芯片位置不當(dāng)，散熱區(qū)域就會(huì)發(fā)生干擾，無(wú)法有效擴(kuò)大散熱面積。此外，隨著芯片數(shù)量的增加，模塊設(shè)計(jì)參數(shù)也會(huì)隨之增加，難以實(shí)現(xiàn)兼顧寄生電阻和開(kāi)關(guān)損耗等電氣和熱特性的全面優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，東芝利用自主研發(fā)的AI優(yōu)化算法，優(yōu)化芯片位置、芯片安裝銅箔布局等模塊設(shè)計(jì)參數(shù)，成功改善了熱阻、寄生電阻和開(kāi)關(guān)損耗，并在芯片數(shù)量增加的情況下擴(kuò)大了最大散熱面積。
使用優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)制作出試制模塊結(jié)構(gòu)后，與以往的陶瓷絕緣SiC功率模塊相比，樹(shù)脂絕緣SiC功率模塊的熱阻降低了21%，寄生電阻降低了21%，開(kāi)關(guān)損耗降低了19%。高熱阻是樹(shù)脂絕緣SiC功率模塊存在的問(wèn)題，而此技術(shù)不僅大幅改善了熱阻，還改善了寄生電阻和開(kāi)關(guān)損耗，其性能實(shí)際上超越了陶瓷絕緣SiC功率模塊。
圖片來(lái)源：東芝
基于這些結(jié)果，東芝估算了將開(kāi)發(fā)的模塊應(yīng)用于常用逆變器時(shí)冷卻系統(tǒng)尺寸的縮小效果，并試算得出冷卻系統(tǒng)尺寸可縮小61%。
此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換器的小型化，從而減少安裝空間和成本，并有望通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源的進(jìn)一步普及為實(shí)現(xiàn)碳中和做出貢獻(xiàn)。
（集邦化合物半導(dǎo)體整理）
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