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基本半导体推出PD快充用碳化硅二极管:极致小尺寸 国内首创

2020年,当大部分快充电源厂商还在探索65W氮化镓快充市场时,倍思开创性地推出了业界首款120W氮化镓+碳化硅快充充电器。也正是这款产品,第一次将“碳化硅快充”从设想变为现实,开启了碳化硅在快充领域商用的大门。

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图1:SMBF封装碳化硅肖特基二极管

针对PD快充“小轻薄”的特点,碳化硅功率器件领先企业基本半导体在国内率先推出SMBF封装碳化硅肖特基二极管新品,该产品具有体积小、正向导通压低和抗浪涌能力强等特点,能很好地满足PD快充对器件的特殊需求。

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图2:基本半导体SMBF封装碳化硅二极管发布会

更小体积

在PD这种极度紧凑的应用中,PCB面积极其珍贵,超薄型PD快充通常优先选择厚度低于2mm的表贴器件。

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图3:SMBF封装碳化硅二极管实物

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图4:SMBF尺寸图

基本半导体SMBF封装碳化硅肖特基二极管最大的优点就是在PCB上的占用面积小,仅为19mm?,其长宽高分别为5.3mm*3.6mm*1.35mm,比SMB封装(厚度2.3mm)更薄,比DFN系列封装和TO-252封装面积更小。

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表1:几种常用的紧凑型二极管封装尺寸对比表

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图5:几种常用的紧凑型二极管封装实物对比

基于不同功率的需求,客户可以灵活地选择采用3A/4A的器件,或者并联使用(碳化硅肖特基二极管的VF为正温度系数,适合并联)。综合来说,从厚度以及PCB占用面积来看,SMBF的尺寸更契合PD“小轻薄”的特点。

采用Clip Bond焊接工艺

SMBF封装碳化硅肖特基二极管采用Clip Bond焊接工艺,该工艺将器件的引线框架与芯片的上下表面分别进行焊接实现连接。与传统的芯片上表面打铝绑定线的连接技术相比, Clip Bond工艺具有以下技术优势:

芯片上下表面与管脚的连接采用固体铜片焊接,上表面用铜片铝绑定线,可以获得更低的封装电阻、更高的通流能力和更好的导热性能;这实际上是一种芯片的双面散热的方式,导热效率明显提升。产品外形与传统SMB器件接近,PCB布局上两者可以兼容,实现应用端的无缝替代。

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图6:SMBF截面示意图

低正向导通压降

基本半导体TO-252封装B1D04065E型号碳化硅肖特基二极管已在PD行业批量应用,此次新推出的SMBF封装B2D04065V产品与之相比具有更低的正向导通电压(参见表2)。

值得注意的是,B1D04065E为基本半导体第一代碳化硅二极管产品,B2D04065V为第二代碳化硅二极管,其主要改进点是采用了衬底减薄工艺,使二极管的VF显著下降。

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表2:B1D04065E和B2D04065V导通压降对比

B1D04065E: △VF(Tj=150℃- Tj=25℃ )=0.25V;

B2D04065V: △VF(Tj=150℃- Tj=25℃ )=0.20V;

通过对比SMBF和TO-252的△VF ,△VF –SMBF" data-textnode-index="46" data-index="1160" data-modify-id="1618409388" style="box-sizing: inherit; -webkit-font-smoothing: antialiased; word-break: break-word; overflow-wrap: break-word; margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;"><△VF –TO-252 ,B2D04065V的VF和Tj的依赖性更好,高温下的导通损耗更低。

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图7:IF VS. VF特性图

高浪涌电流能力IFSM

在PFC电路中,升压二极管需要应对电网接入瞬间的电流冲击。全球电网工频主要采用50Hz和60Hz,以50Hz工频电网为例,其一个周期内半波脉宽为10ms,器件应用在50Hz电网对应的PFC电路中时,需要标定10ms正弦波浪涌电流能力IFSM,而应用在60Hz电网对应的PFC电路中时,需要标定8.3ms正弦波浪涌电流能力。

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图8:PFC电路升压二极管浪涌冲击示意图

设备接入电网瞬间,PFC升压电流中的滤波电容近似短路,电网电压接入后,会形成上图中的红色电流路径(路径之一);冲击电流的大小同电压接入的时间点有直接关联;当设备接入电网时,二极管开始承受冲击电流,在正弦波波峰承受的冲击电流最大。

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表3:B1D04065E和B2D04065V浪涌电流能力IFSM对比

 基本半导体首款基于SMBF封装650V 4A的碳化硅肖特基二极管已经面世,650V系列将逐步推出2-6A规格产品。

基本半导体掌握国际领先的碳化硅核心技术,研发覆盖碳化硅功率器件的材料制备、芯片设计、晶圆制造、封装测试、驱动应用等全产业链,先后推出全电流电压等级碳化硅肖特基二极管、通过工业级可靠性测试的1200V碳化硅MOSFET、车规级全碳化硅功率模块等系列产品,性能达到国际先进水平。其中650V碳化硅肖特基二极管产品已通过AEC-Q101可靠性测试,其他同平台产品也将逐步完成该项测试。

基本半导体碳化硅功率器件产品被广泛应用于新能源、电动汽车、智能电网、轨道交通、工业控制、国防军工及消费电子领域。

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