详情
电动汽车的“吃鸡”装备,功率器件新宠
电动汽车的“吃鸡”装备,功率器件新宠
发布时间:2019-08-21 浏览次数: 146
关键词


面对第三代半导体材料,你准备好了么?

上篇:电动汽车的吃鸡装备

随着电动汽车等行业快速发展,功率器件的春天在逐渐来临。

而第三代半导体材料例如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等功率器件成了新能源汽车行业的新宠,其中碳化硅功率器件已经在多家汽车厂商中获得了应用,GaN功率器件的可靠性也已经达到了车规要求,在不久的将来也会成为商用车中的核心器件


一、电动汽车都有了哪些装备?

例如国外某电动车性能版本百公里加速为3.4秒,可谓秒天秒地。外媒也对该车和传统汽油跑车做了加速对比,结果电动汽车完胜。

这样的成绩是离不开第三代半导体器件的贡献,以Tesla为例,Tesla是第一家使用全SiC功率模块的汽车制造商,可谓第一个吃螃蟹的车厂。特斯拉逆变器由24个电源模块组成,这些电源模块组装在针翅式散热器上。每个模块包含两个SiC MOSFET,采用创新的芯片粘接解决方案,并通过铜夹直接连接在端子上,并通过铜基板散热

国内各家新能源厂商也不甘落后,新能源也成为了国家政策。作为科技部“十三五”新能源汽车专项标志性成果,在2019世界新能源汽车大会上,中车电动重磅展示了基于以上项目的车用SiC电机控制器、车用自主1200V SiC 芯片及模块、车用高温大电流SiC MOSFET双面银芯片技术等最新科技成果。

此外,第三代半导体材料另一大热门氮化镓(GaN)也渐渐通过商业认证,摩拳擦掌。

例如,美国Transphorm Inc.已经宣布,其第三代通过JEDEC认证的高电压GaN平台已通过汽车电子委员会(Automotive Electronics Council)汽车级离散半导体AEC-Q101标准的压力测试。

这一成果标志着该公司实现了第二个获得汽车认证的产品系列。并且,值得注意的是,第三代GaN平台在认证测试期间表现出了最高可靠性,能够在175°C的温度下运行。

另一个消费电子的例子是在我们日常使用的设备手机充电器,第三代半导体材料也是功不可没,例如Anker早在2018年就发布了基于氮化镓GaN元件的充电器,实际体积仅比iPhone 5W原装充电器稍大一些,拥有一个USB Type-C口,支持USB PD快充协议,最高功率为27W。

下面也给各位简单介绍下本文主人公,吃鸡装备:第三代半导体材料。



二、新装备为什么这么厉害

半导体产业发展至今经历了三个阶段:

第一代半导体材料以硅为代表;第二代半导体材料砷化镓也已经广泛应用,而第三代半导体是指以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、金刚石、氧化锌(ZnO)为代表的宽禁带半导体材料。

和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点,可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求。

和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有宽的禁带宽度,高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2ev),也称为高温半导体材料

碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等全新宽带隙材料能够支持大电压和高切换速度,在新兴大功率应用领域具有广阔前景

例如,IGBT可以作为众多应用的电子开关,并且其重要性持续增加。在高电压直流偏置条件下 (高达 3 kV),高击穿电压 (达 10 kV)、 大电流 (数千安培)、 栅极电荷以及连接电容表征和器件温度特征和 GaN器件电流崩溃效应测量功能都十分必要, 是推动新器件尽快上市的重要保证


三、面对市场不断更新,你准备好了么?

俗话说的好,严师出高徒,没有严格的测试也无法成就高性能的半导体器件。面对第三代半导体材料的IGBT, MOSFET等功率器件对于高电压,高电流的要求我们又应该怎么做呢?

下面几个测试项目和解决方案是调教第三代半导体器件的良方:

功率器件静态参数测试

功率器件动态参数测试

功率器件On-Wafer参数测试

电力电子器件建模

电力电子电路仿真平台

下面我将一一道来

1.功率器件静态参数测试

面对功率器件高压、高流的测试要求,Keysight可以提供B1505A和B1506A两套测试方案,可以支持晶圆和封装器件全参数测试:

1)测量所有IV参数(Ron、BV、泄漏、Vth、Vsat等)

2)测量高电压3kV偏置下的输入、输出和反向转移

电容

3)支持自动CV测试

4)测量栅极电荷(Qg)

5)电流崩塌测试

6)高低温测试功能(-50°C至+250°C)

2.功率器件动态测试

随着开关频率的不断增加,器件的开关损耗超过静态损耗成为主要功耗来源,器件的动态参数也成为评估器件性能的重要参数。

相对于器件的静态参数,动态参数主要表征的是器件在开启或关断瞬间的电学特性参数,其主要是寄生电阻和寄生电容在动态应用中,会引起充、放电过程,给电路实际工作带来一些限制同时也决定的器件的开关性能。

例如在毫米波超宽带 PA 测试中,发现测试附件会产生影响,比如毫米波频段使用的线缆和接头,相对于 6GHz 以下的低频段,一般存在更大的线性失真和不平坦性,如果是仪表内置校正方式,也很难应对,但是现场外部校正方式就可以把它们包含在校正数据里面,去除这些部分的影响。

是德科技最新发布的动态参数测试系统PD1500A涵盖的测试包括:

*标配高温测试功能,温度范围:室温—150°C

可扩展的测试功能

雪崩能量和短路能量的测试

GaN相关参数测试(包括Dynamic Ron)

1000A高功率模块测试(2X,4X, 6X 等)

3.功率器件On-Wafer参数测试

在封装之前, 晶圆上测量可以采集重要的工艺信息, 帮助节省大量的时间和资金,在晶圆上执行大功率器件测试的效率高于封装测量。

然而, 功率器件晶圆上测量必须解决电压与电流问题。B1505A 支持低残余电阻电缆以及能够连接所有常用大功率分析晶圆探头的连接器和适配器。

您可以使用 B1505A 执行此前无法实现的高达 200 A 和 10 kV 的大电流和高电压晶圆上测量, 以及高达 3 kV的晶圆上 IGBT/FET 电容与栅极电荷测量。

并且, B1505A 支持众多晶圆探头互锁机制, 可以确保晶圆上器件测试的


------转自是德科技------



Copyright © 2013 上海精测电子有限公司.All Rights Reserved 犀牛云提供企业云服务