I nuovi dispositivi offrono bassa resistenza ed elevata affidabilità per gli inverter di trazione automotive.
Toshiba Electronics Europe ha sviluppato nuovi MOSFET in carburo di silicio (SiC) da 1200 V che offrono una bassa resistenza in conduzione (RDS(ON)) e alti livelli di affidabilità.
I dispositivi sono particolarmente adatti alle applicazioni all’interno degli inverter di trazione per automotive. I MOSFET sono già disponibili e vengono spediti come campioni di test in formato bar die, consentendo ai clienti di personalizzarli in base ai requisiti delle proprie applicazioni.
Il nuovo X5M007E120 utilizza un processo produttivo che riduce la resistenza di ON per unità di superficie fino al 30 %. Diversamente dai metodi esistenti che utilizzano una struttura striped-pattern, i nuovi dispositivi dispongono i diodi a barriera Schottky (SBD) incorporati, secondo una disposizione check-pattern per ottenere una resistenza di conduzione inferiore.
Molti MOSFET SiC presentano una resistenza di ON superiore perché i diodi interni vengono eccitati durante la conduzione inversa, dando origine a problemi di affidabilità.
I MOSFET SiC di Toshiba riducono questo problema inibendo il funzionamento dei diodi interni grazie alla nuova struttura. Questo approccio garantisce la riduzione della resistenza di ON assicurando al contempo l’affidabilità in fase di conduzione inversa.
Con i motori elettrici che consumano oltre il 40 % dell’energia elettrica nel mondo, un funzionamento efficiente è essenziale per la sostenibilità. La nuova configurazione dei diodi SBD all’interno di questo dispositivo ha eliminato l’eccitazione del diodo interno e il limite superiore di funzionamento unipolare risulta aumentato fino a circa il doppio senza incrementare l’area di montaggio dei diodi SBD. Inoltre, la densità del canale risulta maggiore.
Questi miglioramenti contribuiscono all’efficienza energetica nelle applicazioni, compresi gli inverter di controllo dei motori.
La riduzione della RDS(ON) all’interno di un MOSFET SiC può causare un flusso di corrente in eccesso durante il funzionamento in cortocircuito. Adottando una struttura a barriera profonda, il nuovo X5M007E120 riduce i sovraccarichi di corrente all’interno della sezione MOSFET e la corrente di dispersione nella sezione dei diodi SBD durante il funzionamento in cortocircuito. Ciò consente di ottenere una durata superiore durante le condizioni di cortocircuito, mantenendo alti livelli di affidabilità in fase di funzionamento a conduzione inversa.
Il nuovo X5M007E120 è caratterizzato da una VDSS di 1200 V e presenta una corrente di drain (ID) nominale di 229 A in continua, con 458 A in funzionamento impulsato (ID Pulse).
La RDS(ON) è di appena 7,2 mΩ e il dispositivo è in grado di funzionare con temperature di canale (Tch) fino a 175°C. I MOSFET sono qualificati in base allo standard AEC-Q100 per applicazioni automotive.
I campioni di progettazione del nuovo X5M007E120 verranno prevedibilmente consegnati nel corso del 2025, mentre l’inizio della produzione in volumi è previsto nel 2026.
Figura 1. Aspetto del die (vista dall’alto) e circuito interno.
Figura 2. Diagrammi schematici di MOSFET con SBD embedded striped-pattern e MOSFET con SBD embedded check-pattern.
Figura 3. Valori misurati della densità di corrente critica della conduzione unipolare e della resistenza di ON dei MOSFET con SBD embedded striped-pattern e MOSFET con SBD embedded check-pattern (dato Toshiba).
Figura 4. Confronto tra i tipici MOSFET SiC e i MOSFET SiC Toshiba (MOSFET con SBD embedded).
Figura 5. Diagrammi schematici dei MOSFET con SBD embedded check-pattern e MOSFET con struttura deep-barrier.
Figura 6. Valori misurati dei tempi di tenuta al cortocircuito e della resistenza ON dei MOSFET con SBD embedded striped-pattern e MOSFET con struttura deep barrier (dati Toshiba).
