众所周知，封装技能是让宽带隙 (WBG) 器材发挥潜力的关键所在。碳化硅器材制作商一向在快速改善器材技能的功用表征，如单位面积的导通电阻 (RdsA)，一起同步下降电容以完成快速开关。新的分立封装行将推出，它能让用户更好地运用宽带隙快速开关功用。可用的规范模块越来越多，并且有越来越多的新先进技能经过完成快速开关、下降热阻与前进可靠性来前进产品价值。
器材技能
SiC 肖特基二极管销售额占了 SiC 销售额的 50% 以上，其间大部分是 650V、1200V 和1700V 等级。650V 二极管用于计算机、服务器和电信电源内的功率因数校对电路 (PFC) 以及高压电池充电器内的副边整流器。1200V 和 1700V 二极管用于太阳能升压电路、变换器、焊接和工业电源中的各种电路。
与硅快速康复二极管比较，SiC 肖特基二极管的 QRR 下降更大，然后使得硬开关接连导电电路中的半桥电路或斩波电路开关的 EON 损耗下降。因为纯肖特基二极管在雪崩和正向浪涌条件下的缺乏，大部分制作商都供给 JBS 二极管，并增加了 PN 结，既将肖特基界面屏蔽于高场之外，以下降漏电，又改善雪崩稳定性，一起答应在浪涌条件下完成 PN 结双极注入然后下降前向压降。
一般来说，SiC 二极管的浪涌才能要远远低于硅快速康复二极管，很大一个原因是在浪涌条件下有很大的开态压降。关于硅而言，该压降或许只要 1-2V，而关于 SiC 而言，或许到达 4-6V。因为 SiC 二极管晶粒要小得多，这种状况带来了散热应战。制作商选用圆片减薄技能来下降开态压降，并下降热阻。TO 和 DFN 封装中选用了先进的晶粒粘接计划，如银 (Ag) 烧结，然后最大程度削减热阻和阻挠在浪涌条件下消融，而消融在传统结中十分常见。这种特功用在约 8-12 倍额外电流下供给足够浪涌才能。
从制品和电流额外值看，UnitedSiC 有 100A，1200V 和 200A，650V 两种二极管可用于功率模块中。还有多种契合 AEC-Q101 要求的银烧结（无 Pb，环保）二极管，可以用于轿车运用。
SiC 晶体管技能
图 1 显现的是用于功率转化的 650V 高功用 FET 的占商场干流的首要器材结构，氮化镓 (GaN) HEMT（高电子迁移率晶体管）是其间仅有的两个源级端子都在晶片上外表的横向器材。硅基超结器材运用电荷平衡原理，其间，持平的 N 柱和 P柱掺杂质使得总净电荷根本为零，因而可以快速耗费电压支撑，即便为了下降电阻而对 N 柱进行许多掺杂也是如此。2000 年至 2018 年，单位面积选用的 N 柱有所增加，然后协助将导通电阻下降到了传统无电荷平衡的硅束缚的近十分之一。硅基超结技能的年销售额超越 10 亿美元，单位面积导通电阻 (RdsA) 值低至 8mΩ-cm2，处于职业前沿，而其他技能的单位面积导通电阻 (RdsA) 值为 12-18mΩ-cm2。GaN HEMT 现在的开关行为十分超卓，它的 RdsA 现在处于 3-6mΩ-cm2 规模内。这些横向器材构建在硅衬底上，该衬底比 SiC 衬底廉价许多，可是现在的 GaN 器材仍比 Si 器材贵许多。现在还有 650V 的 SiC 沟槽式和平面式 MOSFET，其 RdsA 规模为 2-4mΩ-cm2。UnitedSiC 第 2 代沟槽式 JFET (UJC06505K) 的 RdsA 值到达了 0.75mΩ-cm2。这意味着 SiC JFET 晶粒体积可以到达硅晶粒的七分之一至十分之一，乃至可以远远小于 GaN 或 SiC MOSFET 结构。假如以完成与硅器材同本钱为方针，这一点十分重要。
图 1：硅基超结、GaN HEMT、碳化硅（SiC 平面式或沟槽式 MOSFET）和 SiC 沟槽式 JFET（结型场效应晶体管）中最常用的 650V 晶体管器材体系结构。大部分功率器材都是笔直的，为大电流电极供给空间。GaN HEMT 为横向器材，两个功率电极都坐落上外表
UnitedSiC FET 运用图 2 所示的共源共栅结构，将低本钱的 25V 硅 MOSFET 与常开 SiC JFET 封装到一起，构成可以与任何常关 MOSFET、IGBT 或 SiC MOSFET 一起运用的器材。该器材在续流二极管形式下的行为十分超卓，并且无需将反向并联硅快速康复二极管与 IGBT 或 SiC 肖特基二极管联用。
图 2：在 UnitedSiC 共源共栅 FET 中，一个 25V 硅 MOSFET 与 SiC JFET 一起封装，完成了常关运转，简化了栅极驱动，使得寄生二极管行为十分超卓。该器材可以刺进现有硅 MOSFET 和 IGBT 插槽，还能与一切类型的 SiC MOSFET 交换
图 3 比较了 IGBT、SiC MOSFET 和沟槽式 JFET 的结构。IGBT 是双极器材，翻开时拐点电压为 0.7V，到达拐点电压之后，因为电荷载流子注入，宽电压阻挠层的电阻下降。因为有必要去除这些载流子才能让器材回来阻挠状况，所以会有不行见的“开关”损耗，且损耗远远大于选用 SiC MOSFET 构成的损耗。在这种状况下，UnitedSiC 共源共栅产品的碳化硅单位面积电阻极低，乃至可以直接刺进 IGBT 插槽中而无需更改栅极驱动，然后取得更好的能效。如上篇文章所述，SiC MOSFET 和 SiC Cascode FET 导电过程中没有拐点电压，因而即便在低频运用中也能前进能效。
图 3：在 1200V 及更高电压下，选用硅时最常见的器材结构是电场停止型 IGBT。图中还显现了 SiC MOSFET 和 SiC 沟槽式 JFET 的结构。SiC 器材选用厚度只要十分之一的电压阻挠层以及 100 倍高的掺杂度，然后完成低电阻。硅 IGBT 经过在开态中注入存储的电荷来下降电阻，且在每次开关循环中有必要加载和去除电荷
图 4 深化介绍了现在商场上的各种 SiC 晶体管计划。大部分供货商供给 SiC 平面式 MOSFET，还有一部分推出了沟槽式 MOSFET。一切 SiC MOSFET 的沟道迁移率都差（大约比硅差了 15-30 倍），可是因为沟道的晶体定向，沟槽式 MOSFET 的迁移率比较好。沟槽式 JFET 有一个迁移率十分高的体沟道，使得额外电压为 650V-1700V 的器材中单位面积的电阻较低。
图 4：SiC 平面式和沟槽式 MOSFET 以及 SiC 沟槽式 JFET 的器材结构。MOSFET 的栅氧化层下有一个沟道，可经过给栅极施加电压感应到。JFET 沟道在无电压的状况下也存在，可以经过对栅极-源级 PN 结施加反相偏压而掐断。沟槽式 JFET 中的低电阻是由体沟道带来的，无需将栅氧化层屏蔽在高场强之外
SiC 器材的运转电场的场强一般是硅器材的 10 倍，这是由厚度只要硅器材十分之一的根底电压支撑层构成的。尽管这对 JFET 等体沟道器材不构成问题，可是关于 MOSFET 中的氧化物/SiC 界面处而言，有必要细心留意，防止各种程度的氧化应激，因为氧化应激或许导致运转寿数缩短或故障率过高。在平面式和沟槽式 JFET 中，经过屏蔽栅氧化层来办理电场会不行防止地导致导通电阻的进一步前进。
SiC JFET 电阻现在十分低，在一切 650V 等级器材中以及 30-40% 的 1200V 等级器材中，器材所用的 SiC 衬底的电阻占了总电阻的 50% 以上。为此，晶片的厚度从开端的 350um 降至 100-150um，并运用专利办法构成激光辅佐的反面触点。推行这种技能并改善单元规划估计会将导通电阻进一步下降至 0.5mΩ-cm2 (650V) 和 1.0mΩ-cm2 (1200V)。因而，本就因敏捷扩展的产值而下降的 SiC 本钱很或许会因这些技能改善而进一步下降。
现在出产的大部分晶片都是 6 英寸晶片，8 英寸晶片的出产作业也现已开端了。少量额外电流为 100A-200A 的器材现已有售。UnitedSiC 现在出产 9mohm，1200V 堆叠式共源共栅芯片 (5.7×6.3mm) 和 5.7m，1700V 芯片 (8x8mm)。这些大电流器材可以经过下降并联所需器材数量来简化大电流模型。
封装技能
SiC 器材即可作为独立器材供给也可在需求大功率电平常置于功率模块中。现在的商场干流产品为独立的功率器材，不过模块的商场份额正在敏捷增长。
图 5 显现了 SiC 二极管和晶体管的各种可用独立封装。UnitedSiC 在不断敏捷增加封装类型，为功率电路规划师供给他们所需的能满意体系束缚的各种挑选。简直一切这些封装都是众所周知的职业规范封装，与硅器材合作运用且运用广泛。尽管封装的形状系数坚持不变，可是内部可以增加许多增强功用，以更好地运用 SiC 器材的才能。
图 5：SiC 二极管和晶体管的典型可用封装选项系列，额外功率从左到右顺次递加。2A 至 200A 器材有独立外形。因为支撑十分快的开关速度，源级开尔文封装会让 SiC 晶体管体现杰出
简直一切的 UnitedSiC 二极管和晶体管都运用银烧结的办法将 SiC 晶粒粘接到引脚框架上。在使芯片变得更薄的一起，这种办法还能协助战胜因为芯片体积变小发生的热阻难题。
近期推出的 SiC TO247-4L、D2PAK-7L 和 DFN8x8 器材可协助战胜部分栅极驱动问题，这些问题与快速开关和运用更老练的 D2PAK-3L、TO220-3L 和 TO247-3L 等有大型常见源级电感的封装相关。尽管传统的 3 引脚封装是工业范畴的主力产品，可是它正在让坐落“开尔文源级”封装，因为这种封装支撑愈加明晰和快速的开关且影响很小或许没有影响。
共源共栅器材对因修正栅极电阻构成的时间短封闭的操控才能一般十分有限，尤其是在延迟时间较长并导致电路运转搅扰时。为办理这一点，UnitedSiC 供给了具有不同速度规模的器材，器材内部经过预先调整，以习惯某个最大开关速度（UJ3C 和 UF3C 系列）。假如电路饱尝过渡电压过冲或电源环路振铃，则选用小 RC 缓冲电路会十分有用，且能将耗费影响减到最低。UnitedSiC 网站上供给了用户攻略，为用户供给了栅极驱动和缓冲电路主张，让器材更易用。
鉴于比较硅器材，SiC 器材的电流密度越来越大，从顶部源级端子提取电流的封装技能也在不断前进。铝条带键合、运用铜缓冲的粗铜引线键合、运用铜夹的无接线封装等都是可以延伸独立封装和功率模块中的 SiC 晶体管功率循环寿数的重要新式办法。
估计嵌入式封装能让低电感体系结构未来有更大改善空间，乃至能整合驱动器和电容，然后经过尽或许下降电感来前进快速开关功率。
许多功率模块正在纷繁涌入商场，包含 Easy-1B/2B 这样的较小模块和规范 IGBT 中的较大模块，如 34mm 和 62mm 占板空间以及 Econodual 款式模块。在电动车逆变器方面，许多技能正在针对 SiC 进行优化，包含带翅片式散热器的混合封装式模块和双面冷却选项。图 6 显现的是 Semikron 提出的超低电感模块，它能完成十分快的开关速度且过冲电压可控。图 7 显现的是 Apex 制作的含半桥驱动器和 FET 的 SIP 模块，及其在运用 UnitedSiC 35mohm，1200V 堆叠式共源共栅产品时的相应高速开关波形。
图 6：2017 年 Semikron 展现的 400A，1200V 模块，其回路电感仅为 1.4nH。磁通相抵的低电感规划有助于 SiC 充分发挥开关速度的优势，可在体系层面上完成功用前进和本钱下降
图 7：含 UnitedSiC 35m，1200V 堆叠式共源共栅器材和内置半桥驱动器的 SIP 模块，正在 40A，800V 且上升和下降时间极短的条件下进行开关作业。尽管选用紧凑的高频规划，可是这种前进不只让运用高速器材变得更简略，并且因为缩小了无源器材，体系层面取得了很大的本钱优势
人们一向以为，SiC 器材会对电压较高的运用发生很大影响。第一批坐落 XHP 型占板空间中的 3300V 和 6500V 模块现已发布，而 10kV 模块也行将诞生。UnitedSiC 运用超共源共栅技能这一共同办法进入此范畴，它将 1700V 低电阻器材串联，打造电压更高的器材，且一切器材都由坐落结尾的一个低压 FET 操控。已证明该办法具有很高的可扩展性，能完成 3300V – 20kV 的模块，而无需高压芯片。这对高压固态断路器和施行连接到中压电网的固态变压器都十分有用。
定论
SiC 器材和封装技能还在持续快速开展，促进在许多快速开展的终端商场运用中的商场选用率不断前进。这将推进许多不同方向的新宽带隙产品开发，如用于直流转化的极高速开关器材、电动车车载充电器、服务器电源、电感损耗十分低的电动车逆变器模块。许多具有这种改善的宽带隙器材才能的新一代体系规划现在正处于开发阶段，SiC 技能必将使得商场上的全体功率功用和能效更上一层。
