理想、东芝公布2项SiC新技术

2025年6月1-5日，第37届ISPSD会议在日本熊本市举办，理想汽车在大会上发表了题为《Analysis on BVDSS Outlier Chips and Screening Technology for 1.2 kV Automotive SiC MOSFETs》（1200V汽车级碳化硅MOSFET芯片击穿电压离群芯片的分析与筛选技术研究）的论文。

碳化硅芯片

这篇论文来自理想汽车自研SiC芯片团队，通过大量的流片验证和测试分析，发现了一类隐藏极深的“问题芯片”——在严苛的工作环境下，这类芯片会存在突然烧毁的风险。但是，这类芯片由于满足目前行业内现有的各种测试标准，是被当作合格产品流入下游领域的（包括汽车应用）！

这篇论文通过层层剖析，不仅展示了芯片是怎样失效的，为什么会失效，还告诉大家“CT机”怎么制造，从而可以具备透视能力，将这类问题芯片挑出来。文章最后，还开出了从根本上解决问题的“药方”——从碳化硅晶体生长工艺着手。这些对整体提升产业内SiC芯片的可靠性表现具有重要意义！

6月4日，东芝公告称，公司利用自主研发的“小型芯片布局设计技术”和“基于AI设计优化技术”，开发出了一种“树脂绝缘型SiC功率半导体模块”，该模块可显著提高使用“树脂”作为绝缘基板的SiC功率模块的功率密度（单位面积的功率处理能力）。

无论何种绝缘类型（包括陶瓷）的功率模块都会发热，因此，当将其装入功率转换器时，需要冷却装置来散热并降低功率损耗。树脂绝缘基板具有比陶瓷更难散热的特性，因此需要大型冷却装置来保持高性能，但这又带来了另一个问题：设备尺寸会变得更大。

因此，东芝将模块上搭载的SiC功率半导体芯片的面积做得比以前更小，并增加了芯片的搭载数量，使其分布在整个模块上。由于芯片的散热面积呈放射状向模块底部的散热器方向扩散，因此，增加芯片数量可以扩大散热面积，从而提高热阻。

图1：通过分布小芯片扩大散热面积

另一方面，如果芯片位置不当，散热区域就会发生干扰，无法有效扩大散热面积。此外，随着芯片数量的增加，模块设计参数也会随之增加，难以实现兼顾寄生电阻和开关损耗等电气和热特性的全面优化设计。因此，东芝利用自主研发的AI优化算法，优化芯片位置、芯片安装铜箔布局等模块设计参数，成功改善了热阻、寄生电阻和开关损耗，并在芯片数量增加的情况下扩大了最大散热面积。

图2：模块设计参数优化示意图及优化后模块特性的变化

使用优化的设计参数制作出试制模块结构后，与以往的陶瓷绝缘SiC功率模块相比，树脂绝缘SiC功率模块的热阻降低了21%，寄生电阻降低了21%，开关损耗降低了19%。高热阻是树脂绝缘SiC功率模块存在的问题，而此技术不仅大幅改善了热阻，还改善了寄生电阻和开关损耗，其性能实际上超越了陶瓷绝缘SiC功率模块。基于这些结果，东芝估算了将开发的模块应用于常用逆变器时冷却系统尺寸的缩小效果，并试算得出冷却系统尺寸可缩小61%。

图3：开发的SiC功率模块的外观及由此带来的特性改进

此技术可实现功率转换器的小型化，从而减少安装空间和成本，并有望通过电动汽车和可再生能源的进一步普及为实现碳中和做出贡献。

来源：有个理想、东芝官网

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