解析Wolfspeed顶部散热碳化硅功率器件

面对电力电子应用与日俱增的需求，高电压系统研发工程师正更多地转向采用碳化硅 (SiC) 方案，借助其固有的温度特性和开关性能优势。工程师们常常面临多方面的系统设计要求，包括需要具备多供应商兼容的封装，能够满足严格的功率密度限制、且可以应对散热设计受限的问题。

Wolfspeed 面向汽车和工业市场发布商业化量产的顶部散热封装器件，来扩展系统设计选项。U2 封装可作为对其他供应商生产的 MOSFET 的直接替代，为客户成熟的设计提供了采购灵活性，并改善了封装爬电距离，以支持 650 V 至 1200 V 系统的设计。

顶部散热 (TSC) 封装的系统级优势

大多数标准的表面贴装分立功率半导体器件通过与电路板 (PCB) 直接接触，从器件底部散热，PCB 下方附有散热器或冷却板。这种方法在许多不同的电力电子应用中都很常见，特别是在 PCB 安装和散热器设计不受到系统尺寸和重量严格限制的应用场合。

另一方面，顶部散热 (TSC) 器件通过封装的上表面散热。在顶部散热 (TSC) 封装内部，芯片直接焊接在顶部漏极铜框架上，芯片通过封装上表面导热到上方的散热器。相对于传统底部散热封装，顶部散热 (TSC) 封装可以实现更大的耗散功率和更优的散热性能，助力客户从容应对系统热设计要求。

顶部散热 (TSC) 设计还允许双面使用 PCB，因为 PCB 下表面不再需要用于散热器贴装。下图显示了标准底部散热 SMD 封装与 Wolfspeed 顶部散热 (TSC) 封装的热阻 (Rθ) 网络对比。将散热器从 PCB 热路径中移除不仅改善了整体系统热阻抗，还允许自动化组装，这可以提高生产效率，从而实现更高效和更具成本效益的解决方案。

采用顶部散热 (TSC) 封装，系统热阻可降低约 50%

在苛刻环境中稳定运行

随着 800 V 车辆架构在纯电动汽车 (BEV) 领域的普及，系统设计工程师必须确保高电压系统安规要求从原先基于 400 V 的设计演进。Wolfspeed 帮助系统设计工程师应对这一挑战的一种方法是扩大封装的爬电距离，以防止破坏性的电击穿事件。Wolfspeed 的 U2 顶部散热 (TSC) 封装在横跨爬电槽上的标准爬电距离为 4.1 mm，或避开爬电槽的爬电距离为 4.83 mm，比市场上同类封装的解决方案提高了 10% 的爬电距离。Wolfspeed 还设计优化了 U2 封装的漏极引脚，以提高系统制造可靠性，降低系统组装过程中刺穿绝缘热界面材料的风险。

除了更可靠的封装设计，汽车设计工程师现在还可以针对基于 Wolfspeed 第四代 (Gen 4) 芯片技术的顶部散热 (TSC) 器件进行样品申请。Wolfspeed 第四代 (Gen 4) MOSFET 在全温度范围内具备业界领先的开关性能，并具有宽 Vgs兼容性，允许 +18 V 和 -0 V 门极驱动。第四代 (Gen 4) 技术还具有体二极管软恢复特性，可在关断时刻产生更低的 Vds 峰值——这使得 Wolfspeed 第四代 (Gen 4) MOSFET 能应对更严酷工况并且具有更低的 FIT 失效率。像 Wolfspeed 第四代 (Gen 4) 1200V 25 mΩ MOSFET 这款新器件已完成车规级 AEC-Q101 认证，使得这一性能领先的器件可随时被用于客户设计和测试。

满足您设计需求的丰富产品组合

Wolfspeed 的表面贴装顶部散热 (TSC) 产品提供从 650 V 到 1200 V 的系列产品组合。符合车规级 AEC-Q101 标准的 1200 V 器件即将发布，涵盖 16 mΩ 至 160 mΩ 范围。工规器件可作为预生产或生产就绪样品提供。

两种简单上手的入门方法

“复制+粘贴” Wolfspeed参考设计：采用顶部散热 (TSC) U2 封装的 13 kW 高效率电机驱动逆变器。Wolfspeed 的 13 kW 汽车电机驱动参考设计展示了 U2 封装器件在电动汽车暖通空调 (HVAC) 系统中的优势。通过基于碳化硅 (SiC) 的系统设计，优化 HVAC 系统的效率和工作温度范围，助力 OEM 厂商推广 15 分钟内快速充电方案，同时还在汽车的整个使用寿命期内延长每次充电的续航里程。

下载应用指南，助力简化您的组装：我们的应用专家解释了顶部散热 (TSC) 表面贴组装和安装注意事项以及热测量分析。该文档还包括了对顶部散热 (TSC) 封装进行的广泛热界面材料 (TIM) 研究及系统级测试结果。

关于 Wolfspeed, Inc.

Wolfspeed（美国纽约证券交易所上市代码：WOLF）在全球范围内推动碳化硅技术采用方面处于市场领先地位，这些碳化硅技术为全球最具颠覆性的创新成果提供了动力支持。作为碳化硅领域的引领者和全球最先进半导体技术的创新者，我们致力于为人人享有的美好世界赋能。Wolfspeed 通过面向各种应用的碳化硅材料、功率模块、分立功率器件和功率裸芯片产品，助您实现梦想，成就非凡(The Power to Make It Real)。