Nos últimos anos, a proliferação de veículos elétricos de nova geração (xEVs) acelerou o desenvolvimento de sistemas elétricos mais pequenos, mais leves e mais eficientes. Especificamente, melhorar a eficiência e reduzir o tamanho do inversor principal, que desempenha um papel central no sistema de propulsão, continua a ser um dos desafios mais significativos e exige avanços adicionais nos dispositivos de potência.
A capacidade das baterias de bordo está a aumentar para melhorar a autonomia dos veículos elétricos. Paralelamente, a utilização de baterias de alta tensão (800 V) também está a progredir para satisfazer a procura de tempos de carregamento mais curtos.
Para enfrentar desafios tão diversos, os projetistas necessitam urgentemente de dispositivos de potência de SiC capazes de fornecer uma elevada tensão sem interrupções e com baixas perdas. A ROHM, pioneira em SiC, iniciou a produção em massa de MOSFETs de SiC em 2010, posicionando-se na vanguarda do setor. Desde o início, a ROHM tem vindo a reforçar a sua extensa gama de produtos para incluir produtos qualificados pela norma AEC-Q101, o que permitiu à empresa conquistar uma quota significativa no mercado de carregadores de bordo para automóveis (OBC).
No caso dos semicondutores de potência, existe frequentemente uma relação de compromisso entre uma menor resistência em condução e o tempo de resistência a curto-circuito, necessário para alcançar um equilíbrio e, consequentemente, uma menor resistência em condução em MOSFETs de SiC. A ROHM melhorou com sucesso este compromisso, reduzindo a resistência em condução por unidade de área em 40% em comparação com os produtos convencionais, sem sacrificar o tempo de resistência a curto-circuito, refinando ainda mais uma estrutura original de dupla vala. Além disso, a redução significativa da capacitância parasita (um problema que surge durante a comutação) permite uma perda de comutação 50% menor em comparação com a nossa geração anterior de MOSFETs de SiC.
Como resultado, os novos MOSFET de SiC de 4ª geração da ROHM são capazes de oferecer uma baixa resistência de condução com um elevado desempenho de comutação, contribuindo para uma maior miniaturização e um menor consumo de energia numa vasta gama de aplicações, incluindo inversores automóveis e fontes de alimentação comutada. As amostras de chips sem encapsulamento estão disponíveis desde junho de 2020, e encapsulamentos específicos serão oferecidos em breve.
Como próximo passo, a ROHM está empenhada em expandir ainda mais a sua gama de dispositivos de potência em SiC, combinando tecnologias de modularização com dispositivos periféricos, como circuitos de controlo integrados, concebidos para maximizar o desempenho e contribuir para a inovação tecnológica nos veículos da próxima geração. Ao mesmo tempo, a ROHM fornecerá soluções para os desafios dos clientes, incluindo ferramentas de simulação baseadas na web que reduzem o tempo de desenvolvimento de aplicações e ajudam a evitar problemas de avaliação.
Principais características
1) A estrutura de trincheira melhorada oferece a menor resistência de condução do setor.
Em 2015, a ROHM iniciou a produção em massa dos primeiros MOSFET de SiC do tipo trincheira do setor, utilizando uma estrutura original. A ROHM conseguiu reduzir a resistência de condução em 40% em comparação com os produtos convencionais, sem sacrificar o tempo de resistência a curto-circuito, e melhorou ainda mais a sua estrutura original de trincheira dupla.
(Fig. 1)
2) Menores perdas de comutação através da redução significativa da capacitância parasita.
Geralmente, uma menor resistência de condução e maiores correntes tendem a aumentar as diversas capacitâncias parasitas nos MOSFETs, o que pode inibir as características inerentes de comutação de alta velocidade do SiC.
No entanto, a ROHM conseguiu reduzir as perdas de comutação em 50% em comparação com os produtos convencionais, reduzindo significativamente a capacitância entre porta e dreno (Cgd).
(Fig. 2)
Terminologia em resumo: Os transístores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs) são a estrutura mais utilizada nos FETs. São frequentemente adotados como elementos de comutação.
O tempo de resistência ao curto-circuito indica o tempo que um MOSFET demora a falhar devido a um curto-circuito. Normalmente, quando ocorre um curto-circuito, flui uma grande corrente, excedendo a capacidade máxima. Isto pode levar à geração anormal de calor, fuga térmica e, por fim, à destruição do MOSFET. Um tempo de resistência a curto-circuitos mais longo é compensado por características de desempenho superiores, como a resistência de condução.
Estrutura de Trincheira Dupla (Trincheira):
Esta é a estrutura de trincheira original da ROHM. Embora a adoção de uma estrutura de trincheira para MOSFETs de SiC se tenha mostrado eficaz na redução da resistência de acionamento, foi necessário mitigar o campo elétrico gerado na secção da porta da trincheira para garantir a fiabilidade do dispositivo a longo prazo. Em resposta, a ROHM adotou uma estrutura de trincheira dupla única que minimiza a concentração do campo elétrico, permitindo-lhe tornar-se o primeiro fornecedor a produzir em massa MOSFETs de SiC do tipo trincheira em 2015.
A capacitância parasita é a capacitância inerente que surge devido à estrutura física dos componentes eletrónicos. No caso de um MOSFET, existem a capacitância porta-fonte (Cgs), a capacitância porta-dreno (Cgd) e a capacitância dreno-fonte (Cds). Cgs e Cgd são determinados pela capacitância da camada de óxido da porta, enquanto Cds é a capacitância parasita da junção do díodo.
Estrutura em Trincheira:
A palavra "trincheira" refere-se a uma escavação ou sulco estreito. Este projeto envolve a formação de um sulco na superfície do chip e o gate na parede lateral do MOSFET. Ao contrário de um MOSFET planar, os resistores do JFET estão ausentes, permitindo uma estrutura mais fina do que as topologias planares e resultando numa resistência de condução próxima do desempenho original do material SiC.
