300kA²s，东芝SiC模块瞄准抗浪涌

东芝推出双SiC MOSFET模块IX800FXF2YMS4。该模块搭载东芝第三代SiC MOSFET芯片，漏源电压额定值3300V，漏极电流额定值800A，I²t极限值达300kA²s，沟道温度额定值175°C，采用银烧结键合技术，面向铁路牵引逆变器、可再生能源发电系统和工业电机控制设备。

3300V、800A满足工业设备高压大电流需求

铁路牵引逆变器是这款产品的应用场景之一。电力机车从接触网取电，再通过逆变器转换成驱动牵引电机的交流电。接触网电压等级通常在25kV左右，逆变器内部功率器件需要承受数千伏电压。3300V的额定电压，正是为这一场景设计。

800A的额定电流则对应另一类需求。重载货运机车在启动和爬坡时，牵引电机需要极大瞬时电流。单个功率模块承载的电流可达数百安培，多个模块并联才能满足整车功率需求。

3300V和800A同时出现在一个模块上，意味着单个模块要同时承受极高电压和极大电流。这两者叠加，对器件的耐压能力、导通损耗和散热设计都提出很高要求。东芝此次发布的模块，在上述几个方面给出了对应的设计参数和工艺方案。

芯片优化、低损耗与抗浪涌设计

SiC材料本身具有耐高压、耐高温优势。SiC击穿场强约为硅的10倍，同样耐压下，SiC器件漂移层可以更薄，导通电阻可以更低。但在3300V、800A等级上，仅靠材料优势不够，还需要解决几个具体问题。

第一是芯片面积与良率。额定电流越大，芯片面积越大。800A电流意味着需要很大的单颗芯片面积，芯片面积越大，制造中出现缺陷的概率越高，即良率越低。东芝的解法是在第三代SiC MOSFET芯片上做优化设计，通过提升电流密度来减少所需芯片面积，从而降低缺陷概率，保障良率。

第二是导通损耗。高压大电流场景下，哪怕很小的导通电阻也会产生不小的功率损耗，损耗转化为热量，会增加冷却系统的负担。东芝公布的数据显示，该模块漏源导通电压检测值为1.4V（典型值）。导通电压越低，同等电流下产生的导通损耗就越小。在800A电流下，1.4V的检测值意味着模块的导通损耗被控制在较低水平，有助于减少发热、降低冷却系统负担。

第三是浪涌电流。浪涌电流是工业设备中需要重点关注的问题。铁路牵引和工业电机控制中，系统异常时可能出现远超正常工作电流的浪涌电流。如果功率模块无法承受瞬态冲击，就会直接损坏。衡量抗浪涌能力的是I²t，数值越大，表明器件在异常工况下能承受的浪涌能量越强。东芝为这款模块标定的I²t极限值为300kA²s，这一标定值意味着，该模块在面对远超额定电流的瞬态冲击时，具备较强的抗损坏能力。

银烧结键合把芯片热量更快导出去

在上述参数和设计中，散热是影响模块可靠性的关键环节。SiC器件可以在175°C甚至更高温度下工作，但前提是芯片产生的热量能够被及时导出。如果热量积聚在芯片内部散不出去，再好的耐高温性能也没有意义。

传统功率模块封装使用焊料连接芯片和基板。焊料熔点通常在200-300°C之间，导热性能也有限。在SiC器件工作温度下，焊料层本身可能成为薄弱环节。为应对这一问题，东芝这款模块采用了银烧结键合技术。

银烧结的原理是将银纳米颗粒制成膏状，涂覆在芯片和基板之间，然后在200-350°C温度和一定压力下烧结。银颗粒在烧结过程中互相融合，形成一层致密的纯银连接层。纯银熔点约960°C，远高于焊料；导热系数也是焊料数倍。

这层银烧结层能把芯片产生的热量更快、更可靠地传导出去，使模块能够实现175°C的沟道温度额定值，满足工业设备在连续高负荷工况下的散热需求。

产品线扩充与工业应用推进

东芝此次发布的模块，应用场景包括铁路牵引逆变器、可再生能源发电系统和工业电机控制设备。此次新产品加入后，东芝采用iXPLV™封装的SiC MOSFET模块数量增至四款，产品选择更加丰富。

东芝表示，将继续扩充面向工业设备的SiC MOSFET模块产品阵容，提供更广泛的产品选择，以满足多样化的设备规格和应用需求，并为提升工业设备的可靠性、效率和小型化作出贡献。

当然，从产品发布到大规模商用，仍需要经过客户验证、系统适配和长期可靠性测试。