早在2011年，三菱電機(jī)就開發(fā)了1700V/1200A混合SiC模塊，并將其應(yīng)用在地鐵牽引變流器中。2015年3300V全SiC模塊開始在高速列車牽引變流器應(yīng)用。如今，三菱電機(jī)3300V全SiC模塊已應(yīng)用在包括動(dòng)車、機(jī)車、地鐵等眾多軌道車輛牽引變流器中，并已投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。
以下將從高可靠性方面來闡述三菱電機(jī)面向鐵路牽引領(lǐng)域應(yīng)用的SiC MOSFET模塊。
2.1 芯片方面
如第5講所述，SiC晶體中存在少量晶體缺陷，這些缺陷在長(zhǎng)期通過雙極性電流時(shí)使器件特性劣化，如下圖1所示。特別是在需要多芯片并聯(lián)的高壓大電流模塊中，雙極性退化的風(fēng)險(xiǎn)變高。
因此為了避免雙極性電流流過，三菱電機(jī)開發(fā)了兩種解決方案。
解決方案①：在SiC MOSFET芯片并聯(lián)SiC SBD芯片，當(dāng)反向?qū)〞r(shí)，SiC SBD的正向壓降低于MOSFET體二極管正向壓降，因此反向電流流過SiC SBD，從而抑制體二極管的導(dǎo)通，避免雙極性電流導(dǎo)通，示意圖如圖2所示�；诖朔桨搁_發(fā)的SiC MOSFET模塊一覽表見表1。
解決方案②：如圖3所示，在MOSFET元胞之間用肖特基接觸替代原有的歐姆接觸，肖特基勢(shì)壘二極管的正向壓降低于體二極管壓降，因此，當(dāng)反向電流導(dǎo)通時(shí)（正常工作條件下），電流將流過嵌入的SiC SBD，抑制體二極管的導(dǎo)通，避免雙極性電流導(dǎo)通�；诖朔桨搁_發(fā)的SiC MOSFET模塊一覽表見表2。
2.2 封裝方面
相對(duì)Si材料，SiC材料具有寬帶隙和高熱導(dǎo)率，我們期望SiC器件可以在更高的工作溫度下運(yùn)行。三菱電機(jī)高壓SiC MOSFET模塊支持175℃工作結(jié)溫，其封裝技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)IGBT模塊封裝技術(shù)做了很大改進(jìn)。圖4顯示了內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，表3顯示了從傳統(tǒng)封裝到高溫運(yùn)行SiC MOSFET模塊封裝的技術(shù)變更。
