英飞凌新一代CoolMOSCFD2超结器件随着功率密度不断提高半桥
英飞凌推出62mm CoolSiC^TM模块,为碳化硅开辟新应用领域
企业动态Company News英飞凌推出62mm CoolSiC tm模块，为碳化硅开辟新应用领域2020年7月14H,英飞凌科技股份公司为其1200V CoolSiC™MOSFET模块系列新增了一款62mm 工业标准模块封装产品。
它采用成熟的62mm器件半桥拓扑设计，以及沟槽栅芯片技术，为碳化硅打开了250kW以上（硅IGBT技术在62mm封装的功率密度极限）中等功率应用的大门。
在传统62mm IGBT模块基础上，将碳化硅的应用范围扩展到了太阳能、服务器、储能、电动汽车充电桩、牵引以及商用感应电磁炉和功率转换系统等。
该62mm模块配备了英飞凌的CoolSiC MOSFET 芯片，可实现极高的电流密度。
其极低的开关损耗和传导损耗可以最大限度地减少冷却器件的尺寸。
在高开关频率下运行时，可使用更小的磁性元件。
借助英飞凌CoolSiC芯片技术，客户可以设计尺寸更小的逆变器，从而降低整体系统成本。
它采用62mm标准基板和螺纹接口，具有高鲁棒性的结构设计，从而最大限度地优化并提高系统可用性，同时降低维修成本并减少停机损失。
出色的温度循环能力和150°C的连续工作温度（Tvjop）,带来出色的系统可靠性。
其对称的内部设计，使得上下开关有了相同的开关条件。
可以选装"预处理热界面材料"（TIM）配置，进一步提高模块的热性能。
供货情况采用62mm封装的1200V CoolSiC™MOSFET有6mS2/250A、3mJ2/357A和2mJ2/500A型号可供选择。
它还有专为快速特性评估（双脉冲/连续工作）而设计的评估板可供选择。
为了便于使用，它还提供了可灵活调整的栅极电压和栅极电阻。
同时，还可作为批量生产驱动板的参考设计使用。
全球顶尖碳化硅芯片生产商罗姆落子临港上证报中国证券网讯（记者宋薇萍）记者7月8日从上海自贸试验区临港新片区管委会获悉，ROHM-臻驱科技碳化硅技术联合实验室揭牌仪式近日在临港新片区举行。
COOLMOS核心专利引文分析
COOLMOS核心专利引文分析李介胜【摘要】核心专利带动技术发展.本文检索了COOLMOS核心专利的引文专利数据,分析了这些专利的申请趋势、主要申请人,以英飞凌为代表进一步分析了如何在核心专利的基础上进行专利布局,借助专利稳固自身的市场地位.【期刊名称】《河南科技》【年(卷),期】2018(000)021【总页数】3页(P45-47)【关键词】COOLMOS;核心专利;外围专利;引文【作者】李介胜【作者单位】国家知识产权局专利局,北京 100088【正文语种】中文【中图分类】TN386COOLMOS也就是超级结MOSFET，这是沿用了英飞凌的叫法。
1998年，英飞凌成功推出COOLMOS，600V的晶体管导通电阻仅有70mΩ，这给英飞凌带来了新的业绩增长点，当今的COOLMOS市场中英飞凌占据了一半以上的份额，其余的供应商还有意法半导体、飞兆、威世、瑞萨、华虹NEC等。
常规功率MOSFET的主要缺点是导通电阻大，功率MOSFET的发展是围绕着不断协调阻断电压和导通电阻两者之间的矛盾而进行的。
COOLMOS结构是由VDMOS派生而来的，它是在N-外延层中注入一个与外延层掺杂相反的P-型细圆柱阱。
当加上反偏电压时，器件内部不仅存在纵向电场，而且存在横向电场。
如果在击穿之前，N-区和圆柱阱能完全耗尽，则器件的击穿电压仅依赖N-漂移区的厚度，而与N-区的掺杂浓度及圆柱阱的掺杂浓度无关。
且N-区的掺杂浓度和圆柱阱的电荷补偿越充分，其阻断电压就越高。
由于N-外延层中的掺杂浓度提高因而其导通电阻大大降低，由此COOLMOS解决了VDMOS中阻断电压与导通电阻之间的矛盾［1］。
最近，英飞凌推出了最新的高压超级结MOSFET技术的产品600V COOLMOSTMCFD7，它不仅拥有快速开关技术的所有优势，还兼具高换相稳固性，同时不影响在设计过程中的轻松部署，拥有更低的栅极电荷和更好的关断性能，其反向恢复电荷比市场上的竞争性产品低69%之多［2］。
新一代大众型CoolMOS
新一代大众型CoolMOS™ C6上市及应用英飞凌科技股份公司推出下一代高性能金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）600V CoolMOS™ C6系列。
有了600V CoolMOS™ C6系列器件，诸如PFC（功率因数校正）级或PWM（脉宽调制）级等能源转换产品的能源效率可得到大幅提升。
全新C6技术融合了现代超结结构及包括超低单位面积导通电阻（例如采用TO-220封装，电阻仅为99毫欧）在内的补偿器件的优势，同时具有更低的电容开关损耗、更简单的开关特性控制特性和更结实耐用的增强型体二极管。
C6系列是英飞凌推出的新一代CoolMOS™金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。
英飞凌在CoolMOS™ C3和CoolMOS™ CP等前代系列产品的基础上，进一步提高了开关速度并降低了导通电阻。
CoolMOS™ C3是一个应用非常广泛的产品系列，而CP系列可满足需要最高开关速度和最低导通电阻的各种专门应用的需求。
最新推出的600V CoolMOS™ C6器件，融合了CoolMOS™ C3和CoolMOS™ CP两个产品系列的优势。
例如，电源厂商可受益于超结CP系列的优势——包括极低电容损耗和极低单位面积导通电阻等，设计出更高效、更紧凑、更轻更凉的电源产品。
与此同时，开关控制性能和抗电路板寄生电感和电容特性性能也得到大幅提升。
相对于CP系列的设计而言，CoolMOS™ C6简化了PCB系统布局。
具体而言，这意味着在CoolMOS™ C6系列内，栅极电荷、电压/电流斜率和内部栅极电阻达到了优化和谐状态，即使低至零欧姆的栅极电阻，也不会产生过高的电压或电流斜率。
此外，C6器件具备出色的体二极管硬换流抗受能力，因此可避免使用昂贵的快速体二极管组件。
超级结mos的外延厚度和衬底厚度
超级结mos的外延厚度和衬底厚度随着半导体技术的不断发展，超级结MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）器件在现代电子设备中扮演着越来越重要的角色。
超级结MOS器件具有低功耗、高速度和高可靠性等优点，因此在智能手机、平板电脑、电视机和笔记本电脑等设备中得到广泛应用。
而超级结mos的外延厚度和衬底厚度是两个关键参数，直接影响器件的性能和稳定性。
1. 超级结MOS器件概述超级结MOS器件是一种特殊的MOS场效应晶体管，其特点是在金属-氧化物-半导体结构中引入了具有超晶格结构的p型半导体。
这种超晶格结构可以显著减小形成在结界面的势能垒，从而克服传统结构中形成的PN结开启电压较高的问题，从而降低了开启电压和开启电流。
超级结MOS器件具有较低的导通压降和开启电流，适用于高频、高速多器件应用。
2. 外延厚度的影响外延层是指在衬底上沉积的材料层，它直接影响着器件的结构和性能。
对于超级结MOS器件来说，外延厚度是一个重要参数，它决定了超结区域的形成和性能。
外延层的厚度越大，PN结的形成对电压的影响就越小，导通压降就越低，器件的性能就越好。
除了外延厚度外，外延层的掺杂浓度也是一个重要参数，对器件的性能影响也非常显著。
3. 衬底厚度的影响衬底厚度是指衬底的厚度，对超级结MOS器件的性能同样有着重要的影响。
衬底的厚度越大，可以有效减小PN结的电容，从而提高器件的高频性能。
另外，在深亚微米及纳米器件中，衬底的厚度还可以影响器件的电压承受能力和漏电流。
在超级结MOS器件的制备中，合理选择衬底厚度是至关重要的。
4. 外延厚度和衬底厚度的匹配对于超级结MOS器件来说，外延厚度和衬底厚度的匹配是非常重要的。
过大或过小的外延厚度都会导致器件性能的下降，过薄的衬底厚度也会使得器件的高频性能受到限制。
制备超级结MOS器件时，需要综合考虑外延厚度和衬底厚度，并进行优化设计。
5. 结论在现代电子器件中，超级结MOS器件因其优良的性能和稳定性受到了广泛关注。
英飞凌新一代CoolMOSCFD2超结器件随着功率密度不断提高半桥
英飞凌新一代CoolMOS CFD2超结器件随着功率密度不断提高，半桥(例如HID半桥或LLC)和全桥(例如ZVS全桥)等软开关拓扑成为理想的解决方案。
由于改善了功率器件上di/dt和dv/dt的动态性能，采用这些拓扑可降低系统的开关损耗，提高可靠性。
这种情况主要出现在轻载条件下。
事实证明，CoolMOS这样的超结器件可以克服这个问题，由于其内部优化了反向恢复过程电荷载流子去除功能，并且消除内部寄生NPN双极晶体管的栓锁问题。
通过增强注入载流子的结合率可大幅降低反向恢复电荷，而且增强结合率可降低关断过程中的反向恢复峰值电流，并使反向恢复电荷大幅降低至约为原来的十分之一。
对于优化体二极管(图1)性能在硬开关条件下应用而言，反向恢复波形的形状和印刷电路板的设计尤其重要。
新一代CoolMOS 650V CFD2改进了体二极管反向恢复性能，而且给击穿电压留有更大的安全裕量。
图1 CoolMOS高压功率MOSFET及其内部体二极管的横截面示意图。
反向恢复行为新一代CoolMOS 650V CFD的反向恢复特性如图2所示。
与标准器件相比，新一代CoolMOS 650V CFD器件具备极低的反向恢复电荷Qrr、极短的反向恢复时间trr和极小的反向恢复电流最大值Irrm。
图2是在di/dt=100A/μs、25°C和Vr=400V等条件下测量的反向恢复波形。
相对于标准器件，新一代CFD器件具备极低的Qrr、trr和Irrm。
与此同时，尽管Qrr、trr和Irrm大幅降低，但这种新器件的波形仍然显示出软特性。
这种特性十分适用于硬换流，旨在避免电压过冲和确保器件可靠运行。
换流耐用性图3新一代CoolMOS 650V CFD2器件的反向恢复波形。
即使在测试仪达到最大功率条件下，这些器件也不会受损。
图3的反向恢复测量结果(在di/dt " 2000A/μs的条件下)显示了CoolMOS(tm) 650V CFD2器件的换流耐用性。
英飞凌IGBT 技术和产品概述及其应用领域
英飞凌IGBT 技术和产品概述及其应用领域IGBT芯片技术及其发展：功率半导体在整个电能供应链中扮演重要角色。
如何提高功率密度是功率器件发展的主题：芯片技术和功率密度：芯片技术的发展趋势——以600/650V 为例600V IGBT 新的里程碑——HighSpeed3：器件型号芯片技术Ic [A]@100°C 大小[mm2]SPW47N60C3 CoolmosTM C3 30 69.3 IKW30T60 TRENCHSTOPTM 30 15.2 IGW40N60H3 High Speed 3 40 19.3HighSpeed3 特性芯片面积只有CoolMOS的28%功率密度高芯片和模块成本低在高温在拖尾电流也很小关断特性接近于CoolMOS，Eoff是IGBT3的40%,是CoolMOS的120%平滑的开关波形，振荡很有限TRENCHSTOP™5 - 25°C Trade-off 曲线Vce(sat) 对Eoff：与英飞凌的Best-in-class Highspeed3 比, TRENCHSTOPTM5 : >60% 低的开关损耗10% 低的导通损耗TRENCHSTOP™5开关特性–接近MOSFET的开关特性，消除拖尾电流。
TRENCHSTOP™5 –应用目标，填补IGBT与MOSFET之间的中到高频开关应用650V TRENCHSTOP™5，产品家族。
F5：超高性能版本需要超低寄生电感设计开关频率：~120kHzH5：逆导型IGBT用于软开关，如准谐振感应加热R5：逆导型IGBT用于软开关，如准谐振感应加热L5：低饱和压降目标：Vcesat =1V @ Inom, 25°C600V/650V 芯片技术的发展：发展背景：•600V 主要应用220V 马达驱动,电源，以小功率为主。
•电动汽车，太阳能等新兴应用功率大，追求高效率，对芯片技术有新的要求IGBT2---IGBT3di/dt 降低25%.过电压减小25%更短的拖尾电流关断损耗在同一水平短路时间6us600V---650Vdi/dt 进一步降低关断损耗增加短路时间10us耐压增加50V电压余量增加180V芯片技术的发展趋势——IGBT4 回顾：芯片技术的发展趋势——IGBT4 回顾：IGBT4 P4 的软特性：2400A-模块的关断特性at Tvj=25°C , Ic= 0,5 Inom (Rg=0,3Ohm,没有有源嵌位) IGBT 3 E3 在测试条件下, 300V 直流电压下就开始振荡。
英飞凌推出全新OptiMOS 3系列,可使工业、消费类和电信应用的功率密度提高50%
英飞凌推出全新OptiMOS 3系列,可使工业、消费类和电信
应用的功率密度提高50%
佚名
【期刊名称】《电子与电脑》
【年(卷),期】2008(000)006
【摘要】英飞凌科技近日在中国国际电源展览会上宣布推出采用SuperSO8和S308（Shrink SuperSO8）封装的40V、60V和80V OptiMOS 3 N沟道MOSFET,在这些击穿电压下可提供无铅封装形式下的全球最低通态电阻。
SuperSO8封装与标准TO（晶体管外形）封装相比，可使功率密度增大50％，特别是对于服务器开关模式电源的同步整流应用而言。
【总页数】1页(P65)
【正文语种】中文
【中图分类】TP333.8
【相关文献】
1.英飞凌SuperS08无铅封装OptiMOS 3系列提升功率密度 [J],
2.英飞凌推出低通态电阻的全新OptiMOS3系列 [J], 无
3.英飞凌推出25V OptiMOS 调压MOSFET和DrMOS系列，使典型服务器的能效达到93％ [J],
4.英飞凌宣布推出OptiMOS^TM3 75V MOSFET系列 [J],
5.英飞凌推出200V和250V OptiMOS系列器件 [J],
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COOLMOS与VDMOS的结构差异
COOLMOS在电源上的应用已经初具规模，向英飞凌的产品已经全为COOLMOS系列，在电源开发的过程中选用COOLMOS应该注意什么呢？COOLMOS与VDMOS的结构差异为了克服传统MOS导通电阻与击穿电压之间的矛盾，一些人在VDMOS基础上提出了一种新型的理想器件结构，称为超结器件或COOLMOS，COOLMOS的结构如图2所示，其由一些列的P型和N型半导体薄层交替排列组成。
在截止态时，由于P型和N型层中的耗尽区电场产生相互补偿效应，使P型和N型层的掺杂浓度可以做的很高而不会引起器件击穿电压的下降。
导通时，这种高浓度的掺杂可以使其导通电阻显著下降，大约有两个数量级。
因为这种特殊的结构，使得COOLMOS的性能优于传统的VDMOS.对于常规VDMOS器件结构，Rdson与BV这一对矛盾关系，要想提高BV，都是从减小EPI 参杂浓度着手，但是外延层又是正向电流流通的通道，EPI参杂浓度减小了，电阻必然变大，Rdson就大了。
Rdson直接决定着MOSFET单体的损耗大小。
所以对于普通VDMOS，两者矛盾不可调和，这就是常规VDMOS的局限性。
但是对于COOLMOS，这个矛盾就不那么明显了。
通过设置一个深入EPI的的P区，大大提高了BV，同时对Rdson上不产生影响。
对于常规VDMOS，反向耐压，主要靠的是N 型EPI与body区界面的PN结，对于一个PN结，耐压时主要靠的是耗尽区承受，耗尽区内的电场大小、耗尽区扩展的宽度的面积。
常规VDSMO，P body浓度要大于N EPI，大家也应该清楚，PN结耗尽区主要向低参杂一侧扩散，所以此结构下，P body区域一侧，耗尽区扩展很小，基本对承压没有多大贡献，承压主要是P body－－N EPI在N型的一侧区域，这个区域的电场强度是逐渐变化的，越是靠近PN结面，电场强度E越大。
对于COOLMOS 结构，由于设置了相对P body浓度低一些的P region区域，所以P区一侧的耗尽区会大大扩展，并且这个区域深入EPI中，造成了PN结两侧都能承受大的电压，换句话说，就是把峰值电场Ec由靠近器件表面，向器件内部深入的区域移动了。
【测评报告】Infineon CoolMOS
【测评报告】Infineon CoolMOS™ P7 提高电源效
率评比
作者：贝能国际有限公司
Infineon 公司CoolMOS™系列一直是行业标杆，从跨时代意义的CoolMOS™C3 到升级版的CoolMOS™C6、CoolMOS™C7、CoolMOS™P6、CoolMOS™CE，及最新一代超高性价比的CoolMOS™P7，每系列产品一经推出都在CoolMOS™市场独领风骚。
全新CoolMOS™ P7 专为满足小功率SMPS 市场的需求而设计，具备出色的性能和易用性，而设计人员可以充分利用其经过改进的外形。
该器件采用
具有价格竞争力的超结技术，可为客户削减物料成本（BOM）。
本文将基于
新一代CoolMOS™P7 在各个细分市场的应用，并测试比较其性能相较于前几代CoolMOS™系列的提升和改善之处。
英飞凌各代IGBT模块技术详解
英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。
它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。
由于它将 MOSFET 和 GTR 的优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点，克服 GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服 MOSFET 的缺点）等综合优点，因此 IGBT 发展很快，在开关频率大于 1KHz，功率大于 5KW 的应用场合具有优势。
随着以 MOSFET、IGBT 为代表的电压控制型器件的出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。
英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。
一、IGBT1－平面栅穿通（PT）型 IGBT （1988 1995）西门子第一代 IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型 IGBT 工艺，这是最初的 IGBT 概念原型产品。
生产时间是 1990 年－ 1995 年。
西门子第一代 IGBT 以后缀为“DN1” 来区分。
如 BSM150GB120DN1。
图 1.1 PT-IGBT 结构图PT 型 IGBT 是在厚度约为 300－500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。
PT-IGBT 具有类 GTR 特性，在向 1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。
因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V 系列 IGBT 有优势。
二、IGBT2－第二代平面栅 NPT-IGBT西门子公司经过了潜心研究，于 1989 年在 IEEE 功率电子专家会议（PESC）上率先提出了 NPT－IGBT 概念。
由于随着 IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。
650V CoolMOS CFD2：MOSFET
650V CoolMOS CFD2：MOSFET
佚名
【期刊名称】《世界电子元器件》
【年(卷),期】2011(000)007
【摘要】英飞凌推出了650V CoolMOS CFD2，它是漏源击穿电压为650V并且集成了快速体二极管的高压晶体管。
器件延续了600VCFD产品的特点，不仅可以提高能效，而且具备更软的交换功能，从而降低了电磁干扰（EMI）。
【总页数】1页(P31-31)
【正文语种】中文
【中图分类】TN323.2
【相关文献】
1.SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性对比及其在DAB变换器中的应用[J], 梁美;郑琼林;可翀;李艳;游小杰
2.Super Junction MOSFET（CoolMOS） [J], 郝晓波;宋海娟;常婷婷
3.英飞凌推出集成快速体二极管的65V CoolMOS CFD2产品 [J], 无
4.英飞凌推出新型950V CoolMOS P7超结MOSFET器件 [J], ;
5.Super Junction MOSFET（CoolMOS） [J], 郝晓波;宋海娟;常婷婷
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英飞凌Cool Mos 应用手册
November 26, 2014
Copyright © Infineon Technologies AG 2014. All rights reserved.
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高压230Vac输入时的EMI测试结果
Quasi peak measurement Horizontal direction Vertical direction
November 26, 2014
Copyright © Infineon Technologies AG 2014. All rights reserved.
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超级结CoolMOS™ CE与标准MOSFET的差异
标准MOSFET的寄生电容更大，进而导致更高的栅极电荷以及在输出电容中存储更多的能量-> 效率低
IPS65R1K5CE 通过EMI EN55022B 测试标准Βιβλιοθήκη November 26, 2014
Copyright © Infineon Technologies AG 2014. All rights reserved.
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对于小功率充电器（即使对于更大的功率也同样适用）， 选择CoolMOS™ CE的几个原因
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MOSFET Datasheet 参数 (典型值)
被测器件
技术
IPS65R1K5CE 对手 A 对手B 对手C
超级结 标准 标准 标准
封装
IPAK IPAK IPAK IPAK
耐压 Vdss(br)
[V]
650
Rdson 最大值
[mΩ]
~2A, VGS_10V, Tj_25°C
栅极电阻 [Ω]
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CoolMOS应用与驱动设计理解v1.1-Leon
图 3 超结 MOS 器件 EAS 测试波形 R&D | 5
研发部 AC-DC team
传统的 VDMOS 在 600V 相同规格的 EAS 值大致为 300mJ。实际做出来的超结 MOS 使 用深槽腐蚀工艺得到的 EAS 值为 350mJ，而使用多层外延工艺设计的超结 MOS 得到 EAS 值 很高，达到 1100mJ。 因此，我们在选择 CoolMOS EAS 参数时，需要格外关注，尽量选择高 EAS 值！ 针对雪崩破坏的对策 从系统设计角度出发，如图4所示。雪崩破坏是因寄生电感（电感负载）产生反电压而 导致的破坏。破坏后的特性为各电极间短路。针对雪崩破坏，可以采取以下3种对策： 1. 系统级——大电流路径尽量使用粗短布线，降低寄生电感； 2. 驱动设计——串联栅极电阻Rg，抑制dv/dt。因为在开关断开时产生电涌电压，通过 增大断开时的常数Rg， 可以抑制电涌电压。 但是如果常数Rg过大， 就会导致开关损耗的增大， 因此在决定常数时必须考虑此问题； 3. 系统级——插入 CR 减震器、齐纳二极管插入用于吸收电涌的减震器等时，也尽量 使用粗短布线，并直接连接在功率 MOS 器件的漏极、源极引脚。
R&D |
2
研发部 AC-DC team 表 2 系统需求与 CoolMOS 参数关联度分析 NO. System requirement CoolMOS parameter Rdson Qg Trr、Qrr、 Eoss、Coss Relationship
Advantage 1 2 满载效率 对导通损耗影响最大。 Qg 是开关速度的决定因素之一。 半载或轻载效率 CoolMOS 对驱动能力要求降低了。 但同时带来的影响是驱动抗干扰能力下降了。 3 开关损耗 在高压输入条件下，开关损耗比导通损耗甚至更 大。因此，CoolMOS 比 VDMOS 开关损耗降低了。 CoolMOS 比 传 统 VDMOS 要 弱 不 少 ， 这 点 在 1 抗浪涌安规及耐压 能力差 EAS AC-DC 芯片设计需要特别注意！ 从经验来看，在安规测试雷击 surge 时，不通过的 几率明显增大！ di/dt 速度太快，导致开启尖峰太高。系统 RCD 吸 2 MOS 开启尖峰承 受能力 di/dt dv/dt 收回路不可省，同时需要考虑变压器漏感的波动， 在 IC 驱动设计中要想办法进行缓冲，否则，反复 开关机老化时很容易毁损。 体二极管反向特性 CoolMOS 比传统 VDMOS 要 弱。原因如下： 1. 开启损耗增加 3 反复开关能力 Reverse diode dv/dt 2. 由于 P-N 柱状结构用来获得电荷平衡，PN 结 面积增大很多，导致较大注入时 Irrm 和 Qrr 升高（Infineon 的 CFD 系列专门降低了 Irrm 和 Qrr） ； 由于 PN 结柱的快速耗尽带来了 dv/dt 的增大， 触发寄生 NPN 晶体管导通或者很快恢复过 来。 失效机制表现为开关变成了瞬时短路模式。 应用 CoolMOS 将带来 EMI 的显著增加。 提高开关 4 EMI 指标 系统启动或者过载 情况存在震荡风险 di/dt、dv/dt 速度的同时，必然需要系统端增加抗 EMI 器件或 滤波电路来抵消 EMI 的影响。 5 dv/dt 主要原因是引线电感和寄生电容形成的栅极振铃， 随着开关速度的增加，这种震荡现象更加明显。 Vds 尖峰通过变压器耦合到次级， 输出纹波将受到 6 输出纹波增加 di/dt、dv/dt 明显影响。 输出电容温升失效问题出现的几率也增大。
英飞凌650 V CoolMOS CFD7兼具更高效率,更高功率密度
订阅每月新品
在工业应用 SMPS 的设计上，最新的技术趋势会将高效率、高功率密度及总线电压上升的需求作整体考虑，也因此触发了对 650V击穿电压功率器件的需求。
英飞凌科技股份有限公司 (FSE：IFX/OTCQX：IFNNY) 旗下 650 V
CoolMOS™ CFD7 产品系列即可满足上述需求。
此器件适用于软切换应用的谐振拓扑，例如通信电源、服务器、太阳能和非车载的电动车充电。
新款 650 V器件扩展了声誉卓越的 CoolMOS CFD7 系列的电压范围，且
为 CoolMOS CFD2 的后继产品。
新款 650 V 产品可搭配 LLC 和零电压切换相移全桥拓扑，较前几代产品能提供多项优势。
本产品系列击穿电压提升 50 V，搭配整合高速本体二极管技术及更出色的切换效能，非常适合用于当代设计。
极低的反向恢复电荷加上优异的热性能，也添加了更多优势。
开关损耗与 RDS(on) 过热相依性皆大幅降低，此产品系列具备非常优异的硬式整流耐用度。
由于闸极电荷 (Qg) 改善，加上快速的开关性能，
650 V CoolMOS
CFD7 系列可提高整个负载范围的效率。
在主要的SMPS应用中，相较于竞争产
品，这些 MOSFET提供绝佳的轻载效率，满载效率也有所提升。
此外，同级最
低 RDS(on) 也能让客户能以极具竞争力的价格，提升 SMPS 的功率密度。
供货情况
TO-220、TO-247 及 TO-247 4 引脚封装的 650 V CoolMOS CFD7 现已接
受订购。
英飞凌650 V CoolMOS CFD7兼具更高效率，更高功率密度。
CoolMOS在中小功率开关电源中的EMI设计
CoolMOS在中小功率开关电源中的EMI设计梁晓军【期刊名称】《中国电子商情·基础电子》【年(卷),期】2017(000)011【总页数】5页(P39-43)【作者】梁晓军【作者单位】英飞凌科技(中国)电源管理及多元化市场部【正文语种】中文CoolMOS CE/P7是英飞凌市场领先的高压功率MOSFET的技术平台，根据超结原理(SJ)设计，旨在满足消费者的需求。
随着产品系列的扩大，英飞凌现在提供面向移动设备和电动工具、LCD、LED电视以及LED照明应用的低功率充电器的500V、600V、700V和 800V设备。
此新系列的CoolMOS经过成本优化，既严格要求CoolMOS具有业经证明的质量和可靠性，同时兼具有吸引力的价格，也能满足消费类市场的典型需求。
CoolMOS CE/P7适合硬开关和软开关应用而且作为现代超洁功率器件，具有低导通损耗和开关损耗的特点，可提高效率，并最终降低功耗。
CoolMOS CE/P7易于使用的特点可以让客户缩短设计周期，在急剧变化的市场上保持竞争力。
随着开关电源技术的不断发展，功率MOSFET作为开关电源的核心开关器件，开关损耗是其主要的损耗之一，本着节省能源、降低损耗、低碳生活的基本思想，功率MOSFET技术朝着提高开关速度、降低导通电阻的方向发展。
越来越多充电器和适配器广泛地采用CoolMOS器件作为开关器件，超结MOSFET有着更快的转换速度，更快的开关速度在处理EMI时需要具备良好的EMI理论。
本文简述MOSFET的EMI和它们的耦合机理，最常见的噪声源，对传输路径进行分析与改善以及反激转换器的典型波形频谱，针对开关器件MOSFET在导通和关断瞬间，产生电压和电流尖峰的问题，进而产生电磁干扰现象，不同的因素都能影响开关电源的电磁干扰频谱，例如，功率半导体的开关速度，运行点的开关电压与电流。
以下将会简述开关器件的寄生参数以及通过几个成功的实际案例展开分析。
SiCMOSFET、SiCoolMOS和IGBT的特性对比
SiCMOSFET、SiCoolMOS和IGBT的特性对比作者：海飞乐技术时间：2018-08-20 17:39近些年，碳化硅（SiC）半导体器件因其材料具有击穿电场高、载流子饱和漂移速度快、热稳定性好及热导率高等优势，可提高电力电子变换器的性能，引起了国内外学者的广泛关注。
目前，商用的SiC半导体器件有SiC肖特基二极管、SiC JFET及SiC MOSFET。
由于SiC肖特基二极管的反向恢复特性好于Si二极管，将其应用于PFC电路或逆变器中，效率得到明显提高。
SiC JFET是目前最成熟的SiC半导体器件，其开关速度和开关损耗均优于Si MOSFET和IGBT。
但JFET的主要缺点是常通型，必须通过负压关断器件，当驱动电源出现故障时，很可能出现短路现象。
自2011年，CREE公司推出第一代SiC MOSFET，较多研究人员对SiC MOSFET的特性进行深入研究。
有文献指出SiC MOSFET的驱动电压较低时，其导通电阻为负温度系数；驱动电压升高之后，其导通电阻为正温度系数。
仿真对比了应用SiC MOSFET和Si IGBT的双向Buck-Boost电路的效率，但没有实际应用效率的对比。
由于双有源全桥（Dual Active Bridge，DAB）变换器能自然实现ZVS软开关，结构简单，效率高，对SiC MOSFET在DAB变换器中的应用研究也较多。
有文献在DAB变换器中比较了SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的输出电容CS大小以及其对ZVS软开关的影响，但没有对器件的其他特性进行对比分析。
为了具体了解SiC MOSFET的性能优势，及其与Si CoolMOS和IGBT的特性差异，本文将SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性进行对比。
首先对比三种器件的静态特性，分析其对器件性能的影响。
然后搭建基于Buck变换器的测试平台，对每种器件的开关特性进行测试。
最后基于一台2kW的DAB变换器，测试对比应用三种器件的效率。
Infineon_COOLMOS_P6
高效、易用、高可靠
-基于英飞凌第七代技术平台的CoolMOS™ P6产品
目录
定位/ 应用场景 / 产品信息
电气参数与性能对比
应用建议及总结
Page 2
新一代CoolMOS™ 产品-600V P6
为什么推出 COOLMOS™ P6
2001年推出C3 系列CoolMOS™ 产品，在性能上 领先业界其他产品 2005年推出极低RDS(on)和极快开关速度的超高效 率CP系列产品 2009 年和 2010 年分别推出 C6 和 E6 系列产品，相 比C3产品降低RDS(on)和改善开关特性，相比CP产 品更易控制
Efficiency Difference Chart
97
Different in Efficiency /% 0 -0.02 -0.04
page26目录?定位应用场景产品信息?电气参数与性能对比?应用建议及总结page27coolmos?p6产品应用的建议?减小外部栅极电阻rgext?由于内部驱动电阻的存在及p6产品的高可靠性尽可能减小外部栅极电阻建议开通电阻最小为5ohm关断电阻最小为0ohm?但外部栅极电阻的选择与pcb寄生参数强相关若寄生参数较大需要增大外部栅极电阻?减小pcb寄生参数?寄生电感和寄生电容产生了大的ldidt及cdudt严重威胁mosfet的安全对于栅极驱动电路寄生参数漏极电路寄生参数漏极与栅极之间的寄生参数要严格控制
CCM PFC
易用性
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效率
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CoolMOS™ P6 产品信息
目前有11 种不同的 RDS(on) 及 5 种封装
COOLMOS（superjunction）原理、结构、制造方法
COOLMOS（superjunction）原理、结构、制造⽅法COOLMOS（super junction）原理、结构、制造⽅法？马万⾥发表于: 2010-7-03 09:42 来源: 半导体技术天地COOLMOS（super junction）原理、结构、制造⽅法？看到不少⽹友对COOLMOS感兴趣，把⾃⼰收集整理的资料、个⼈理解发出来，与⼤家共享。
个⼈理解不⼀定完全正确，仅供参考。
COOLMOS（super junction）原理，与普通VDMOS的差异如下：对于常规VDMOS器件结构，⼤家都知道Rdson与BV这⼀对⽭盾关系，要想提⾼BV，都是从减⼩EPI参杂浓度着⼿，但是外延层⼜是正向电流流通的通道，EPI参杂浓度减⼩了，电阻必然变⼤，Rdson 就⼤了。
所以对于普通VDMOS，两者⽭盾不可调和。
但是对于COOLMOS，这个⽭盾就不那么明显了。
通过设置⼀个深⼊EPI的的P区，⼤⼤提⾼了BV，同时对Rdson上不产⽣影响。
为什么有了这个深⼊衬底的P区，就能⼤⼤提⾼耐压呢？⼤家知道，对于常规VDMOS，反向耐压，主要靠的是N型EPI与bo dy区界⾯的PN结，对于⼀个PN结，耐压时主要靠的是耗尽区承受，耗尽区内的电场⼤⼩、耗尽区扩展的宽度的⾯积，也就是下图中的浅绿⾊部分，就是承受电压的⼤⼩。
常规VDSMO，P body浓度要⼤于N EPI，⼤家也应该清楚，PN结耗尽区主要向低参杂⼀侧扩散，所以此结构下，P body区域⼀侧，耗尽区扩展很⼩，基本对承压没有多⼤贡献，承压主要是P body－－N EPI在N型的⼀侧区域，这个区域的电场强度是逐渐变化的，越是靠近PN结⾯（a图的A结），电场强度E越⼤。
所以形成的浅绿⾊⾯积有呈现梯形。
但是对于COOLMOS结构，由于设置了相对P body浓度低⼀些的P region区域，所以P区⼀侧的耗尽区会⼤⼤扩展，并且这个区域深⼊EPI中，造成了PN结（b图的A结）两侧都能承受⼤的电压，换句话说，就是把峰值电场Ec由靠近器件表⾯，向器件内部深⼊的区域移动了。
CoolMOS MOSFET
市场信息
2015 年 OL ED
面板 市 场高 达
60 亿
美元
据 《S im econductor F PD W o rld 》 2009 年第5 期报道, 调查机构D ispl 半导 体 推出 业 界静 态 电 流最 低
TM (1 Λ A ) 的 In tell i MAX 负
载开 关
飞兆半导体公司 ( Fairch ild Sem ico nd ucto r ) 为生物测定传感器模块的设计 人员 带来了具有 业界最低静 态电流的先 进负载开 关。 F PF 2024、 FP F2025、 F PF 2026 和F PF 2027 是 In telli M A X 先进负载开关系列的产品, 可将静态电流降 至最低, 并延长电池寿命。一般解决方案的静态电流范围多为60 Λ A～ 80 Λ A,而 飞兆半导体这一系列先进负载开关的静态电流却仅为 1 Λ!, 只有其他解决方案 的 2% 。 此外, 这些产品还提供稳健的限流保护功能, 可防止与意外电流浪涌相 关的不良事件带来损害。 F PF 202x 系列具有宽泛的工作电压范围 (1. 6 V～ 5. 5 V ) , 能够满足用于膝上 型电脑、 超便携移动电脑 (UM PC )、 智能电话和其他便携式产品中生物测定传感器 模块的电压规范要求。 这些先进负载开关采用紧凑型1×1. 5W L 2CSP 封装, 具有稳 健的 ESD 保护功能 ( 5 . 5 kV ) , 能够解决便携式设计的空间和ESD 保护问题。 F PF 202x 系列是飞兆半导体全系列高集成度 In telliM A X 开关产品系列的 一部分, 在紧凑型的封装中结合了保护、 控制和故障监控功能, 能降低功率管理 设计的复杂性, 并缩短上市时间。 F PF 2024、 F PF 2025、 FPF 2026 和 FP F2027 采用无铅 ( Pb 2 f ree ) 端子, 而潮湿 敏感度符合 IPC � 020 标准对无铅回流焊的要求。 J ED EC J 2STD 2
英飞凌各代IGBT模块技术详解
英飞凌各代IGBT 模块技术详解IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor ）的英文缩写。
它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。
由于它将MOSFET 和GTR 的优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点，克服GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服MOSFET 的缺点）等综合优点，因此IGBT 发展很快，在开关频率大于1KHz ，功率大于5KW 的应用场合具有优势。
随着以MOSFET 、IGBT 为代表的电压控制型器件的出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。
英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。
一、IGBT1 －平面栅穿通（PT）型IGBT （1988 1995 ）西门子第一代IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型IGBT 工艺，这是最初的IGBT 概念原型产品。
生产时间是1990 年－1995 年。
西门子第一代IGBT 以后缀为“DN1来”区分。
如BSM150GB120DN1 。
图1.1 PT-IGBT 结构图PT 型 IGBT 是在厚度约为300 －500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。
PT-IGBT 具有类G TR 特性，在向1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、度大、成本高、可靠性较低的障碍。
因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V厚外延难系列 IGBT 有优势。
二、IGBT2 －第二代平面栅N PT-IGBT（PESC ）上率先提出议西门子公司经过了潜心研究，于1989 年在 IEEE 功率电子专家会了NPT －IGBT 概念。
由于随着IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100 μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且。
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英飞凌新一代CoolMOS CFD2超结器件
随着功率密度不断提高，半桥(例如HID半桥或LLC)和全桥(例如ZVS全桥)等软开关拓扑成为理想的解决方案。
由于改善了功率器件上di/dt和dv/dt的动态性能，采用这些拓扑可降低系统的开关损耗，提高可靠性。
这种情况主要出现在轻载条件下。
事实证明，CoolMOS这样的超结器件可以克服这个问题，由于其内部优化了反向恢复过程电荷载流子去除功能，并且消除内部寄生NPN双极晶体管的栓锁问题。
通过增强注入载流子的结合率可大幅降低反向恢复电荷，而且增强结合率可降低关断过程中的反向恢复峰值电流，并使反向恢复电荷大幅降低至约为原来的十分之一。
对于优化体二极管(图1)性能在硬开关条件下应用而言，反向恢复波形的形状和印刷电路板的设计尤其重要。
新一代CoolMOS 650V CFD2改进了体二极管反向恢复性能，而且给击穿电压留有更大的安全裕量。
图1 CoolMOS高压功率MOSFET及其内部体二极管的横截面示意图。
反向恢复行为
新一代CoolMOS 650V CFD的反向恢复特性如图2所示。
与标准器件相比，新一代CoolMOS 650V CFD器件具备极低的反向恢复电荷Qrr、极短的反向恢复时间trr和极小的反向恢复电流最大值Irrm。
图2是在di/dt=100A/μs、25°C和Vr=400V等条件下测量的反向恢复波形。
相对于标准器件，新一代CFD器件具备极低的Qrr、trr和Irrm。
与此同时，尽管Qrr、trr和Irrm大幅降低，但这种新器件的波形仍然显示出软特性。
这种特性十分适用于硬换流，旨在避免电压过冲和确保器件可靠运行。
换流耐用性
图3新一代CoolMOS 650V CFD2器件的反向恢复波形。
即使在测试仪达到最大功率条件下，这些器件也不会受损。
图3的反向恢复测量结果(在di/dt " 2000A/μs的条件下)显示了CoolMOS(tm) 650V CFD2器件的换流耐用性。
在这些条件下，无任何器件受损。
相对于其他超结器件波动剧烈的波形，这些波形仍然显示出了软特性。
显而易见，这对于设计人员而言是一大优势。
设计人员可通过优化其应用，获得最大性能，同时不必担心器件在体二极管进行硬换流时发生损毁。
Qrr 和 trr 与温度关系
图4 310mΩ 650V CFD器件的Qrr 和Trr 与温度关系。
对于设计人员而言，了解Qrr和trr与温度关系至关重要。
Qrr和trr值会随着温度的升高而增大，这是因为器件中的载流子在高温下不断增加。
图4显示了310mΩ 650V CFD2器件的Qrr和trr值与温度的这种关系。
从图形可看出Qrr和 trr与温度成线性关系。
Qrr 和Trr与通态电阻关系
另一个需要注意的重要方面是Qrr和trr与器件的通态电阻关系，如图5和图6所示。
图5和图6将新一代基于C6技术的650V CFD2器件与英飞凌前代基于C3技术的600V CFD 进行对比。
图5 Qrr 与通态电阻关系，测量条件为25°C 。
将80 mΩ、310 mΩ和 660mΩ650V CFD2器件与前代基于C3技术的600V CFD对比。
显然，全新的650V CFD2器件相对于前代技术，在动态特性(Qrr、trr)和最低通态电阻之间达到更好的平衡。
图6 trr与通态电阻关系，测量条件为25°C。
将80mΩ、310mΩ和660mΩ 650V CFD2器件与前代基于C3技术的600V CFD对比。
在HID桥上的性能评估
我们还将这些新器件的性能与HID半桥上采用的SPD07N60C3进行了对比。
通过采用新一代CoolMOS CFD2器件，可无需使用D2、D3、D4和D5二极管，从而降低了系统成本(图7)。
图7 典型的HID半桥电路。
利用全新的CoolMOS(tm) 650V CFD2器件代替T2 和 T3晶体管，无需采用D2 至D5的二极管。
图8为T2 和T3晶体管为SPD07N60C3以及D2、D3、D4和D5二极管使用时，获得的波形。
采用这种设置时，我们可获得91.81%的效率。
图8 将SPD07N60C3作为开关和D2至 D5二极管使用时，在T3晶体管关断阶段的电路波形。
系统效率达到91.81%。
通过去除与晶体管串联的二极管，可消除额外的正向压降。
当开关损耗因存储在MOSFET内的反向恢复电荷而增大时，该解决方案需要MOSFET的内置体二极管具备更出色的性能。
具体情况如图9所示。
除了开关损耗增大，另一个缺点是MOSFET最终会因高反向恢复电流而受损。
图9 SPD07N60C3(不带D2至D5二极管)在T3晶体管关断阶段的波形。
系统效率为89.72%。
采用新一代IPD65R660CFD器件可获得卓越的解决方案。
由于这种MOSFET的内置体二极管的性能出众，可不采用D2至D5二极管，从而大幅提高系统效率。
具体如图10所示。
图10 IPD65R660CFD(无需D2至D5二极管)在T3晶体管关断阶段的波形。
系统效率为92.81%。
新一代IPD65R660CFD器件的内置体二极管的优化结构与极低的反向恢复电荷特性的有机结合，还有助于确保器件的可靠运行。
结论
英飞凌新一代CoolMOS CFD2器件具备最低的通态电阻和高达650V的阻断电压。
这种的器件还具备极低的反向恢复电荷和结实耐用的内置体二极管。
数据表规范中将提供全新的Qrr和trr最大值。
我们还评估了这种新器件在典型HID半桥电路应用中的性能：省去4个二极管，并获得出色效率。
由于内置体二极管具备650V的击穿电压和结实的结构，因此这种新器件拥有更多安全特性，可防止在MOSFET硬换流过程中被损坏。