【元件】 业内独创！维安推出内置绝缘封装的高压MOSFET，具有热阻低、温升低、高可靠性的优点
近年来，新一代电动汽车的进一步普及，促进了更高效、更小型、更轻量的电动系统的开发。同时，在电动汽车领域，为延长续航里程，车载电池的容量呈日益增加趋势，随着新能源汽车续航里程不断提升，相应的电池容量日益提高，如特斯拉Modle S 2021款长续航升级版（719km）电池容量100kWh，与此同时，还要求缩短充电时间， Modle S 2021款快充时间1小时。为了解决这些问题，能够实现高耐压和低损耗的功率元器件被寄予厚望。
高功率、高效率就意味着需要更低导通电阻的MOSFET，目前TO-247封装是高功率充电机、充电桩电源模块应用中使用最多的封装形式。但常规TO-247封装框架和漏极直接相连，非绝缘特性使得应用的时候必须外部安装绝缘片，复杂的生产过程容易造成外部绝缘片破裂，导致绝缘强度下降甚至短路，使得产品整体可靠性下降。
图1 常规TO-247封装示意图
图2 充电机TO-247安装示意图
图3 外部绝缘片破损示意图
功率器件安装到散热器使用时，系统热阻包括封装芯片Rthj-c和散热器到环境电阻Rth(h-a)，结到环境总热阻Rth(j-a) = Rth(j-c) + Rth(c-h) + Rth(h-a)。
图4 MOSFET die 模型
图5 TO247 MOSFET封装结构
硅芯片通过预成型件连接到框架，整个结构封装在树脂中，由于树脂的热导率非常低，因此硅芯片散热的首选路径是热导率较高的铜质背面，管芯内产生的功率会改变器件的温度，并根据所涉及层的热电容和电阻（从硅到封装背面）使器件温度升高，类似于图4所示的热模型。
维安创新的内置绝缘封装可将陶瓷绝缘片封装到内部，降低散热器到环境电阻Rth(h-a)，内部陶瓷绝缘材料缓冲了功率MOSFET封装中硅片和铜框架的热膨胀系数的差异，显著减少相邻层之间的热失配，提高了功率循环耐受性，进而降低器件结温给应用带来诸多优点。
图6 常规封装热阻示意图
图7 常规TO-247封装安装示意图
优点一：热阻低
采用恒功率模块电路进行验证测试，对比实测数据得出结论：相比外部绝缘片，内部绝缘结到散热器热阻更低，故而内置绝缘整体热阻比普通封装加外置绝缘片的系统热阻低。
图8 恒功率模块电路验证测试
图9 TO-247 外部加绝缘片热阻评估
温升数据 △T =40 ℃，P=28.86W，R=1.38℃/W
图10 TO-3P ISO内部绝缘封装热阻评估
温升数据 △T ℃=33.7 ℃，P=29W，R=1.16℃/W
优点二：温升低
低热阻也使得实际应用过程中器件温升较低，如下150W LED电源验证测试对比数据，在220VAC 输入条件下内置绝缘产品WMC53N60F2表面温度比常规TO-247 WMJ53N60F2低5.1℃，且低温升还能提高器件的使用寿命。
图11 温升对比曲线
优点三：高可靠性
简化生产工艺，避免生产工艺导外部致绝缘片破裂导致的故障，提高可靠性。
图12 内置绝缘封装安装示意图
封装的铜框架和半导体硅芯片热膨胀系数差异较大，使用陶瓷绝缘片可以减低二者热膨胀系数差异，提高功率循环的可靠性。
图13热膨胀系数差异
外部异常应力导致炸机，绝缘特征依然存在，即异常失效后仍有绝缘特征。
图14 管体异常裂隙
常规TO-247的封装安装孔和框架的绝缘距离是3.7mm，在某些要求较高的应用中，安全距离可能不满足要求，内置绝缘封装有更大的安规要求距离。 内置绝缘器件绝缘耐压测试>2500VAC。
图15 内置绝缘封装安装孔距
业内领先的深沟槽工艺与独创的内绝缘封装结合，使得SJMOSFET具有业内领先的超高功率密度，可大大提升电源的总体功率密度，节省空间。目前内置绝缘封装产品主要面向高功率电源模块，比如新能源汽车地面充电桩模块电源，充电机高功率和电子负载类仪表仪器行业。
维安内置绝缘主推的物料
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