Оценка силового чипа по его корпусу: Преимущество SiC T2PAK

Развитие электрификации в сфере электромобилей (EV), систем возобновляемых источников энергии и центров обработки данных ИИ оказывает все большую нагрузку на системы питания, требуя более высокой эффективности, меньших габаритов и более холодного режима работы. Это порождает постоянную проблему: рост плотности мощности в сочетании с уменьшением размеров систем часто создает серьезные тепловые узкие места.

Это главная проблема, с которой сегодня сталкиваются разработчики систем питания. Эффективное управление тепловыделением стало критическим препятствием при проектировании. Мировые рынки ускоряют внедрение технологии карбида кремния (SiC), однако терморегулирование зачастую является лимитирующим фактором. Традиционные корпусные решения часто с трудом справляются с тепловыми требованиями высоковольтных SiC-приложений, что вынуждает идти на компромисс между характеристиками коммутации и тепловой эффективностью.

Новые корпусные решения обеспечивают эффективное управление тепловым режимом и высокую производительность в современных, более требовательных приложениях.

Проблема электрификации

Платы распределения питания уже перегружены и часто исчерпали свои максимальные тепловые пределы. Инженеры не могут позволить себе отводить избыточное тепло от силовых ключей на эти платы.

Два корпуса MOSFET, которые хорошо известны своими относительно высокими тепловыми характеристиками — это D2PAK (TO-263-7L) и TO-247-4L. Но в условиях ограниченного пространства их недостатки очевидны:

• TO-247-4L обеспечивает удовлетворительное рассеивание тепла, поскольку легко подключается к радиатору с помощью простого винтового зажима, оставляя достаточный путь для отвода тепла. В небольшом пространстве выводы, токоведущие дорожки и находящиеся поблизости конденсаторы могут образовывать большую петлю коммутации — сумму всех паразитных индуктивностей. Результатом могут стать большие выбросы, сниженные скорости коммутации и повышенные коммутационные потери.

• D2PAK нивелирует проблему паразитной индуктивности, поскольку, будучи устройством для поверхностного монтажа (SMD), его короткие медные дорожки минимизируют площади контуров коммутации. По сравнению с TO-247-4L, D2PAK действительно обеспечивает более высокую скорость переключения. Тем не менее, D2PAK вынужден рассеивать тепло через печатную плату (PCB), что приводит к большему тепловому сопротивлению между радиатором и компонентом.

Разработчикам требуется решение, которое позволяет избежать этих компромиссов без ущерба для производительности или увеличения размеров системы. Встречайте — T2PAK.

В чем отличия T2PAK

T2PAK объединяет ведущую в отрасли технологию карбида кремния компании onsemi с одним из наиболее широко используемых форматов корпусов с охлаждением сверху (TSC). Корпус T2PAK разработан специально для того, чтобы сбалансировать превосходное рассеивание тепла и отличные характеристики коммутации, объединяя в себе преимущества TO-247-4L и D2PAK без существенных недостатков.

Видео: Обзор T2PAK: Охлаждение сверху трансформирует проектирование SiC-систем

Технология TSC обеспечивает прямую тепловую связь между MOSFET и радиатором устройства в исполнении SMD. Это позволяет отводить тепло от платы распределения питания непосредственно в инфраструктуру охлаждения системы или металлический корпус, минуя тепловой узел печатной платы, с которым сталкивается D2PAK. Преимущества включают в себя:

• Превосходные тепловые характеристики — Рассеивание тепла непосредственно в радиатор снижает рабочие температуры окружающей среды.

• Снижение теплового напряжения — Отвод тепла от основной платы уменьшает тепловую нагрузку на другие компоненты, помогая поддерживать более низкую температуру печатной платы, одновременно продлевая срок службы и повышая надежность системы.

• Низкая паразитная индуктивность — Такие устройства, как обладающие превосходными коммутационными характеристиками NTT2023N065M3S и NVT2023N065M3S, отличаются очень малым полным зарядом затвора (≈74 нC) и выходной емкостью (≈195 пФ) при повышенной надежности и сниженных потерях.

• Гибкость проектирования — Сочетание выдающегося показателя качества (FOM) EliteSiC и корпуса T2PAK с верхним охлаждением позволяет создавать более эффективные приложения с меньшей площадью основания.

Линейка T2PAK предлагает широкий выбор опций, включая запланированные к выпуску компоненты на 12 мОм, 16 мОм, 23 мОм, 32 мОм, 45 мОм и 60 мОм для MOSFET 650 В и 950 В EliteSiC M3S.

• Соответствие стандартам: Соответствует стандартам IEC 60664-1 по путям утечки для наименьшего расстояния между двумя токоведущими частями по поверхности изоляционного материала (минимум 5,6 мм)

• Измеренные тепловые характеристики: Тепловое сопротивление «кристалл-корпус» составляет всего 0,35 °C/Вт для компонента 12 мОм (лучше, чем у D2PAK)

• Гибкость монтажа: Совместимость с жидкими термоинтерфейсами, прокладками и керамическими изоляторами для оптимизации теплового стека

Влияние на рынок и сферы применения

Глобальное предоставление образцов T2PAK велось на протяжении всего 2025 года в Европе, Америке и Большом Китае. Этот корпус отлично подходит для требовательных промышленных и автомобильных применений.

T2PAK часто является наиболее востребованным корпусом для электромобилей, таких как бортовые зарядные устройства (OBC), компоненты трансмиссии и зарядные станции для электромобилей. Поскольку бортовое зарядное устройство обычно имеет доступ к системе жидкостного охлаждения автомобиля, TSC позволяет отводить тепло от силовых ключей в систему с помощью теплопроводящего интерфейса.

Более высокая энергетическая эффективность может быть достигнута за счет снижения паразитной индуктивности, поскольку устранение проблем с петлей коммутации приводит к снижению потерь на переключение. Это в сочетании с соблюдением стандартов IEC по путям утечки помогает подкрепить обязательства производителей по безопасности перед своими клиентами.

Корпуса с верхним охлаждением (TSC) быстро завоевывают позиции в солнечных энергетических системах благодаря своей превосходной тепловой эффективности. T2PAK доказывает свою идеальную пригодность для новых и передовых инфраструктурных приложений, таких как системы преобразования солнечной энергии и системы хранения энергии (ESS).

Центры обработки данных полагаются на устанавливаемые в стойку источники питания AC-DC и DC-DC, а также блоки распределения питания. Вся гипермасштабируемая архитектура построена вокруг легкого доступа к этим блокам питания и их замены. Поскольку жидкостное охлаждение становится обычным явлением в дата-центрах, естественное верхнее охлаждение T2PAK хорошо интегрируется с конструкциями на базе охлаждающих плит. Здесь свободно циркулирующий хладагент протекает по каналам, проходящим рядом с тепловыми интерфейсами, прикрепленными непосредственно к самым горячим чипам, отводя тепло от высокопроизводительных процессоров. В сочетании с иммерсионным охлаждением конструкции с охлаждающими плитами позволяют сократить выбросы парниковых газов почти на одну пятую, согласно недавнему исследованию.

Преодолевая тепловые трудности, T2PAK позволяет разработчикам раскрыть более высокую производительность, повышенную надежность и упростить терморегулирование. По сравнению с обычными дискретными корпусами, клиенты могут достичь высокой плотности мощности с помощью T2PAK.

Корпус T2PAK также подходит для:

• Высоковольтных DC/DC-преобразователей (автомобильных и промышленных)

• Промышленных импульсных блоков питания (SMPS) для автоматизации и робототехники

• Промышленных приводов и высокоэффективных DC/DC-преобразователей

Глобальное внедрение и перспективы на будущее

По мере развития систем питания будущие разработки будут все больше опираться на верхнее охлаждение для достижения жестких требований к эффективности и габаритам. компания onsemi готова соответствовать требованиям времени, сделав свою передовую технологию SiC доступной в корпусе T2PAK.

Заключение

Поскольку электрификация меняет все отраслевые стандарты, решение EliteSiC T2PAK от onsemi задает новые стандарты эффективности преобразования энергии. MOSFET-транзисторы EliteSiC в корпусе T2PAK TSC представляют собой технологический прорыв в области корпусирования, служащий стратегическим фактором развития электрификации. Обеспечивая превосходные тепловые характеристики, надежность и гибкость проектирования без традиционных компромиссов, T2PAK преодолевает пространственные и тепловые ограничения, с которыми сталкиваются отрасли по всему миру. Устройство T2PAK от onsemi доступно широкому рынку, что обеспечивает повсеместный доступ к этой критически важной технологии.

Узнайте больше

Ознакомьтесь с продуктами EliteSiC T2PAK, линейка которых продолжает расширяться.