“引言”
近年來，為了更好地實現自然資源可持續利用，需要更多節能產品，因此，關于焊機能效的強制性規定應運而生。經改進的碳化硅CoolSiC? MOSFET 1200 V采用基于.XT擴散焊技術的TO-247封裝，其非常規封裝和熱設計方法通過改良設計提高了能效和功率密度。
文：英飛凌科技高級應用工程師Jorge Cerezo
【資料圖】
逆變焊機通常是通過功率模塊解決方案設計來實現更高輸出功率，從而幫助降低節能焊機的成本、重量和尺寸[1]。
在焊機行業，諸如提高效率、降低成本和增強便攜性（即，縮小尺寸并減輕重量）等趨勢一直是促進持續發展的推動力。譬如，多個標準法規已經或即將強制規定焊機的電源效率達到特定水平。其中一個例子是，2023年1月1日生效的針對焊接設備的歐盟（EU）最新法規[2]。因此，對于使用功率模塊作為典型解決方案的10kW至40kW中等功率焊機，順應這些趨勢現在已變得非常困難。
英飛凌CoolSiC MOSFET 1200 V采用基于.XT擴散焊技術的TO-247封裝，大大提升了器件的熱性能和可靠性。結合特定的冷卻設計（“為了增加散熱，將器件單管直接貼裝在散熱片上，而未進行任何電氣隔離”[3]），它提供了更出色的器件單管解決方案（圖1）。它可實現更高輸出功率，提高效率和功率密度，并降低中功率焊機的成本。
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圖1：采用未與散熱片隔離的1200 V CoolSiC MOSFET單管的焊機電源
采用.XT擴散焊技術的CoolSiC MOSFET單管
增強型CoolSiC MOSFET 1200 V充分利用了基于英飛凌.XT擴散焊技術的改良型TO-247封裝。這項技術采用先進的擴散焊工藝。如[4]中所作詳細討論，這種封裝技術的主要優點是大幅減小焊接層的厚度（圖2），其中，特定的金屬合金結合可顯著提高導熱率。這一特性降低了器件的結-殼熱阻（Rthj-case）和熱阻抗（Zthj-case）。
這種焊接工藝可避免芯片偏斜和焊料溢出，并實現幾乎無空隙的焊接界面，從而提高器件的可靠性。此外，它提高了器件在熱-機械應力下的性能，這意味著器件在主動和被動熱循環測試條件下具有更出色的性能。總的來說，采用基于.XT擴散焊技術的TO-247封裝的CoolSiC MOSFET 1200 V，可使焊機電源設計實現更好的熱性能和可靠性。
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圖2：英飛凌.XT擴散焊技術較之于常規軟焊工藝
采用CoolSiC MOSFET器件單管的500 A焊機電源逆變器設計
一家大型制造商的焊機，其獨特的500 A電源逆變器設計展示基于.XT擴散焊技術TO-247封裝的CoolSiC MOSFET 1200 V，用于中等功率焊機的改良型解決方案。它使用了前文探討的冷卻概念，如圖1所示，器件貼裝在散熱片上而不進行電氣隔離。此外，為了證實其具備更好的性能，在相同的測試條件下，將其與主要競爭對手的SiC MOSFET進行了對比。
焊機電源由一個三相輸入，全橋拓撲逆變器構成，使用了英飛凌提供的4顆TO-247 4引腳封裝的基于.XT互連技術（IMZA120R020M1H）的20 m? 1200 V CoolSiC MOSFET。表1列出了逆變焊接的基本技術規格：
表1：焊機電源逆變器基本技術規格
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