Tour d’horizon des dernières évolutions du marché des Mosfet de puissance

L'analyse des dix dernières annonces de composants présentées sur electronique-news.com met en évidence des avancées significatives dans le domaine des transistors de puissance Mosfet.

Qu'il s'agisse de silicium conventionnel ou de carbure de silicium (SiC), les fabricants — parmi lesquels Toshiba, Rohm, Diodes et STMicroelectronics — concentrent leurs innovations sur la montée en tension des réseaux automobiles, le packaging avancé à très faible résistance thermique et l'intégration au sein d'environnements à haute densité de puissance.

L'évolution des composants Mosfet témoigne d'une recherche constante du meilleur compromis entre résistance à l'état passant, vitesse de commutation et compacité. Si la hausse des densités de puissance en environnement contraint (centres de données d'IA et électrification automobile) dicte le besoin en semi-conducteurs plus performants, c'est principalement l'innovation sur les boîtiers (refroidissement par le dessus, clips en cuivre, inspection AOI) qui permet d'exploiter pleinement le potentiel du silicium et du carbure de silicium sur les lignes de fabrication automatisées.

1. Transition des architectures électriques : la poussée du 48 V et de l'IA
L'une des évolutions majeures concerne l'adaptation des composants à deux marchés en pleine mutation : l'automobile et l'infrastructure informatique.

• Électrification automobile (12 V, 24 V et 48 V) : L'augmentation des besoins électriques dans les véhicules (onduleurs, direction assistée, freinage, pompes à eau) pousse à l'adoption de réseaux 48 V. Pour répondre aux pics de tension transitoires sans pénaliser le rendement, Rohm, Toshiba et Diodes ont introduit des gammes de Mosfet 80 V et 100 V. La série AG16xFNxx de Rohm ou le modèle DMTH10H1M7SPGWQ de Diodes visent à remplacer avantageusement les composants 100 V traditionnels grâce à des valeurs de RDS(on)​ particulièrement basses (jusqu'à 1,5 mΩ).

• Centres de données et serveurs d'IA : L'expansion de l'informatique haute densité exige une distribution d'énergie à fort courant et faible dissipation thermique. Toshiba répond à cette contrainte avec sa série TPM1R408RH de 80 V (RDS(on)​ max. de 1,4 mΩ) basée sur le procédé U-MOS11-H, affichant une réduction de 45 % du facteur de mérite (RDS(on)​×Qg​) pour limiter les pertes par commutation. De son côté, Rohm a décliné ses séries à superjonction 600 V (R60xxXNx et R60xxWNx) en boîtiers montés en surface compacts (DFN8080-5L et TOLL).

Les avancées sur le silicium (die) s'accompagnent de progrès déterminants sur la géométrie et l'architecture des boîtiers (packaging).

• Refroidissement par le dessus (Top-Side Cooling) : Pour les applications haute tension (jusqu'à 1 200 V) comme les réseaux de traction 800 V des véhicules électriques ou les onduleurs photovoltaïques, Rohm a introduit un boîtier SiC CMS à refroidissement par le dessus. Cette approche dissipe la chaleur directement vers un radiateur externe supérieur sans passer par la carte électronique, éliminant ainsi l'usage de vias thermiques tout en conservant la comptabilité avec les lignes d'assemblage automatisées. La structure propriétaire de ce boîtier intègre une distance de fuite de 6,66 mm.

• Technologie de liaison par clip en cuivre et boîtiers sans plots : Pour réduire la résistance parasite et l'impédance thermique, les fabricants abandonnent les fils de câblage internes. Toshiba a ainsi mis en œuvre des boîtiers sans plots internes (tels que le SOP Advance EWF), liant la puce au moyen d'un clip en cuivre massif. Le composant XPMR5904PB atteint ainsi un courant de drain maximal de 180 A, en hausse de 20 % par rapport aux générations précédentes. Diodes utilise également la technologie PowerDI8080-5 à clip en cuivre, permettant d'accepter des courants allant jusqu'à 847 A tout en diminuant la surface de 40 % par rapport au format D2PAK.

• Inspection optique automatisée (AOI) et tenue aux cycles thermiques : L'ajout de broches en aile de mouette (gull-wing) et de flancs mouillables (wettable flanks) sur les composants à montage en surface (ex. séries Toshiba, Rohm, Diodes) permet d'absorber les contraintes mécaniques liées aux variations de température et de rendre les joints de soudure contrôlables par vision optique lors des lignes de fabrication automobiles.

L'optimisation de l'espace sur circuit imprimé pousse également à la consolidation des composants.

• Paires complémentaires intégrées : Toshiba a présenté un boîtier compact TSOP6F (2,9 × 2,8 mm) abritant à la fois un Mosfet à canal N (46 mΩ) et un Mosfet à canal P (45 mΩ). La symétrie étroite des résistances à l'état passant permet d'équilibrer la répartition thermique dans les ponts de commande pour moteurs BLDC ou les commutateurs de charge.

• Ultra-faible résistance à l'état passant : Dans les unités de distribution de puissance et de gestion de batterie (BMS), STMicroelectronics met en avant son composant STL059N4S8AG (gamme Smart STripFET F8), qui affiche une valeur typique de RDS(on)​ de 0,59 mΩ sous 40 V, permettant d'accepter un courant continu de 420 A dans un format PowerFLAT 5x6.

Synthèse des caractéristiques des 10 nouveaux Mosfet

Publié par Youssef Belgnaoui, rédacteur pour Induportals.

  Demander plus d’information…