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淺談電力半導體模塊的發展過程及新趨勢

來源:www.thai-hebmed.com 發表時間:2017-04-11

    一種新型器件的誕生往往使整個裝置系統面貌發生巨大改觀,促進電力電子技術向前發展。自1957年第一個晶閘管問世以來,經過40多年的開發和研究,已推出可關斷晶閘管(GTO),絕緣柵雙極晶閘管(IGBT)等40多種電力半導體器件,目前正沿著高頻化、大功率化、智能化和模塊化的方向發展,本文將簡要介紹模塊化發展趨勢。
    所謂模塊,最初定義是把兩個或兩個以上的電力半導體芯片按一定電路聯成,用RTV、彈性硅凝膠、環氧樹脂等保護材料,密封在一個絕緣的外殼內,并與導熱底板絕緣而成。自上世紀70年代SemikronNurmbeg把模塊原理(當時僅限于晶閘管和整流二極管)引入電力電子技術領域以來,因此模塊化就受到世界各國電力半導體公司的重視,開發和生產出各種內部電聯接形式的電力半導體模塊,如晶閘管、整流二極管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、光控晶閘管、可關斷晶閘管、電力晶體管(GTR)、MOS可控晶閘管(MCT)、電力MOSFET以及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等模塊,使模塊技術得到蓬勃發展,在器件中所占比例越來越大。
    據美國在上世紀90年代初統計,在過去十幾年內,300A以下的分立晶閘管、整流二極管以及20A以上達林頓晶體管市場占有量已由90%降到20%,而上述器件的模塊卻由10%上升到80%,可見模塊發展之快。
    隨著MOS結構為基礎的現代半導體器件研發的成功,亦即用電壓控制、驅動功率小、控制簡單的IGBT、電力MOSFET、MOS控制晶閘管(MCT)和MOC控制整流管(MCD)的出現,開發出把器件芯片與控制電路、驅動電路、過壓、過流、過熱和欠壓保護電路以及自診斷電路組合,并密封在同一絕緣外殼內的智能化電力半導體模塊,即IPM。
    為了更進一步提高系統的可靠性,適應電力電子技術向高頻化、小型化、模塊化發展方向,有些制造商在IPM的基礎上,增加一些逆變器的功能,將逆變器電路(IC)的所有器件都以芯片形式封裝在一個模塊內,成為用戶專用電力模塊(ASPM),使之不再有傳統引線相連,而內部連線采用超聲焊、熱壓焊或壓接方式相連,使寄生電感降到最小,有利于裝置高頻化。

  

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