低电感薄型IGBT模块.docx

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1、低电感薄型IGBT模块taoyang导语：IGBT模块已经被广泛应用于电力电子行业.如今系统的开展越来越要求功率电子器件具有更高的功率密度,更优化的电性能,更高的可靠性及简单的安装方法.摘要:IGBT模块已经被广泛应用于电力电子行业.如今系统的开展越来越要求功率电子器件具有更高的功率密度,更优化的电性能,更高的可靠性及简单的安装方法.在现有的产品上进展优化,兼容的同时保证高的可靠性,已成为功率模块开发的目的.关键词:薄型封装,杂散电感,IGBT模块,可靠性基于9434mm封装的IGBT模块在过去的十多年中已经在诸多行业得到了广泛的应用。从此各大公司在兼容这个模块尺寸的同时不断推出自己的模块封装

2、形式。南京银茂微电子推出了34mm簿型低电感的模块下文称T1封装。T1采用了高功率密度设计，并根据不同行业的应用需求，选择最正确的IGBT和FRD的芯片组合,使新型模块与同等安装尺寸的传统功率模块相比，电流输出才能更高，关断峰值电压更低。同时，功率端子的无钎焊极大地进步了模块在环境温度循环和功率循环条件下端子连接的可靠性，为系统可靠性的提升提供了根底图1是T1模块左和其他公司模块右的实物和外形尺寸比拟 b2.材料/bT1封装模块的外壳采用高强度材料,严格控制端子电镀工艺,保证模块在长期高温条件下使用时外壳的结实,并配有独特的盖板设计保证了使用经过中的平安.b3.RoHS工艺/b新型模块的消费工

3、艺使用了无铅工艺,端子和DBC采用无焊接工艺,是符合了RoHS要求的绿色产品.b4.端子无焊接工艺/b5.功率循环才能在功率模块的实际应用中,模块的可靠性主要受到热应力的影响,如电机的满载和轻载的变化,变频器输出频率的变化,这些变化都会产生温度的变化,材料间存在不同的热膨胀系数,钎焊在热应力下很轻易疲惫,导致端子脱落失效,T1封装通过端子和DBC之间采用超声波键合工艺,大幅进步了功率端子的负载循环才能.图3是端子采用焊接的模块与T1模块在不同壳温变化下功率循环的才能6.新型低电感功率端子设计T1新型模块的功率端子摈弃了钎焊与DBC基板的连接方式,而是采用了高纯度铝线超声波键合的方式，使两者之间

4、的应力大为降低。由于省却了传统的S型设计,端子的长度减少了1/3,进而减少了模块本身的寄生电感和端子的电阻。相比传统34mm封装的端子,电感降低了30%,优化了关断特性,同时也降低了使用经过中在端子上所产生的功耗.采用新型端子设计可以减少内部安装的空间。由于不需要钎焊,有效的节省的DBC上芯片布局空间,使得芯片空间布局更加优化,模块电流密度更高.平衡了线路的设计.信号端子采用DBC走线和键合工艺,优化了信号的对称型,相比传统的飞线焊接,简化了工艺，并减小了门极寄生电感和电阻.图6是T1模块的内部端子安装构造7.开关特性新的T1封装设计推出了低损耗,快速,标准等IGBT模块,适用于变频器,电机控

5、制,焊机、感应加热、开关电源和UPS等不同要求的系统。通过在高温下测试模块的动态特性,发现新的薄型端子无焊接的封装设计大大降低了器件的开关经过中产生的损耗,优化RBSOA等特性及减小了关断时的电压过冲.align=centerCh1:IC=30A/div;ch2:Vcc=200V/div;图7.T1封装与标准的封装关断特性波形比拟Tj=125/align图是在一样的测试装置和测试条件下测得2种低损耗器件的关断波形,由图可以得出T1的电压过冲Vc1=180V;DLC封装的电压过冲Vc2=220V所以计算得出:T1封装模块:di/dt=72A/0.386us=187A/usVc1=L1di/dtL

6、1=Vc1/di/dt=180V/187A/us=960nHDLC封装:di/dt=72/0.320us=225A/usVc2=L2di/dtL2=Vc2/di/dt=220V/225A/us=978nH一样装置的测试条件下，模块电感差异L=978-960=18nH.b频率特性/b薄型低电感封装设计降低了模块的开关损耗,芯片空间布局的优化减小热阻特性,保证模块具有更高的频率电流输出特性.图比拟了两种低损耗模块在不同开关频率下的有效输出电流，由图可以看出在一样频率下T1模块的输出电流才能更高，给系统设计者留下更多的余量考虑。8.新型封装更适用于高频快速型IGBT模块通常在开关频率超过20kHz的

7、应用领域,一般要求功率器件具有优异的高速开关性能,然而随着使用这些功率器件所使用系统的不同,主电路和控制方法也随之变化,很多时候不仅需要模块搭载上的高速芯片,同时也需要在高频下封装与设计的最优化,所以T1封装的上风在高频器件上表现的尤其突出,为医疗设备和逆变焊机的使用提供了更大电流输出才能.通过测试GF100HF120T1的在高温下的开关损耗可以得出,在Vcc=600V,IC=100A时Eon=8.5mJ,Eoff=5.2mJ,总的开关损耗只有13.7mJ,使器件在高频时表现更好的动态特性。图比拟了三种快速模块的频率输出特性，可见模块在同等电流输出条件下，具有最低的温升。9.优化安装空间为了使模块能向四周更好的散热,基板与散热器之间有良好的接触,所以基板通过机械处理后形成一个曲面，更好保证安装时与散热器之间的接触，标准的孔距80mm可以是用户不需要更改散热器的安装孔,直接安装模块.薄型的外壳高度只要21.5mm,为客户系统设计降低模块安装的高度,缩短了功率端子使用的连接线和铜排.与传统的安装方式并没有发生更多的变化,可以采用一样的安装顺序及操纵要求.