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富士电机发布了新款工业用途的IGBT模块 可靠性提高20倍
http://cn.newmaker.com 6/9/2014 9:44:00 AM  日经BP社
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富士电机在“PCIM Europe 2014”(2014年5月在德国纽伦堡举行)上,发布了新款工业用途的IGBT模块。新产品的特点是,与该公司原产品(V系列)相比可靠性高、尺寸小。耐压1200V的模块在50℃下的功率循环耐量为1×10^8次,与该公司相同耐压的原产品相比,提高到了20倍。

新款模块的外形尺寸为长60mm×宽22mm×高13mm。体积只有该公司原产品的18%左右,长×宽的面积约为原产品的42%。预定从2014年10月开始样品供货,2015年6月开始量产。主要用于电梯、通用逆变器装置、功率调节器和UPS等。

新款模块通过改进IGBT芯片和模块构造,降低热阻,提高了可靠性,缩小了产品尺寸。原产品中,IGBT模块上除了IGBT芯片外,还安装了回流用二极管芯片。此次的新模块采用将IGBT和二极管集成在一枚芯片上的“RC-IGBT”。通过采用单芯片设计,与分别配备IGBT和二极管的方式相比,功率元件的芯片面积削减了约26%。

通过实现单芯片化,散热性也得到提高,与以前流过相同的电流时,可降低芯片温度。散热性提高的理由是因为,与IGBT芯片单体和二极管芯片单体相比,RC-IGBT的面积更大。

另外,RC-IGBT在此次的模块产品中还是首次实用化。

新款模块通过削减零部件等,将热阻降低约60%,并实现了小型化。功率模块一般从上到下按照IGBT芯片及二极管芯片等功率元件、DCB绝缘基板、金属底板的顺序构成。功率元件与DCB基板之间,以及DCB基板与底板之间有焊锡等接合材料。DCB基板采用以铜板夹住陶瓷上下部的构造。

而新款模块省去了金属底板,降低了热阻。原产品利用铜底板,而新模块未采用底板,而是加厚了陶瓷基板上下部的铜板厚度。

加厚铜板的话,热应力会相应变大。为解决这个问题,模块的封装材料采用了新开发的环氧树脂。富士电机没有公布详细情况,只说是与某材料厂商共同开发的。

为提高可靠性,还改变了连接功率元件上面与功率模块外部端子的安装方法。以前采用引线键合法,而新产品利用铜引脚。

考虑采用SiC元件

新款模块除IGBT外,还考虑采用SiC元件,并为此展开了开发。采用SiC二极管和IGBT的混合型产品预定与RC-IGBT产品在同一时期进行样品供货和量产。IGBT芯片预定采用最新的第7代产品。目前使用的是第6代产品。

富士电机将来还计划把IGBT换成SiC MOSFET,实现全SiC产品的量产。全SiC产品打算改变铜引脚与功率元件的接合材料,实现在200℃结温下的工作。RC-IGBT产品和混合型产品利用焊锡与铜引脚接合,而全SiC产品将利用银纳米材料。目的是提高对热循环的耐性。

SiC二极管和SiC MOSFET都由富士电机制造,预定利用口径为6英寸的SiC晶圆量产。

采用SiC功率元件可降低损失。其中能大幅降低的是导通损失。比如,开关频率为12kHz时,与原模块相比,损失可降低约27%。

新模块为提高开关速度,缩小了电感。由原产品的52.4nH削减到了12.2nH。

此次发布的新模块实际上是以富士电机2010年发布的SiC用新一代功率模块为基础。2010年发布的模块就去掉了底板,并采用铜引脚封装。

此次的新模块与2010年发布的产品相比,改变了在散热片上安装模块的方法。以前是在模块的中央部打螺丝,而此次改为在两端打。这样做有两个目的,一是削减电感,以应对高速开关。二是增强与散热片的贴合性,以降低热阻。

此外,为提高扩展性,新模块采用可并联多个使用的标准。在要求高输出功率的用途可使用多个,在对输出功率要求不高的用途只使用一个即可。与根据输出功率准备多种封装相比,优点是能减少模块的性能评估作业。(记者:根津 祯,《日经电子》)

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