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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 |
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| 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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