半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及特殊設(shè)計(jì)要求
摘要:通過(guò)對(duì)電力半導(dǎo)體模塊結(jié)構(gòu)的介紹,以及對(duì)其主要原材料性能的分析,進(jìn)一步闡述了各主要結(jié)構(gòu)材料對(duì)電力半導(dǎo)體模塊性能的影響。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179429.htm關(guān)鍵詞:電力半導(dǎo)體;模塊;質(zhì)量差異
1 引言
電力半導(dǎo)體模塊是分立半導(dǎo)體器件的進(jìn)一步發(fā)展,它是現(xiàn)代電力電子設(shè)備的主要器件。由于它具有體積小,外殼與電極絕緣,可靠性高,安裝方便等優(yōu)點(diǎn),因此,在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用。近十幾年來(lái)在我國(guó)也迅速地得到推廣應(yīng)用,并且已有很多廠家引進(jìn)了制造技術(shù)或自行開(kāi)發(fā)。但由于各廠家對(duì)模塊的設(shè)計(jì)和工藝了解程度的不同,導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品在技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量上存在很大的差異,特別是國(guó)內(nèi)還存在著模塊電流越做越大的趨勢(shì),嚴(yán)重地誤導(dǎo)了用戶的使用,因此,為了確保電力電子設(shè)備的性能,有必要對(duì)電力半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。
2 電力半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
電力半導(dǎo)體模塊是將多只半導(dǎo)體芯片按一定的電路結(jié)構(gòu)封裝在一起的器件。它具有體積小,外殼與電極絕緣的特點(diǎn),因此,可以將多只模塊放在同一塊散熱器上,以縮小電力半導(dǎo)體整機(jī)的體積。
通常,200A以上的分立式電力半導(dǎo)體器件采用平板式壓接結(jié)構(gòu),為雙面散熱;200A以下的器件采用螺栓式焊接或壓接結(jié)構(gòu),為單面散熱。
電力半導(dǎo)體模塊和分立式電力半導(dǎo)體器件一樣,也具有焊接和壓接兩種結(jié)構(gòu)形式,如圖1所示。它與分立式半導(dǎo)體器件所不同的是它的電極與外殼絕緣,并且壓接式模塊也是采用單面散熱。
(a)模塊 (b)螺栓元件 (c)平板元件
圖1 電力半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)圖
電力半導(dǎo)體器件的熱阻與功耗的關(guān)系如式(1),式(2)所示。
Rja==Rjc+Rca=Rjc+Rcs+Rsa(1)
P=0.785VTMIAV+0.215VT0IAV(2)
式中:Rja為模塊芯片與環(huán)境之間的熱阻;
Rjc為模塊的結(jié)殼熱阻;
Rca為模塊外殼與環(huán)境之間的熱阻;
Rcs為模塊外殼與散熱器之間的接觸熱阻;
Rsa為散熱器的熱阻;
Tj為模塊芯片的溫度;
Ta為模塊的使用環(huán)境溫度;
P為器件的通態(tài)耗散功率;
VTM為器件的通態(tài)峰值壓降;
IAV為額定通態(tài)平均電流;
VT0為器件的門(mén)檻電壓。
由于模塊采用絕緣的陶瓷片和單面散熱結(jié)構(gòu),增加了熱阻,導(dǎo)致在同等芯片尺寸和同等散熱條件下,模塊的電流容量降低了,因此,對(duì)模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選取也另有特殊的要求。
3 模塊常用絕緣材料的的特點(diǎn)及選取
模塊外殼基板與電極絕緣,同時(shí)還要利用外殼散熱,因此,要求其基板和電極之間的絕緣材料不但應(yīng)具有良好的絕緣性能(絕緣電壓≥2500VRMS),而且要具有良好的導(dǎo)熱性能,以及耐高溫(>150℃),并有良好的機(jī)械性能,熱膨脹系數(shù),抗壓性能等。常用作組裝模塊用的絕緣材料有,Al2O3、BeO、AlN及DCB瓷片等。其性能見(jiàn)表1。
評(píng)論