能滿足消費和工業(yè)領(lǐng)域需求的IGBT 新模塊

　簡介
      在消費產(chǎn)品和中低功率驅(qū)動中，低成本，高可靠性的逆變器解決方案是產(chǎn)品的關(guān)鍵。面對日益增長的價格壓力，越來越多人加入到這個巨大的市場中，去尋找最佳的技術(shù)解決方案，其要求成本低而且能夠可靠的實現(xiàn)各種特定要求?，F(xiàn)在沒有廠商會生產(chǎn)劣質(zhì)產(chǎn)品，這會導(dǎo)致從最終用戶那里召回產(chǎn)品，或徹底損害自己聲譽。所以空調(diào)，洗衣機，泵，風(fēng)機，醫(yī)療系統(tǒng)，伺服馬達(dá)，通用馬達(dá)，UPS等的逆變器驅(qū)動設(shè)計工程師一直在尋找高性能的IGBT模塊，實現(xiàn)低成本的系統(tǒng)設(shè)計。
       eupec的 EasyPACK 和 EasyPIM系列模塊包括了6-PACK ( 內(nèi)部為三相逆變器，帶溫度傳感器 ) 和 PIM ( 內(nèi)部為單相或三相的輸入整流橋，三相逆變器，不帶制動單元和溫度傳感器 )。模塊采用600V和1200V系列的IGBT芯片, 在110-440V 輸入電壓范圍內(nèi), 其驅(qū)動的最大功率可以達(dá)到5,5kW 。通過引進(jìn)新的600V IGBT3 技術(shù)(采用磁場終止技術(shù)的溝槽柵IGBT芯片) 和設(shè)計更多的模塊拓樸結(jié)構(gòu)，相同封裝的模塊則可以用于高達(dá)15kW的馬達(dá)驅(qū)動。 EasyPACK 和 EasyPIM模塊已經(jīng)能滿足當(dāng)今的各種需求。
　　Easy系列模塊的概念
　
圖1: EasyPIMTM / EasyPACK模塊系列

       不帶基板的EasyPACK 和 EasyPIM模塊是設(shè)計在雙面覆銅箔的陶瓷DCB上，能保證對散熱器2.5 kV的絕緣。為了滿足沒有銅基板模塊可靠裝配的一些特殊需求， eupec開發(fā)了一種夾子安裝方案用來裝配模塊。對比直接用螺絲固定，這種夾子安裝方案可以在模塊長期使用中保持優(yōu)良的模塊和散熱器的熱接觸，DCB上的安裝壓力不會很大，而且可以控制。
       為了可靠的工作，優(yōu)化可靠的模塊和散熱器熱接觸是很重要的。由于卡子安裝方案可以最好的避免材料形變的影響（譬如模塊塑料封裝），模塊到散熱器的壓力可以在模塊使用中長期保持恒定，而在用螺絲直接通過模塊塑料封裝安裝的時候，幾個微米的移位就會導(dǎo)致安裝壓力損失。
        另外，卡子安裝方案對使用過多的導(dǎo)熱脂或厚度不合適的導(dǎo)熱墊片不十分敏感。如圖2中描述的那樣，過剩的導(dǎo)熱脂會被壓出，當(dāng)至少有DCB和散熱器的三點的直接接觸建立時安裝就到位了。
　
圖2: 卡子安裝系統(tǒng)和安裝后的模塊

　　不采用卡子安裝，就會出現(xiàn)以下的風(fēng)險：
　　- 如果導(dǎo)熱脂層厚薄不均，裝配時的巨大壓力就有可能導(dǎo)致DCB破碎。
　　- 如果導(dǎo)熱脂太厚，模塊可能在正常安裝方法固定好后下沉，然而其結(jié)果卻會失去了安裝壓力。
　　模塊安裝
       EasyPACK, EasyPIMTM模塊的設(shè)計是過孔安裝，焊接在PCB板上。模塊通過一個或兩個夾子（由eupec認(rèn)可和提供）安裝在散熱器上，卡子放在模塊封裝上就可以可靠卡在模塊上了。散熱器的安裝可以在模塊焊接到PCB之前或之后?？ㄗ釉诎惭b前的位置不論是在模塊頂部或底部不會超過模塊的垂直尺寸，所以模塊的焊接很容易就可以完成。模塊與散熱器的熱接觸是通過導(dǎo)熱脂或?qū)釅|片。
       分兩步來緊固螺絲或重新緊固螺絲是沒有必要的，eupec的卡子經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，可以保證模塊使用中長期保持優(yōu)良的熱接觸。在焊接前用螺絲把模塊固定在PCB上同樣是沒有必要的。另外，焊接的引腳允許一定的壓力和上下位移。
　　600V-IGBT3-技術(shù)
　　目前eupec的600V模塊采用的是基于非穿透型 (NPT)技術(shù)的IGBT，生產(chǎn)出的晶元本身形成成批的IGBT。對比PT(穿透型)技術(shù)，NPT技術(shù)大大提高了芯片的強度，減小了開關(guān)損耗。NPT概念來自英飛凌，一種用來加工薄晶元的非常成熟的工藝。英飛凌（eupec的母公司）是一個領(lǐng)導(dǎo)全球科技的跨國公司，因此，雖然要采用薄晶元工藝，600VIGBT仍采用英飛凌在1200V和1700V第三代IGBT芯片 [1]上實現(xiàn)的磁場終止溝槽柵的技術(shù)。圖3所示為IGBT?和IGBT?的結(jié)構(gòu)比較。
　
圖3: IGBT結(jié)構(gòu)比較
　　
        新一代600VIGBT技術(shù)的發(fā)展為消費類產(chǎn)品和工業(yè)驅(qū)動應(yīng)用提供最優(yōu)化的解決方案。磁場終止層允許降低芯片厚度，減小存儲在IGBT內(nèi)的電荷，這就使得有可能減小導(dǎo)通電壓和開關(guān)損耗。600V IGBT3 芯片的強度和抗短路能力,完全滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。
        總而言之，磁場終止技術(shù)結(jié)合了PT技術(shù)活性層薄的優(yōu)點以及NPT技術(shù)的后背表面受控良好的優(yōu)點，使得開關(guān)損耗降低和芯片強度提高。另外，允許最高結(jié)溫高，允許更高的極限工作條件。
        eupec現(xiàn)在推出新的IGBT模塊，第一次使用了第三代的 600 V IGBT? 技術(shù)。這使得每種IGBT封裝的電流范圍更大，可以使用相同的設(shè)計平臺和相同的功率模塊尺寸設(shè)計更寬的功率范圍的產(chǎn)品，大大降低系統(tǒng)成本，因為可以避免采用大封裝來設(shè)計更大功率的產(chǎn)品，所必須重新設(shè)計新的散熱器，新的PCB等。
　　擴展模塊范圍