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1、SEMITOP替代分立功率器件的最佳选择《电力电子》2007年5期电路与系统控制Cjrou!{&SystemControiSEMITOP@替代分立功率器件的最佳选择赛米控商业贸易(珠海)有限公司刘义享曼写I言赛米控公司的SEMITOP将多个芯片,例如IGBT,二极管,输入整流桥等集成在一个单个的模块中.高集成度封装减少了器件数量和分立功率器件方案所需的巨大空间,同时还保证了良好的连结性以及可靠性.由于SEMITOP所使用的先进的处理材料,例如DBC陶瓷衬底和内部的硅胶覆盖物,使得对于外部温度改变和机械应力有较强免疫力和品质保
2、证.本文主要从可靠性,寿命以及价格等方面对分立功率器件和当前功率模块SEMITOP做个比较.2SEMITOP的产品系列和芯片技术SEMITOP家族包含有SEMITOP.1,SEMITOP.2,SEMITOP.3和最新的SEMITOP.4.每类产品均有2个耐压等级:600V和1200V,使用的是NPT或TrenchIGBT芯片.新推出的SEMITOP.4驱动电机时功率可达22KW,将最新的IGBT芯片封装在一个紧凑的包装里.它是目前的SEMITOP1,2,3模块的延续产品.3SEMITOP和分立功率器件的比较SEMITOP使用的是赛米
3、控的专利SKiiP技术.该产品最初研发的目的就是为了在各种需要高集成度,绝缘以及高可靠性的应用场合可供选择来取代分立功率器件.SEMITOP使用的压接技术让芯片直接焊接在含有陶瓷衬底的基板上.这种结构使得SEMITOP具有如下特性:31SEMITOP比分立功率器件具有更高集成度SEMITOP.具有可根据客户要求而灵活设计的拓扑结构而且是高集成度的模块.典型的一个例子是它可以将整流,制动以及逆变全部集成在一个模块里.参考图1和图2.具有CIB拓扑结构带温度传感器的单个SEMITOP模块等于21个分立功率器件.从这点来看,SEMITOP
4、远比分立功率器件紧凑和节省空间.50IPowerElectronics图1图2SEMITOP0IB模块等于21个分立功率器件32SEMlTOP比分立功举器件=}jj_{有更眠韵热飘日高嘲专'SEMITOP.不带铜基板,这是和分立功率器件非常大的一个区别.下图(图3)可以很清晰的看出.图3SEMITOP.和分立功率器件的基板比较热阻是表征物体热传导能力的物理量.当两种物质接触时,热阻越大表明热传导越差.对于功率器件而言,热阻大则意味着使用时散热能力差.SEMITOP.具有比分立功率器件低的多的热阻是由于:陶瓷衬底比分立功率器件所用的绝
5、缘材料(如绝缘片)拥有更好的热传导性,因此使得SEMITOP的结电路与系统控制Circuii&SystemContro{到散热器的热阻要低于分立功率器件.参考图4.一棚lo..删一御?№■一肛啪n1...图4SEMIT0P模块和分立功率器件的热阻对比SEMITOP.具有比分立功率器件更好的可靠性是由于:陶瓷基片拥有和IGBT芯片材料硅相似的CTE(热膨胀系数).参考图5.cTE.热膨胀系数[1oOm/K]标准带铜基板的横块,f■环氧槲腑■硅j甚片?自陶瓷村底_'■基扳●綦峨啦糍"}r,¨f_0Il_l_1_≮,,010203
6、04050607080图5不同材料的0TE使用了SKiiP技术.没有不同热膨胀系数材料的大面积刚性连接.自身结构可以缓冲各种机械应力.由于陶瓷和IGBT的硅芯片热膨胀系数非常相似,保证了长时间的热循环中半导体的热膨胀不至于差距太大而容易疲劳和断裂.这一点也是sEMITOP对于分立功率器件的优势,就是更高的可靠性.33SEM{r0P辇绝缘结构而分立功率器件没有绝缘sEMITOP模块里的陶瓷衬底具有非常优良的绝缘性能和热性能.相比而言,分立功率器件没有绝缘.将不同的分立功率器件装配到一个散热器上时用户需要保证在不同器件部分保持绝缘性.而
7、这又是一个很大的缺陷因为如果存在高压而引入的绝缘装置如绝缘片却具有较差的热阻.SEMITOP.标准的绝缘电压可以达到三千伏.在绝缘这点上,SEMITOP比分立功率器件有优势.34SEMlTOP相对分立功率器件价格非常有竞争力以及安装成本更低如果比较表面的价格当然是分立功率器件比sEMITOP要便宜.但是我们必须考虑当使用了集成方案后会带来的整个应用上开支极大的减少.《电力电子》2007年5期为了更好的分析价格我们来深入探讨下在装配中花费的细节.实现一个三相逆变,如果使用分立功率器件,即便在最好的IGBT集成了续流二极管的情况下,也需
8、要6个器件,6个螺丝,6个垫圈和6个绝缘材料.但是如果我们用SEMITOP.,只需要仅仅一步就可以很轻松的把整个逆变器安装在散热器上了,这样也降低了装配的失效率.基本上,SEMITOP.可以为用户提供如下便利:(1)节省时间.只需要一
