为耐用和可靠而设计的4．5kV压接式封装IGBT

介绍了额定电压达4500V、额定电流达2000A的新型压接式封装IGBT(PPI)。在这种新器件的开发期间,特别强调系统制造商易于使用的可选用性。为了便于把压接式封装的IGBT紧固在长的骨架上,其机械设计是精心优化的。即使在骨架上的紧固会发生某些不均匀现象,这种压接式封装的IGBT由于其独特的设计,对每个芯片都用单独的压针压紧,因而它们都会发挥其完善的功能。进而,材料的选择也得到优化,以保证在野外也能达到极高的可靠性。在功率循环次数及在故障情况下运行之间的折中平衡点亦已被推向新的限界。这里的IGBT和二极管二者的芯片都是基于SPT(软穿通)技术。先进的IGBT平面元胞设计同二极管精密的寿命控制工程相结合,这样的芯片就具备了崭新的安全工作区。这就大大便利了系统设计,使原先使用的夹具或减振器成为过时。     

弹簧式压接IGBT模块内部应力及温度仿真分析

功率半导体器件的寿命与其内部的热力情况直接相关，而接触热阻严重影响压接式IGBT模块内部的温度分布，因此对于接触热阻的精确模拟尤其重要。本文对弹簧式压接IGBT进行了有限元仿真建模，基于蒙特卡洛方法来模拟接触热阻，详细分析了IGBT芯片表面温度和力的分布，提出了施加在单个芯片上的适当压力。对比了子模组中不同芯片表面的温度和应力大小，分析了多芯片子模组中极易首先发生失效的芯片。本研究结果可为弹簧式压接IGBT模块在实际生产制造和提高寿命方面提供理论参考。     

压接式IGBT芯片的研制

基于现有工艺平台开发了一款具有自主知识产权的3 300V/50A非穿通型(NPT)压接式IGBT芯片。该芯片元胞采用平面型结构,元胞注入采用自对准工艺,背发射极采用透明集电极技术。为适用于压接封装,避免压力对MOS沟道的影响,在有源区淀积第二层厚金属铝,并在JFET区上方用场氧垫高。终端采用场环+多级场板复合结构,结合横向的场终止技术,实现高效率的终端结构设计。将此设计进行流片验证,测试结果显示击穿电压4 200V以上,饱和压降3.75V,阈值电压7.1V,实测值和仿真值相差不大。将压接式芯片封装成3 300V/600A压接式模块,饱和压降较芯片级偏小0.05V。     

压接式GCT封装的热特性分析

电力半导体器件的散热性能和热可靠性与其封装结构密切相关,选择合适的封装结构对改善器件的散热性能和提高热可靠性非常重要。文中根据压接式GCT器件封装结构特点,采用ANSYS软件利用有限元法分析了单芯片封装和多芯片封装结构的温度及热机械应力分布,并与常规的焊接式封装进行了对比。结果表明,压接式封装结构的散热效果比焊接式封装结构稍差,但其芯片上产生的热机械应力明显减小。多芯片封装采用常规的风冷散热器时芯片温度已经超过了器件的安全工作温度(125℃),应该采用热管散热器才能保证器件可靠地工作。     

使杂散电感降低的工业应用功率模块

英飞凌科技公司推出紧凑型IGBT（绝缘栅双极晶体管）模块家族，为各种工业传动装置以及风车、电梯或辅助传动设备、机车与列车用电源及供暖系统传动装置，提供优化型功率转换器系统解决方案。基于创新型封装概念的全新PrimePACK模块，充分发挥了英飞凌新一代IGBT4芯片的优势。在这种创新模块设计中，IGBT芯片距基板紧固点更近，降低了基板与散热器之间的热阻。最高运行温度＋150℃，最低贮存温度．55℃。     

工业牵引应用的采用软穿通IGBT技术的大功率模块

随着采用1700V-SPT（软穿通）IGBT LoPak密集型封装结构模块类型，和为了进一步开发利用新的1700V—SPT IGBT和二极管芯片的特性，出现了新的封装类型的模块：即电压1700V，电流额定值为2400A，封装形式为“E1”和“E2”工业标准模块。我们在长期高可靠性应用的经验基础上，设计了新的封装类型，其特性适用于牵引市场。在本文中，讨论了1700V—SPT IGBT（E1／E2）模块范围的特性，尤其论述了改进的静态和动态特性。     

IGBT模块压接技术研究

介绍了IGBT模块压接技术的关键技术与难题,提出了IGBT模块压接设计方法,包括功率集成、系统集成、新型功率互连及低阻散热设计。     

高性能马达控制用的新型智能功率模块

本文介绍三菱公司为中低功率变速控制应用而研制的新型智能功率模块(IPM)系列：双列直插封装IPM(DIP—IPM)和单列直插封装IPM(SIP—IPM)。与以前型式的DIP—IPM相比，这种采用第五代IGBT(绝缘栅双极晶体管)的新型DIP—IPM不仅在静态性能和动态性能两方面都得到相当大的改善，而且功率能力扩展到了3．7kW。这一成果得益于亚微米功率芯片设计、最佳模块设计和封装工艺中的最新技术。这种新器件为用户的逆变器系统提供了一种低成本高性能的解决方案。     

压装式IGBT-适合于大功率场合的理想开关

在与传统大功率器件定额相同的条件下，压装式IGBT的模型和实验数据被用来说明其优良特性。与衬底式器件相比，压装式IGBT具有不同的电气特性，正因如此，使其拥有其它大功率器件不具备的潜在优势。本文结合压装式IGBT应用的实例来说明其与传统器件相比的优势。     

IGBT模块辅助端子的布局和控制

具有扁平外观的SEMiX^TM系列IGBT模块，其辅助端子采用了与其他IGBT模块不同的技术．即辅助端子是通过弹簧接触实现的。本文介绍了SEMiX^TM系列IGBT模块辅助端子布局的设计方法．与焊接引脚相比较，分析了螺旋式弹簧的开关特性，研究了门射极箝位二极管放在IGBT芯片旁不同位置时的影响．讨论了辅助发射极端子位置的变化，验证了这种变化对开关损耗和短路性能的影响。这些结论可用于SEMiX^TM 2和SEMiX^TM 4型IGBT模块，二者外观分别小于和大于SEMiX^TM 3型IGBT模块，但它们都是基于SEMiX技术平台的。     

应用于工业牵引的软穿通IGBT技术的大功率模块

随着1700V-SPT（软穿通）GBT LoPak密集型封装结构模块类型的引入，为了进一步开发利用新的1700V-SPT IGBT和二极管芯片的特性，出现了新的封装类型的模块：即电压1700V，电流额定值为2400A，封装形式的E1和E2工业标准模块。我们在长期高可靠性应用的经验基础上，设计了新的封闭类型，其特性适用于牵引市场。在本文中，讨论了1700V-SPT国IGBT（E1/E2）模块范围的特性，尤其论述了改进的表态和动态特性。     

新型大电流压装IGBT

本文介绍了一组采用工业标准封装的新型大电流压装IGBT，回顾了完全压力接触IGBT的机构结构，讨论了该结构对器件高可靠性的影响，给出新推出的1400A IGBT的电气性能以及在研的2200A IGBT的初步数据。在一些应用中，压装IGBT性能优越。     

一种新型智能功率模块（IPM）

介绍一种新型智能功率模块的功能、工艺及应用。该功率模块将多块IGBT芯片与其栅极驱动电路、短路保护、过流（OC）保护、过温（0T）保护、欠压（UV）锁定电路等集成封装于一体,具有供电简单、开关速度高、死区时间小、驱动效率高的特点。在技术方面,对IGBT芯片、续流二极管芯片（FWD）、控制驱动电路及封装结构等方面采取了多种优化处理措施,从而使其具有很高的性能价格比。     

压力对换流阀用压接型IGBT器件功率损耗的影响

功率损耗一直是功率半导体器件应用时备受关注的问题.压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件靠外部压力使内部各个组件保持电气和机械连接,因此压力直接或间接地影响着压接型IGBT器件的功率损耗.将压接型IGBT器件工作时产生的结温作为耦合变量引入,基于此建立了IGBT器件应用于调制脉宽(PWM)换流设备时的功率损耗计算模型,并详细分析了影响功率损耗的各种因素,包括机械压力、开关频率等.以换流阀用3 300 V/1 500 A压接型IGBT器件为例,采用有限元法研究了压力对压接型IGBT器件功率损耗的影响,重点探讨了器件内部各芯片功率损耗的变化情况.结果表明,增加压力一定程度上可以降低压接型IGBT器件的功率损耗,改善器件内部芯片结温分布不均的问题.     

压装式IGBT的电气机械特性

本文完整地介绍了压装式IGBT的机械设计，并将其电气特性与相同功率等级的模块器件进行比较。在电气特性上的不同使得压装式IGBT在一些应用场合拥有很大的优势。     

赛米控推出适用于各种品牌、各种封装的即插即用的IGBT驱动核

在新一代IGBT驱动核SKYPER中，体现了“少即是精”的理念，该驱动电路具备了驱动IGBT模块所必需的最基本的功能。这种可靠的驱动核，经过在成本和功能方面的优化后，可以在不同的应用领域适用于不同品牌、不同封装的IGBT，并且适用于焊接和插接。     

热循环能力的大突破适用于汽车工业的无焊接压接式模块

当一些电力电子产品供应商仍在改进标准模块中的焊接连接时，无焊接压接触点技术因其高功率循环能力已成为最顶级的电力电子模块解决方案。赛米控的新SKiM六封装IGBT模块系列将无底板的压接模块设计带入更高的层次。稳健的高功率模块设计使这些模块成为混合动力电动汽车和其它高端应用的理想选择。与带底板且内部主端子采用焊接方式的模块相比，无底板且采用无焊接压接技术的SKiM的温度循环能力提升了5倍。     

压接型IGBT器件单芯片子模组功率循环试验仿真

压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件因具有双面散热、短路失效和易于串联等优点,正逐步应用到柔性直流输电等领域.但其在工作过程中的热学、力学特性与传统焊接式IGBT模块相比有很大差异,故存在不同的长期可靠性问题.基于有限元法建立了压接型IGBT器件单芯片子模组多物理场耦合仿真模型,研究了三种功率循环仿真条件下器件的热学和力学特性,并且在功率循环过程中利用金属弹塑性模型来模拟材料的瞬态特性.仿真结果表明,IGBT芯片发射极表面与发射极钼片相接触的边缘是应力集中区域,芯片发射极表面栅极缺口和四周边角处有明显的塑性变形.同时,将仿真结果与实际失效的IGBT芯片进行了对比,进一步验证了仿真模型的有效性和适用性.     

基于极差分析法的大功率IGBT模块封装设计

大功率IGBT模块作为能源转换与传输的核心器件,在导弹等军用武器装备的电极驱动系统、伺服电极系统中广泛运用,对器件的耐高温、高可靠能力提出了更高的要求。现有IGBT模块未根据多元化使用需求进行封装设计,因此从封装的材料和结构出发,建立热-电-力有限元仿真模型,确定关键指标提取方法;计算不同材料组配下的指标参数,用极差分析法确定该需求下的最优搭配,并明确各因素的影响程度;随后按照影响程度从高到低对几何结构进行优化设计,并进行服役性能仿真,确定优化后模块的性能。得到在对热阻和应力都要求较高的场合,最适合的结构为AlSiC+Si₃N₄+纳米银的组合,优化后的IGBT模块R₍th(j-c))为0.052℃/W, FRD芯片R₍th(j-c))为0.81℃/W,一阶共振频率为2278 Hz,模块稳态工作时的最高应力为245.35 MPa。     

多芯片并联IGBT内部动态电流主动均匀分布机理

多芯片并联的IGBT器件由于芯片本身参数和封装寄生参数的差异,各芯片电流分布并不完全一致。采用理论推导和仿真分析的方法论证了电流主动均匀分布机制。首先建立了包括内部寄生参数的多芯片并联IGBT器件模型,利用准静态方法推导出开关过程中芯片集电极电流与器件驱动电压的关系;其次指出并联IGBT内部存在发射极寄生电感自均流及输入电容自均压两种负反馈机制,利用瞬时极性法分析了两种负反馈机制的作用原理;最后借助仿真软件搭建电感负载的开关电路,验证了在并联芯片支路参数差异条件下,两种负反馈机制对集电极电流不均匀分布的抑制作用。研究结果可为器件封装设计及可靠性分析提供参考。