苏州端子塑壳规格及型号

优化功率模块主端子设计提高靠得住性邱建文赛米控电子（珠海）有限公司功率模块封装的驱动力是为了提高功率密度，提高靠得住性和进一步下降成本。传统模块因为焊接工艺和键合线的启事，限制了功率密度的除夜幅晋升。新的IGBT芯片具有更高的电流密度、更高的开关速度和有限的短路能力，假定封装设计不匹配，这些特点都将影响功率模块的靠得住性。散热机能和DCB与基板之间的毗连手艺是首要考虑优化的成分点，但寄生电感、平均的芯片电流分布和主功率端子设计也是需要考虑的首要成分。前言除夜除夜都新设计的IGBT模块都配备了手艺的IGBT芯片。但除夜都气象是，因为封装结构不匹配，没法充实阐扬IGBT芯片新手艺的机能，是以不能不做出让步。图1：不合功率端子设计的IGBT模块图1为不合功率端子设计的功率模块。寄生电感有很除夜的分歧，也就是说在不异的电流下，RBSOA和功率耗损不合，而这两点城市影响模块的靠得住性。这些模块有的有4个直流功率端子，有的只有2个直流功率端子。有的模块主端子在两侧，有的在封装顶部。直流母线电容组的毗连编制不合，需要优化设计使得在关断过程中下降过电压。此外首要的是若何并联这些模块，使得电容组和功率模块之间的寄生电感是平均的。不服均的功率模块毗连，电容组之间的纹波电流将影响电容的温度和寿命。寄生电感和换流回路芯片与功率端子之间的内部结构优化是提高靠得住性的首要成分，必需避免芯片端的过电压应力。内部寄生电感会影响芯片端的峰值电压。图2为模块的寄生电感、直流母线电容和芯片电感。图2：功率模块的寄生电感/寄生电容和芯片图因为寄生电感的启事，工程师只能测量功率端子上的集电极/发射极电压，而很难测量IGBT芯片电压。图3显示了辅助端子上和芯片端的栅极/发射极电压。? 图3：栅极/发射极电压受内部电感影响的气象图4是一个1700V模块的RBSOA的例子。因为内部寄生电感，端子上准予的安然电压比芯片水平低100V以上。图4：1700V模块的RBSOA的例子在半桥模块的工作过程中，例如要开关上管IGBT，即意味着上管IGBT的切换与下管续流二极管搭配。图5显示了从DC 到DC-的换流回路，换流回路是影响寄生电感的关头成分，其中搜罗内部电感和外部电感。图5：半桥模块的环流换流回路举例尽可能削减这些电感，可以下降关断时的过电压，下降关断耗损，这将直接影响功率模块的机能。多个DCB的除夜功率模块和直流电容组毗连编制此外，有多个DCB并联的IGBT模块可获得更高的电流等第，其必需考虑所有并联毗连的DCB的寄生电感，出格栅极和发射极的毗连。芯片内部并联的模块中，寄生电感可能会导致芯片的动态不均流而且导致芯片之间的电流振荡，图6显示的是有多个并联DCB的IGBT模块。图6：6个DCB并联的除夜功率模块，功率端子有两个正负毗连在功率单元的设计中，功率端子和直流母线电容之间的毗连很是首要。从功率端子到直流母线电容的不合错误称毗连会导致电容组平不合位置的电容发生不合的温度（因为不合纹波电流），而高温将影响寿命。图7显示了功率模块和直流母线电容之间的毗连。图7：功率模块与直流母线电容组毗连"A "从功率模块到直流母线电容有一个很是对称的毗连。每个半桥(600A-总共2400A)都对称地毗连到电容组，可实现低寄生电感和对称的纹波电流。"B "模块到母线电容毗连其实不幻想，因为单个功率模块的电流很是除夜（1400A共2800A），而上述结构将导致直流母线电容组的不服均纹波电流。"C "是2个单颗除夜电流IGBT（2400A）组一个半桥。其换流电感很是除夜，与电容组的毗连也不等闲设计传统的除夜功率模块端子设计所有传统的除夜功率IGBT模块都没有周全优化的功率端子结构设计。图8是一个传统IGBT模块结构，电流规模在300-900A。因为交流端子在其中一侧，直流端子在此外一侧，端子间没有任何堆叠设计，是以端子寄生电感较除夜。寄生电感在23-35nH摆布。同时本模块有4个DCB，每个DCB的换流回路不合，这个成分使得每个并联芯片之间的电流分布不服均。图8：模块功率端子结构及多个DCB换流回路路径图9显示了此外一种传统的62/34mm模块结构，电流规模为150-600A。DC 和DC-端子是堆叠的，内部端子设计为低寄生电感，可以保证12nH摆布。图9：模块功率端子结构及换流回路路径图10为电流规模为一种1000-1800A的模块结构。该模块有6个并联的DCB，内部DC 和DC-端子是堆叠的，所以内部端子上的寄生电感较小，但每个DCB到端子距离不合，使得各DCB之间的电流分布不服均。图10：模块功率端子结构及换流回路路径以上提到的模块都是市场上常见的传统模块，而这些模块都没有实现化的端子设计。优化后的除夜功率模块端子设计在SEMIKRON模块中，不凡的堆叠式端子设计是削减内部寄生电感并使电流分布达到一流水平的一除夜步履。图11显示了SkiiP4的功率端子与叠层直流和交流铜排。图11：SKiiP4功率端子结构图芯片之间的电流分布首要受寄生电感和芯片之间的电感分歧影响。影响这些寄生电感的设计要点有两个：一是芯片在基板上的结构；二是主端子的内部设计。假定DCB结构不合错误称，不合芯片的换流路径具有不合的寄生电感，导致不合芯片的电流和耗损不合，事实下场导致芯片的温度不合（图12）。为了不各个芯片过热，需要进行降额措置。? ? ? ? 图12：非对称芯片分布及换流过程中的电流过冲现象而SKiiP的DBC结构根底上是对称的，在电流路径中具有对称的电感。是以，所有芯片的换流步履很是平均（图13），不需要降额。? ? ? ? ?图13：对称的芯片分布和换流过程中的电流过冲此外削减内部电感的可行设计编制是并联DC 和DC-端子中的电流路径和并联AC电流路径，内部端子设计保证了主电感的磁耦合。在DC 和DC-之间的电流换流过程中，磁场不需要改变太多，这有助于低电感设计。图14是在不合芯片位置和外部直流端子上测试的电压波形。端子与内部芯片电压差为150V，以测量电流上升速度为计较尺度，可以计较出从DC 到DC-的电感约为20nH；其中还可以看到，各个芯片位置几近不存在任何电压差，这注解叠层端子设计部门的电感量极低。?图14：不合芯片位置和外部端子在6.7kA/μs时，SkiiP4关断时代的过电压波形（时刻刻度=20ns/Div）导致150V电压差的电感主若是由带螺丝安点缀的外部端子发生的。图15为端子设计对寄生电感的影响。假定设计适当，寄生电感可以下降80。图15：端子设计对寄生电感的影响遵循仿真功能，尺度分体式端子的寄生电感为13.24nH，假定改成两部门并联系构，电感量将下降到8.44nH。假定采纳22片弹簧并联的结构，电感量可以除夜幅下降到2.76nH。将端子改削为叠层结构，寄生电感进一步下降到1.6nH。为了顺应SiC等具有更高靠得住性、更高开关频率和更高di/dt的新一代芯片要求，赛米控已斥地出3D SkiN手艺。图16显示了3D SkiN模块的截面结构，经由过程操作多层柔性箔庖代键合线，并对全数模块中的散热器、DBC、硅和柔性箔进行银烧结。在功率密度、靠得住性、寄生电感和热分手等方面都有了新的打破，让系统设计者有更除夜的自由度来阐扬功率芯片的机能。图16：3D SkiN模块的截面组织3D SkiN手艺使内部寄生电感下降到约1.3nH，但直流端子设计相较于内部机构仍然有很除夜的寄生电感，是以外部端子设计是下一步的设计重点；在3DSkiN手艺的根底上，新的外部端子设计以下图17所示即将实现操作，这类堆叠式外部端子结构带来了超低的寄生电感，使得该模块的总寄生电感可以低至2.5nH。图17：不凡外部堆叠式端子组织连络3D SkiN和堆叠式直流外端子的优势，该模块的功率密度比传统模块提高了30，而且具有极高的靠得住性。为了获得的机能，电容的直流端子也需要进行优化，采纳叠层正负端子，模块加电容组可以达到10nH的总寄生电感。下图18为直流电容端子的结构。图18：优化后的直流电容组端子的结构总结跟着芯片手艺的不竭成长，需要实现更快的开关速度和更高的靠得住性，功率模块封装手艺的操作将愈来愈遭到限制。模块的端子设计对寄朝气能和靠得住性机能极其首要。SEMIKRON经由过程3DSkiN手艺和堆叠设计的外部直流端子优化了端子设计，可使总寄生电感达到2.5nH，连络优化的直流电容，系统寄生电感可以下降到10nH。优化后的功率模块端子设计下降了总寄生电感，从而下降了二极管和IGBT的峰值电压和功率耗损。同时优化的端子和DCB设计使得模块内部的每个芯片或每个模块并联的电流分布平均。上述优化带来了比传统封装更高的靠得住机能。参考文献[1] A Wintrich,U Nicolai,W Tursky.Application Manual Power Semiconductors.Verlag[2] Oliver Tamm, “New packagingTechnology enabling High Density Low Inductance Power Modules” Bodo’s Powersystems[3]P.Beckedahl, M,Hermann, M,Kind, A,Wintrich, “Performance comparison of traditional packaging technologies toa novel bond wire less all sintered power module” PCIM Europe 2011[4] Demuth/Winterholler,“SKiM-Technical-Explanations_ver_1.4”本文为PCIM?Asia?2020年论文翻译稿。论文原文，请登录PCIM?Asia官方网站查看。关于赛米控赛米控成立于1951年,?总部位于德国,?是全球领先的功率模块和系统制造商之一。产物笼盖从芯片、分立器件、二极管、晶闸管、IGBT功率模块到系统和功率组件，首要操作于中等至除夜功率规模。赛米控的产物是能源节制和转换系统的焦点器件，其营业重点搜罗电机驱动、电源、可再生能源（风能和太阳能）和多用处车辆等。赛米控的立异电力电子产物辅佐客户斥地更小，更节能的电力电子系统。