IGBT將實(shí)現(xiàn)十一五規(guī)劃能源消耗降低20％的關(guān)鍵

中國(guó)十一五規(guī)劃已明確提出：?jiǎn)挝粐?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比“十五”期末要降低20%左右。由于電力是目前中國(guó)主要的工業(yè)能源，因此要實(shí)現(xiàn)國(guó)家的這一宏大生態(tài)目標(biāo)，關(guān)鍵就是要有效降低工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中那些需要大電流和高電壓的應(yīng)用的功耗，如交流電機(jī)控制、逆變器、繼電器、UPS電源、開(kāi)關(guān)電源、變頻器、有源濾波器、EPS電源、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、工業(yè)傳動(dòng)裝置、電梯或輔助傳動(dòng)設(shè)備、機(jī)車與列車用電源、以及供暖系統(tǒng)傳動(dòng)裝置等工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。

所有這些交流控制應(yīng)用都需要一個(gè)能夠產(chǎn)生大電流和高電壓的核心功率器件，目前市場(chǎng)上的核心功率器件主要有MOSFET半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極型功率晶體管和絕緣柵雙極型功率晶體管IGBT。MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有開(kāi)關(guān)速度快和電壓型控制的特點(diǎn)，但其通態(tài)電阻大，難以滿足高壓大電流的要求；雙極型功率晶體管雖然能滿足高耐壓大電流的要求，但沒(méi)有快速的開(kāi)關(guān)速度，屬電流控制型器件，需要較大的功率驅(qū)動(dòng)。因此MOSFET半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和雙極型功率晶體管都不能滿足小型、高頻和高效率的要求，只有絕緣柵雙極型功率晶體管IGBT集MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高速性能和雙極型功率晶體管的低電阻性能于一體，具有電壓型控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高、安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)，這使得IGBT器件成為了這些大功率工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的理想功率開(kāi)關(guān)器件，因此能否有效地降低IGBT開(kāi)關(guān)元件的功耗也就成為實(shí)現(xiàn)中國(guó)十一五規(guī)劃能源消耗總目標(biāo)的關(guān)鍵之一。

在即將于上海舉行的2007年慕尼黑電子展上，當(dāng)今最領(lǐng)先的IGBT器件供應(yīng)商，如三菱電機(jī)、塞米控、富士電機(jī)和英飛凌半導(dǎo)體等領(lǐng)先企業(yè)將為廣大的中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)師帶來(lái)他們開(kāi)發(fā)的最新IGBT產(chǎn)品。例如，三菱電機(jī)公司將帶來(lái)其第五代高性能、小型化、低損耗智能功率模塊(IPM)，它的主要特點(diǎn)有：采用第5代新溝槽型IGBT(絕緣柵雙極晶體管)硅片，絕緣電壓最高達(dá)2500V，其功耗比第一代產(chǎn)品降低70%，體積大大減小，而且低損耗；7單元和6單元緊湊封裝；通過(guò)采用新的ASIC控制di/dt減少EMI；在硅片上設(shè)置溫度傳感器，使過(guò)溫保護(hù)更精確；制動(dòng)IGBT的額定電流提高到逆變IGBT的50%；最大輸出電流可達(dá)900A；開(kāi)關(guān)頻率可高達(dá)20KHz。

三菱電機(jī)率先在IGBT硅片上集成了反向?qū)ǘO管，并成功開(kāi)發(fā)出反向?qū)≧C-IGBT，這可進(jìn)一步減少模塊內(nèi)置硅片數(shù)量和配線數(shù)，以提高產(chǎn)品的性價(jià)比。采用散熱優(yōu)化的封裝結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品的熱阻與以往產(chǎn)品相比減小了約一半（減小45%），散熱特性得到改善。同時(shí)，針對(duì)去年7月起實(shí)行的歐洲RoHS指令，該模塊外部端子的電鍍層采用完全無(wú)鉛焊料，模塊內(nèi)部的焊接也是完全無(wú)鉛化的，從而實(shí)現(xiàn)了模塊整體的無(wú)鉛化，完全滿足歐洲的RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

英飛凌科技公司將帶來(lái)專為牽引驅(qū)動(dòng)而優(yōu)化的全新IHM/IHV B系列IGBT功率模塊和全新緊湊型PrimePACKTM IGBT模塊系列。借助全新IHM/IHV B系列IGBT功率模塊，用戶可設(shè)計(jì)出能夠在嚴(yán)酷的環(huán)境下正常工作，全面滿足大負(fù)荷與溫度循環(huán)要求的高效功率變頻器，如電力機(jī)車、電車的牽引驅(qū)動(dòng)裝置等。全新模塊擴(kuò)展了英飛凌上一代IHM-A模塊的功能和規(guī)格，實(shí)現(xiàn)了熱阻性能的改善和負(fù)荷循環(huán)能力的提高，并將運(yùn)行溫度提高至+150℃。
 
與同等尺寸的傳統(tǒng)變頻器相比，基于這種全新高功率模塊設(shè)計(jì)的變頻器的功率可提高50%。同時(shí)，因?yàn)镮HM/IHV B模塊優(yōu)良的熱性能，運(yùn)用它設(shè)計(jì)的變頻器的輸出電流在典型的工況下可以使得輸出電流的能力提高50% ，例如，3,300V模塊的額定電流從1,200A升至1,500A，增幅高達(dá)25%。這種全新模塊的最大運(yùn)行溫度也從先前+125℃上升至+150℃。英飛凌還將這種模塊的最小貯存溫度從先前-40℃降低至-55℃。
 
IHM/IHV B系列模塊與成熟IHM-A系列產(chǎn)品完全兼容，這能夠讓用戶在不改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行更新?lián)Q代。除改進(jìn)熱阻性能外，全新B系列模塊還可滿足一些要求非?？量痰膽?yīng)用，如電力機(jī)車或電車的牽引驅(qū)動(dòng)裝置等對(duì)耐用性與可靠性的要求。在啟動(dòng)與停止階段，這些牽引驅(qū)動(dòng)裝置的溫度有很大的波動(dòng)。為了滿足牽引驅(qū)動(dòng)設(shè)備的性能需求，英飛凌為IHM/IHV B設(shè)計(jì)了碳化硅鋁（ALSiC）基板,與氮化鋁襯底結(jié)合使用，可將熱循環(huán)能力提高10倍。對(duì)于其他溫度變化幅度較小的應(yīng)用，如工業(yè)傳動(dòng)、風(fēng)力發(fā)電和電梯等，英飛凌將提供使用銅基板的IHM/IHV B模塊。IHM/IHV B系列模塊的電流能夠做到3,600 A,電壓可達(dá)3,300 V。此外，這些新型模塊符合RoHS要求，并滿足NFF16-101和16-102的防火要求。

全新緊湊型PrimePACKTM IGBT模塊系列則可為各種工業(yè)傳動(dòng)裝置以及風(fēng)力發(fā)電、電梯以及其它傳動(dòng)設(shè)備、電力機(jī)車用電源及供暖系統(tǒng)傳動(dòng)裝置，提供優(yōu)化型功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案。在這種基于創(chuàng)新型封裝概念的全新PrimePACKTM模塊中，IGBT芯片距基板緊固點(diǎn)更近，降低了基板與散熱器之間的熱阻?；谶@些特點(diǎn)，與傳統(tǒng)模塊相比，能夠使內(nèi)部雜散電感降低60%左右。減少雜散電感對(duì)于消除尖峰過(guò)電壓是非常重要的。獨(dú)特的布局大大改善了熱分布，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)模塊系統(tǒng)的低熱阻性能。最高運(yùn)行溫度從+125℃提高到+150℃，大大超出了先前模塊。英飛凌還將這種模塊的最小貯存溫度從先前-40℃降低至-55℃。這一面向功率變換器應(yīng)用的全新IGBT模塊，還能在相同阻斷電壓或模塊尺寸的條件下，使額定電流上升20%左右，或者在以相對(duì)較小的體積實(shí)現(xiàn)相同的功率損耗。 
    目前，英飛凌已經(jīng)推出了1,200V和1,700V兩個(gè)電壓級(jí)別的PrimePACKTM模塊，每個(gè)模塊都有兩種尺寸規(guī)格：89mm