電力半導(dǎo)體模塊的發(fā)展過程及新趨勢

　　摘要：簡要敘述了電力半導(dǎo)體模塊的發(fā)展過程，介紹了晶閘管智能模塊的結(jié)構(gòu)和特性，描述了IGBT智能模塊的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出了我國大力發(fā)展IPEM的必要性。

　　關(guān)鍵詞：電力半導(dǎo)體模塊;智能晶閘管模塊;IGBT模塊;IGBT智能模塊

　　一種新型器件的誕生往往使整個裝置系統(tǒng)面貌發(fā)生巨大改觀，促進電力電子技術(shù)向前發(fā)展。自1957年第一個晶閘管問世以來，經(jīng)過40多年的開發(fā)和研究，已推出可關(guān)斷晶閘管(GTO)，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等40多種電力半導(dǎo)體器件，目前正沿著高頻化、大功率化、智能化和模塊化的方向發(fā)展，本文將簡要介紹模塊化發(fā)展趨勢。

　　所謂模塊，最初定義是把兩個或兩個以上的電力半導(dǎo)體芯片按一定電路聯(lián)成，用RTV、彈性硅凝膠、環(huán)氧樹脂等保護材料，密封在一個絕緣的外殼內(nèi)，并與導(dǎo)熱底板絕緣而成。自上世紀(jì)70年代SemikronNurmbeg把模塊原理(當(dāng)時僅限于晶閘管和整流二極管)引入電力電子技術(shù)領(lǐng)域以來，因此模塊化就受到世界各國電力半導(dǎo)體公司的重視，開發(fā)和生產(chǎn)出各種內(nèi)部電聯(lián)接形式的電力半導(dǎo)體模塊，如晶閘管、整流二極管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管(GTR)、MOS可控晶閘管(MCT)、電力MOSFET以及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等模塊，使模塊技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，在器件中所占比例越來越大。

　　據(jù)美國在上世紀(jì)90年代初統(tǒng)計，在過去十幾年內(nèi)，300A以下的分立晶閘管、整流二極管以及20A以上達林頓晶體管市場占有量已由90%降到20%，而上述器件的模塊卻由10%上升到80%，可見模塊發(fā)展之快。

　　隨著MOS結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代半導(dǎo)體器件研發(fā)的成功，亦即用電壓控制、驅(qū)動功率小、控制簡單的IGBT、電力MOSFET、MOS控制晶閘管(MCT)和MOC控制整流管(MCD)的出現(xiàn)，開發(fā)出把器件芯片與控制電路、驅(qū)動電路、過壓、過流、過熱和欠壓保護電路以及自診斷電路組合，并密封在同一絕緣外殼內(nèi)的智能化電力半導(dǎo)體模塊，即IPM。

　　為了更進一步提高系統(tǒng)的可靠性，適應(yīng)電力電子技術(shù)向高頻化、小型化、模塊化發(fā)展方向，有些制造商在IPM的基礎(chǔ)上，增加一些逆變器的功能，將逆變器電路(IC)的所有器件都以芯片形式封裝在一個模塊內(nèi)，成為用戶專用電力模塊(ASPM)，使之不再有傳統(tǒng)引線相連，而內(nèi)部連線采用超聲焊、熱壓焊或壓接方式相連，使寄生電感降到最小，有利于裝置高頻化。一臺7.5KW的電機變頻裝置，其中ASPM只有600