---圖4(b)所示為IGBT模塊通過引線連接的結(jié)構(gòu),封裝簡單,可實(shí)現(xiàn)輕、小、超薄型功率模塊,減少組裝工序。合理配置IGBT和FD的芯片,可使熱量有效散發(fā)。
---IGBT發(fā)展到今天,已經(jīng)開發(fā)出第五代技術(shù)的產(chǎn)品,它是以溝槽型(Trench)門極結(jié)構(gòu)和電場截止(Field stop-FS) 型基區(qū)結(jié)構(gòu)相結(jié)合為特征的。其功率損耗比非穿通(NPT) 型IGBT減少了25%。日本富士公司開發(fā)的Trench FS IGBT的新型模塊[2],IGBT芯片和續(xù)流二極管(FWD)芯片并聯(lián),面積為普通IGBT模塊的50%。 富士新型模塊有1 in 1、2 in 1、直到6 in 1幾種。例如6 in 1的新型 IGBT模塊,1700V電壓,電流有25,300,450 三種,125℃溫度下正向壓降約2.3～2.45 V。
---德國EUPEC公司開發(fā)了中等功率傳動(dòng)用IGBT模塊,模塊的基板上內(nèi)置電流取樣電阻[3],可測量35kW等級(jí)逆變器的電流。
---德國Semikron電子公司1996年開發(fā)了MiniSKiip型CIB（整流、逆變、制動(dòng)斬波）模塊,并推向市場[4]。圖5給出MiniSKiip的典型組成：其中包括：三相橋式整流電路（六個(gè)整流管）;制動(dòng)斬波電路（IGBT和整流管各一個(gè)）;三相PWM逆變電路（IGBT和續(xù)流二極管各六個(gè)）。動(dòng)態(tài)制動(dòng)時(shí),斬波電路用做降壓變換器,功率因數(shù)校正電路中,斬波電路則按升壓變換器工作。將所有芯片（整流管、IGBT、續(xù)流二極管）封裝在一個(gè)CIB模塊內(nèi)。
---2002年Semikron又推出新一代MiniSKiip -Ⅱ型CIB模塊,使用當(dāng)今前沿的芯片封裝,改善熱阻、減小尺寸,為0.37～30 kW變頻器提供低成本、緊湊型1200V及600V功率模塊。模塊內(nèi)還集成一個(gè)溫度傳感器,以檢測模塊內(nèi)溫度。 2 單片集成式模塊
---隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,使有可能將功率器件、驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)等電路,集成在一個(gè)硅片上,形成所謂單片集成 (System on chip) 模塊。典型的例子是美國功率集成 (Power Integration) 公司推出的三端離線式PWM開關(guān)TOPSwitch (Three Terminal Off-line PWM Switch) [5],它是一種高頻開關(guān)電源專用的模塊。2002年開發(fā)了第四代產(chǎn)品TOPSwitch-GX,具有軟啟動(dòng)、線性限壓檢測、遠(yuǎn)程通/斷控制、在線熱關(guān)閉選通,并可調(diào)至零負(fù)載和由用戶設(shè)置精確的限流值等功能。TOPSwitch-GX有33種型號(hào),如TOP242、TOP250等,這種模塊將功率MOS管和PWM電路集成在同一芯片上。圖6給出TOP242-250的功能方塊圖�？闪硗馀浣訕蚴秸麟娐贰㈦姼�、電容、二極管及變壓器,用以組裝成130 kHz、250W以下 的 Buck, Boost, Forward, Flyback等DC-DC或AC-DC開關(guān)變換器。其特點(diǎn)是外圍電路簡單、成本低廉。
---圖6中單片集成模塊的接線端（引腳）有六個(gè)：右邊D和S分別為MOSFET的漏極和源極;左邊自上而下,C為控制端,X為極限電流設(shè)置端,L為檢測端,F為開關(guān)頻率選擇端。圖7為TOP220-7C的外形圖。
---單片集成模塊簡單,應(yīng)用方便,但由于傳熱、隔離等問題還沒有有效解決,而且用單片集成技術(shù)將高電壓、大電流功率器件和控制電路集成在一起的難度較大,目前這種集成方法只適用于小功率電力電子電路中。
3 智能功率模塊IPM
---智能功率模塊IPM(Intelligent Power Module)是一種混合集成方法,20世紀(jì)80年代即已開發(fā)。日本東芝、富士電機(jī)、Eupec /Infineon, Semikron, Powerex等公司都生產(chǎn)IPM。將具有驅(qū)動(dòng)、控制、自保護(hù)、自診斷功能的IC與電力電子器件集成,封裝在一個(gè)絕緣外殼中,形成相對獨(dú)立、有一定功能的模塊。功率半導(dǎo)體器件和IC安裝在同一基片(Common substrate)上,用引線鍵合(Wire bonding)互連,并應(yīng)用了表面貼裝(Surface mounted)技術(shù)。
---智能功率模塊是一種單層單片集成、一維封裝;其主要問題是：互連線不可靠、 寄生元件(電阻、電感)太多、一維散熱,在kW級(jí)小功率電力電子系統(tǒng)中應(yīng)用。進(jìn)一步的發(fā)展方向是多芯片模塊封裝以及集成電力電子封裝技術(shù)[6]。
參考文獻(xiàn)
1 富士IGBT模塊手冊. 富士電機(jī)電子設(shè)備技術(shù)株式會(huì)社,2004.5
2 Seiki Igarashi, et al. Integration Technologies for high power IGBT Module. Proceedings of the 3rd International PCIM China Conference for Power Electronics , 2004
3 M. Homkamp et al. Current Shunt Resisters Integrated in IGBT Power Modules for Medium Power Drive Application. Proceedings of the 3rd l PCIM China, 2004
4 J Li, et al. A New 600V CIB Module with IGBT. FWD and rectifier Operating up to175oC. Proceedings of the 3rd l PCIM China, 2004
5 張勇. TOPSwitch-GX系列單片開關(guān)電源的應(yīng)用. 通信電源技術(shù),21卷,No.3, 2004
6 蔡宣三. 集成電力電子技術(shù). 第三屆國際電源技術(shù)論壇論文集(北京),2004.5
