DSCA190V 57310001-PK 双极功率模块封装改进

　　双极性模块仍然是工业线路频率应用的鲁棒且经济高效的解决方案。虽然这种电路的基本操作没有改变，但是功率模块中的封装技术继续改进。自1975年发明以来，半封装隔离基板整流器模块已发展成为涵盖多种电流和拓扑结构的丰富产品线。它已成为50/60Hz整流器和交流控制器的标准，并广泛应用于电机驱动、UPS系统和过程控制等市场。

　　SEMIPACK产品线(图1)现在包括六种不同的外壳，包含额定电流从60A (SEMIPACK 1)到超过1300A (SEMIPACK 6)的二极管和/或晶闸管。这些模块配置为不受控(二极管/二极管)、半受控(晶闸管/二极管)和完全受控(晶闸管/晶闸管)整流。晶闸管/晶闸管模块也易于配置用于交流控制(反并联)。这些模块的结构因范围而异。功率较低的模块有引线接合和焊接连接，较大的模块有类似于膜盒装置的压力结构。

　　六种尺寸的外壳都经过了单独的修改。最初的类型SEMIPACK 1已经经历了五代的变化，以保持其作为市场领导者的地位。现在，第6代SEMIPACK 1.6可提供当前的全部额定值。这为所有双极性应用带来了最高的性能和电流能力。

　　模块结构

　　SEMIPACK 1模块利用了引线框架、衬底上芯片和基板的成熟结构。在这些20毫米宽的模块中使用铜基板改善了散热，并为不同类型的散热器提供了坚固的安装表面。对于6泰国(Thailand)一代SEMIPACK 1，内部构造有所改动。这些变化提高了热性能，减少了材料，大大提高了性价比。

　　图一。半包家庭。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　图二。内部构造对比。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　首先，双极性半导体芯片下方的材料叠层已经大大简化(图2，顶部)。这大大降低了从芯片到基板的热阻(Rth(j-c)).与上一代产品相比，SEMIPACK 1.6从半导体结到外壳的稳态热阻降低了46%(图2，底部)。

　　其次，SEMIPACK 1.6中的基板尺寸已经减小。显然，这节省了宝贵的铜，模块的总重量从95g减少到75g (-18%)。但在以前的半封装产品中，这种基板也有螺丝孔，并提供安装压力以将模块固定在散热器上。这需要在基板上进行复杂的弯曲，以确保安装后与散热器均匀接触。在SEMIPACK 1.6的“混合”设计中，增强塑料外壳包住基板并提供安装压力。这允许更简单的基板几何形状，以大大增加芯片下方的散热器的有效接触面积。基板和散热器之间金属与金属接触面积的增加也意味着需要更少的热界面材料。SEMIPACK 1.6降低了外壳到散热器的总热阻Rth(c-s)，比上一代产品低35%(图3)，典型值为0.09K/W。

　　图3。外部构造的比较。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　尽管结构发生了这些变化，但外部尺寸、安装位置和电气端子仍与前几代SEMIPACK 1相同。这意味着现有的机械设计可以受益于更高的性能。作为一种行业标准封装，SEMIPACK可以在相同的尺寸内取代过时的整流器。

　　应用程序性能

　　6的改进的热性能泰国(Thailand)当观察在典型电路中操作期间产生的半导体结温时，生成是清楚的。最常见的工业电路之一是三相桥式整流器。这很容易用单个散热器上的三个半包1模块来构建。桥的输入是典型的线电压(例如，400VAC，50Hz)，DC输出被滤波以向典型负载(例如，逆变器)提供电流。通过Semikron Danfoss网站，可以使用在线SemiSel仿真工具轻松模拟这种电路。这款免费使用的工具包括所有半封装类型的模型，可以快速给出给定条件下的半导体结温。在本例中，散热器上的三个半封装模块采用45°C进气进行强制风冷。如果假设整流器输出端的逆变器正在驱动电机，那么通常也要考虑3s、180%过载。

　　考虑到这些条件，5的双二极管(SKKD)半封装泰国(Thailand)和6泰国(Thailand)可以比较几代人(图4)。每个5泰国(Thailand)第一代SEMIPACK 1首先用整流桥输出电流进行模拟，该电流导致结温在过载条件下达到推荐的工作限值。这是业界常见的设计，推荐的工作温度限值比数据手册中列出的最大结温低10°C。

　　比如SKKD 81 (5泰国(Thailand)当三相整流器的输出电流为207A时，发电)几乎达到推荐的工作极限(115 C)直流电(3s过载情况)。然而，在相同的工作条件和输出电流下，等效的6泰国(Thailand)发电设备(SKKD 95)仅达到103°c的结温。此外，6泰国(Thailand)半封装的产生使得器件能够达到最高结温Tj，麦克斯这意味着几乎所有器件的温度都比5泰国(Thailand)代。应用前面提到的10°C工作裕量，这意味着6泰国(Thailand)发电设备能够在高达120°c的温度下连续工作

　　图4。半封装1.5与1.6(二极管/二极管配置)。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　投资组合

　　新的SEMIPACK 1.6产品组合(图5)涵盖了现有的5泰国(Thailand)同时扩大电流上限。改进的设计允许I猫共济失调病毒= T时143Ac= 85°C，适用于配备双二极管的封装。对于配备晶闸管的封装(SKKH和SKKT)，额定电流为ITAV= 145安培c= 85°C是市场上20mm封装的最高额定电流。浪涌电流能力也是同类最佳的，I丰田顾客服务系统(Toyota Customer Service Marketing的缩写)= 2210A @ Tj= 130°c。

　　鉴于400/480V网络的广泛使用，所有SEMIPACK 1.6都具有1600V的反向阻断电压。但是，也将提供1800V设备。

　　图5。半包1.6投资组合。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　摘要

　　6号泰国(Thailand)第一代SEMIPACK 1延续了从最初的隔离式功率半导体模块开始的创新传统。通过使用更少的材料，SEMIPACK 1.6有助于提高电子行业的可持续性，同时提高热性能。随着每一代新的SEMIPACK产品的推出，性价比不断提高，确保它仍然是所有工业应用的首选整流器模块。