IGBT模块功率循环能力与可靠性试验

为验证IGBT模块的可靠性,分析了IGBT模块的封装结构,并在传统IGBT模块功率循环试验的基础上建立新的模型,通过具体的试验得到IGBT模块功率循环后失效状况,并对该状况进行分析。相对传统IGBT寿命预测和可靠性评估,该功率循环的新方法更加贴合实际应用工况,对IGBT失效分析具有借鉴作用。     

新一代牵引级IGBT模块技术研究与应用

牵引级IGBT模块是现代轨道机车车辆牵引变流器中实现电能变换和功率输出的核心功率器件。新一代牵引级IGBT模块采用最新的IGBT4芯片、EC4二极管芯片、VLD和DLC芯片边缘终端技术,优化了芯片面积与栅极电荷的设计,具有较低的导通电压、优良的高低温电气特性和安全工作区性能。新型IHV-B封装优化了内部芯片布局和互连设计,降低IGBT模块的杂散电感;通过增大芯片的有源面积,减少静态损耗并降低了模块的"结-壳"热阻;优化的功率端子结构提高了抗振动性能,并具有良好的温度分布特性。IGBT4模块通过了一系列严格的可靠性测试,具有良好的环境适应性、功率循环能力和高可靠性。应用IGBT4模块可以提升牵引变流器的功率密度和集成度设计,实现小型轻量化和长寿命的牵引系统解决方案。     

IGBT功率模块封装中先进互连技术研究进展

随着新一代IGBT芯片结温及功率密度的提高,对功率电子模块及其封装技术的要求也越来越高。文章主要介绍了功率电子模块先进封装互连技术的最新发展趋势,重点比较了芯片表面互连、贴片焊接互连、导电端子引出互连等3种先进互连技术及其封装工艺的优缺点,讨论了功率电子模块封装及互连技术所面临的问题与挑战。     

高性能碳化硅混合功率模块研制

报道了一种基于自主封装技术的高性能、高效率碳化硅(SiC)混合功率模块,该功率模块的反向阻断电压为1 200 V,正向导通电流为480 A。动态测试表明,其峰值反向恢复电流Irr仅为-115 A,关断延迟时间td(off)为3.36μs,关断能量损耗Eoff为296.82 mJ,开通延迟时间td(on)仅为0.66μs,开通能量损耗Eon仅为242.27 mJ,输出功率可达到百千瓦级别。与传统的硅基IGBT模块相比,该碳化硅混合功率模块大大降低了模块的能量损耗。     

IGBT模块封装的热性能分析

利用ANSYS有限元分析软件建立了IGBT模块封装的有限元模型,分析了导热硅脂厚度、当量换热系数、基板厚度和材料、焊料厚度和材料、衬板厚度和材料、铜层厚度等因素对IGBT模块封装热性能的影响,并探讨了热扩展对芯片结温的影响。研究结果可为优化IGBT模块封装提供参考。     

混合动力/电动汽车用IGBT功率模块的最新封装技术

随着对功率密度和可靠性要求的不断提高,以及其苛刻的应用条件,混合动力/电动汽车使用的IGBT功率模块需要采用新的封装技术。文章介绍了互连、芯片贴装、散热、模块结构等方面的最新技术,总结了功率模块未来的发展趋势,为国内同行了解并跟踪国际最新技术提供了参考材料。     

全银烧结双面散热SiC模块的工艺设计

针对SiC芯片高工作结温、高功率密度和低杂散电感的封装技术要求,设计了一款双面散热SiC模块,仿真其杂散电感和均流性能,模块具有较低电感和较好的均流性。开发了全银烧结工艺和工艺流程,并试制了科研样品。通过动静态测试,在漏源极电流I_d为350 A和比导通电阻R_(DS-on)为3.95 mΩ下,计算出包含测试电路的总电感L_s为11.2 nH,模块具有较好的静动态性能。试验表明,全银烧结双面散热SiC模块具有优良的动静态性能,具有较大的应用前景。     

CRH380A动车组自主牵引变流器三电平功率模块研制

为满足CRH380A动车组牵引变流器三电平功率模块自主设计需求,结合三电平功率模块主电路结构特点,完成了三电平功率模块关键技术(IGBT驱动设计、低感复合母排设计和散热设计)的攻关,研制了满足CRH380A使用的自主三电平功率模块。试验和运行结果表明,该三电平IGBT模块性能良好,满足CRH380A高速动车组使用。     

1700 V/1600 A SiC混合IGBT应用研究

SiC功率器件具有高频、高效率、耐高温、抗辐射等优势,介绍了目前SiC功率器件应用情况,阐述了SiC-JBS以及SiC混合IGBT的特性,分析了应用于1 700 V混合IGBT的驱动技术,完成了SiC混合IGBT模块功率试验研究。     

轨道交通用IGBT模块互连技术及其发展趋势

从焊接、键合及压接三方面介绍了模块封装的各种互连技术,分析了各种互连方式的发展现状及其特点,总结了轨道交通用IGBT模块封装中的互连技术的发展方向。     

HX_D2型机车IGBT功率模块暑期烧损原因分析与对策

文章分析IGBT功率模块的失效形式,及其性能稳定性的影响因素;阐明了IGBT自身温度与开关损耗、拖曳电流损耗等相互关系,找到了暑期高温条件下IGBT功率模块频繁烧损的根本原因;提出落实加强水冷通风系统吹扫、风量测试等措施,以有效避免IGBT烧损故障。     

IGBT模块银烧结工艺引线键合工艺研究

主要研究了应用于IGBT模块封装中的银烧结工艺和铜引线键合工艺,依据系列质量表征和评价方法,分别验证并优化了银烧结和铜引线键合的工艺参数,分析了衬板镀层对烧结层和铜线键合界面强度的影响,最后对试制的模块进行浪涌能力和功率循环寿命测试。结果显示,与普通模块相比,搭载银烧结和铜线键合技术的模块浪涌能力和功率循环寿命均有大幅的提升,并且银烧结和铜线键合界面未见明显的退化。     

轨道交通绝缘栅双极型晶体管模块封装材料的制备技术及其显微组织研究

作为电气系统组件,IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块在轨道交通领域有着广泛应用。封装材料的性能直接影响IGBT模块的使用寿命和稳定性。Al-50%Si合金是IGBT模块较为理想的封装材料。采用粉末冶金结合双向分级热压致密化成型工艺,制备了Al-50%Si合金材料。使用OM、SEM方法(扫描电子显微镜)分析热压态及热处理态合金的显微组织。结果表明,在烧结温度为720℃且保温50 min后,能够获得Si相尺寸与分布控制较好的合金;在热扩散温度为540℃,扩散处理3.5 h后,能够有效熔断纤维状与细针状共晶硅。     

基于ANSYS的大功率IGBT模块传热性能分析

利用ANSYS有限元分析软件建立了IGBT模块封装结构的三维有限元模型,分析了模块稳态工作条件下的温度场分布,研究了不同基板材料及厚度、不同焊层材料及厚度对模块散热性能的影响。     

功率半导体的冷却方法及选用原则

半导体功率转换设备的冷却方法的选用要考虑到成本、输出功率和可靠性等因素。为此对一台将交流700伏转换为可调的直流电压设备采用一些具有代表性的冷却方式(空气,水或其他液体)来进行研究。用压接式双面冷却的可控硅的瞬态热阻模型来说明冷却方式的改变对设备功率的整个瞬态时间范围的影响。通过讨论提供了这些冷却方式的性能,并说明了对应用要求以严格限制的必要性。     

国产化6500V/200A高压大功率IGBT的研制

研制的IGBT器件采用完全国产化芯片,通过ANSYS仿真软件对电磁场、热、应力分布等特性进行仿真,实现IGBT器件结构设计最优化;研制的高压大功率IGBT通过了器件、功率模块、辅助变流柜和机车级的试验验证。试验结果满足设计要求,并已形成了芯片—IGBT器件—功率模块—变流器完整产业链,成功批量应用在国内轨道交通领域,具有重大的社会意义和市场前景。     

银烧结技术在压接型IGBT器件中的应用

银烧结技术具有低温连接、低热阻、低应力和高熔点等特点,已成为保证绝缘栅双极型晶体管(IGBT)界面连接的可靠性应用技术。文章分析了银烧结技术工艺和引入银烧结技术的压接型IGBT器件结构组成;利用有限元方法对比分析了银烧结子单元和焊接子单元封装的2种压接型IGBT器件热阻差异;通过压降参数、压力均匀性、热阻特性和长周期功率循环界面可靠性这4个维度对比了银烧结IGBT器件和常规焊接IGBT器件的特性差异。实际应用证明,引入银烧结技术的压接型IGBT器件,其可靠性得到了大幅度提升。     

轨道交通用功率半导体器件应用技术的研究

大功率变流技术发展的核心在于功率半导体技术,传统硅基功率半导体器件不断迭代优化以及新型宽禁带材料半导体器件逐渐成熟,持续为轨道交通产业的发展贡献"源动力"。文章围绕功率半导体芯片技术,系统性地分析了模块封装、组件集成、冷却散热和电磁兼容等变流应用技术的最新发展成果。功率半导体器件应用技术研究的不断深入是促进轨道交通牵引装备朝着更大功率密度、更高能量转换效率和更高可靠性等方向发展的关键。     

SiC混合IGBT器件应用研究

Si C功率器件具有高频、高效率、高功率、耐高温、抗辐射等优点。文章介绍了目前Si C功率器件应用情况,阐述了Si C pn结肖特基势垒(JBS)、Si C-MOSFET以及Si C混合IGBT的特性,分析了应用于1 700 V Si C混合IGBT的可编程驱动技术;最后简述了Si C模块功率试验情况。     

轨道交通用750A/6500V高功率密度IGBT模块

通态损耗及开关损耗的降低是高压绝缘栅双极晶体管(IGBT)设计与制造的关键。基于"U"形增强型双扩散金属氧化物半导体(DMOS~+)元胞结构、增强型受控缓冲层(CPT~+)及横向变掺杂集电极(VLDC)技术、横向变掺杂(VLD)终端结构等关键技术,研发了具有低通态损耗的6 500 V平面栅IGBT芯片及其配套快恢复二极管(FRD)芯片。将IGBT及FRD芯片封装成750 A/6 500 V IGBT模块并对其进行测试、试验,其动、静态特性与安全工作区(SOA)性能优良,满足我国高速动车组、大功率机车等轨道交通牵引的应用要求。