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    188宝金博页面版: 能够保证 175℃连续运行的 IGBT 模块封装技术

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    内容提示： 　引言通用变频器由于能对节能做出巨大贡献，因此在工业领域中得到普及，其需求正在不断扩大。通用变频器除节能化和小型化外，降低包含系统开发在内总成本的市场需求也很强烈⑴。富士电机为满足这些市场需求，针对通用变频器搭载的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块的主要构成要素 IGBT 芯片，不断的进行降低损耗和小型化的改进。IGBT 模块“V 系列”将“U 系列”的运行温度提高了 25 ℃，通过保证 150 ℃下的连续运行来实现 IGBT 模块的高功率密度化，为整个变频器系统的小型化和降低成本做出了巨大贡献。额定条件（1200V/50A）下 IGBT 芯片面积的变化趋势如...

    文档格式：PDF | 页数：5 | 浏览次数：58 | 上传日期：2017-03-21 04:17:41 | 文档星级：
    　引言通用变频器由于能对节能做出巨大贡献，因此在工业领域中得到普及，其需求正在不断扩大。通用变频器除节能化和小型化外，降低包含系统开发在内总成本的市场需求也很强烈⑴。富士电机为满足这些市场需求，针对通用变频器搭载的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块的主要构成要素 IGBT 芯片，不断的进行降低损耗和小型化的改进。IGBT 模块“V 系列”将“U 系列”的运行温度提高了 25 ℃，通过保证 150 ℃下的连续运行来实现 IGBT 模块的高功率密度化，为整个变频器系统的小型化和降低成本做出了巨大贡献。额定条件（1200V/50A）下 IGBT 芯片面积的变化趋势如图 1 所示。由于针对 IGBT 芯片损耗的改善已接近极限，为了进一步实现 IGBT 模块的小型化和高功率密度化，我们对进一步提高运行温度的上限进行了讨论。通过计算得知将运行温度的上限从过去的 150 ℃提高到 175 ℃时，可使通用变频器输出提高约 20%。本文将针对在 175℃连续运行下实现高可靠性的 IGBT 模块封装技术进行介绍。　保证 175℃连续运行的技术课题在保证 175 ℃连续运行方面，功率循环寿命是重要因素之一。由于最高使用温度从过去的 150 ℃提高了 25 ℃，施加于构成材料的热应力将比过去增加。同时，运行和停止造成的温度变化更加剧烈，热疲劳将高于过去，需要保证对该热疲劳的耐性。保持最高使用温度 T jmax 不变的情况下，累积失效率为 1% 时的传统模块功率循环寿命如图 2 所示。将 T jmax 从150 ℃提高到 175 ℃后，寿命约降低 30 ～ 50%。因此实现高可靠性封装，使得在最高使用温度提高到 175 ℃后，依旧保证与过去 150 ℃相同的功率循环寿命，将是必不可少的过程。一般情况下，在功率循环测试中的 IGBT 模块损坏，是由于温度变化在线膨胀系数不同的构成材料间产生的覆变应力而造成的⑵、⑶。 在 175℃连续运行时，不仅要考虑该覆变应力，还要考虑温度上升 25 ℃对构成材料金相组织变化所带2020 2015 2010新一代SiC 元件V 系列U 系列S 系列N 系列L 系列2005 2000 1995 1990（年）结温 125℃ 150℃ 175℃ 200℃1008060402010将 L 系列设为 100 时芯片尺寸的比例（%）图 1　IGBT 芯片面积的变化趋势（1200V/50A）30 60 90 120功率循环寿命（cycle）T jmax ＝150℃T jmax ＝175℃30%10 410 510 610 750%测试条件T on ＝ 2s, T off ＝ 18s累积失效率 ＝ 1%推测寿命150T j （℃） Δ图 2　传统结构的功率循环寿命专辑有助于能源管理的功率 半导体富士电机技报　 2014 vol.C6 no.1专辑：有助于能源管理的功率半导体In order to meet the needs for miniaturization and cost reduction of inverters, IGBT modules are required to offer higher power density than ever. Fuji Electric has developed a new aluminum wire, solder alloy and surface electrode protection layer to improve the continuous operating temperature of an IGBT module from the conventional 150°C to 175°C, thereby realizing higher power density. A power cycle lifetime has been more than doubled compared with the conventional products in all temperature ranges, and thus 20% improvement of inverter maximum output can be expected.为满足变频器小型化和降低成本的需求，IGBT 模块对高功率密度化的要求将比过去更高。富士电机新开发的铝线、焊锡和表面电极保护膜，将 IGBT 模块的连续运行温度从过去的 150℃提高到 175℃，实现了高功率密度化。功率循环寿命与过去相比，所有的温度区域都达到了 2 倍以上。如此一来通用变频器的最大输出便有望提高约 20%。百濑　文彦 MOMOSE Fumihiko 齐藤　　隆 SAITO Takashi 西村　芳孝 NISHIMURA YoshitakaNew Assembly Technologies for T jmax =175°C Continuous Operation Guaranty of IGBT Module能够保证 175℃连续运行的 IGBT 模块封装技术6 （6）

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