1. 前言

20年來,基板94*34mm封裝的IGBT模塊已經(jīng)成為行業(yè)類的標準，從此各大公司在兼容這個標準的同時不斷出自己的封裝形式，現(xiàn)在南京銀茂微電子兼容標準封裝基板的條件推出了34mm簿型低電感的模塊(下文稱T1封裝)，其中增加新的設(shè)計，新型的材料，工藝，載上新型的芯片技術(shù)，使得傳統(tǒng)標準的功率模塊有了更高的可靠性，更優(yōu)化的電學性能。

圖1      T1封裝與傳統(tǒng)封裝的外形比較

2. 材料

T1封裝模塊的外殼采用高強度材料，端子嚴格電鍍工藝 ，保證模塊在長期高溫條件下使用時外殼的牢固，并配有獨特的蓋板設(shè)計保證了使用過程中的安全。

3. Rohs工藝

新型模塊的生產(chǎn)工藝使用了無鉛工藝，端子和DBC采用無焊機工藝，是符合了RoHs要求的綠色產(chǎn)品。

4. 端子無焊接工藝

5. 功率循環(huán)能力

圖4  不同TC變化下模塊功率循環(huán)能力

6. 新型低電感功率端子設(shè)計

圖5    T1端子和傳統(tǒng)端子比較

T1新型的端子不需要使用焊接與DBC相連，不需要考慮應(yīng)力，所以去除傳統(tǒng)的S型設(shè)計，把端子的長度減少了1/3，從而減少了模塊本身的寄生電感和端子的電阻。相比傳統(tǒng)34mm封裝的端子，電感降低了30%,大大優(yōu)化了關(guān)斷特性，同時也降低了使用過程中在端子上所產(chǎn)生的功耗，銅端子表面鍍鎳保證了（防止）在長期使用過程中（端子的氧化）不容易產(chǎn)生氧化。

圖6    新型端子的安裝

采用新型端子設(shè)計可以減少內(nèi)部安裝的空間。因為不需要釬焊，有效的節(jié)省的DBC上芯片布局空間，使得芯片空間布局更加優(yōu)化，模塊電流密度更高，平衡了線路的設(shè)計。信號端子采用DBC走線和鍵合工藝，優(yōu)化了信號的對稱型,相比傳統(tǒng)的飛線焊接,減小了門極寄生電感和電阻。

7. 開關(guān)特性

南京銀茂微電子利用新的T1封裝設(shè)計推出了低損耗，快速，標準等IGBT模塊，適用于變頻器，電機控制，焊機和UPS等不同要求的系統(tǒng)，通過在高溫下測試模塊的動態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)新的薄型端子無焊機的封裝設(shè)計大大提高了器件的開關(guān)損耗，RBSOA等特性及關(guān)斷時的電壓變化率。

GL90HF120T1-turn off                           BSM75GB120DLC-turn off

圖7  T1封裝與標準的封裝關(guān)斷特性波形比較（Tj=125℃）

 上圖是在相同的測試裝置和測試條件下測得2種器件的關(guān)斷波形，由圖可以得出T1的電壓變化率

△Vc1=180V；DLC的電壓變化率△Vc2=220V 所以計算得出：

T1封裝模塊；

di/dt=72A/0.386us=187A/us

△Vc1=L1*di/dt

L1=△Vc1/di/dt=180V/187A/us=960nH

DLC標準封裝：

di/dt=72/0.320us=225A/us

△Vc2=L2*di/dt

L2=△Vc2/di/dt=220V/225A/us=978nH

相同的裝置的電感是相同的，所以兩種模塊產(chǎn)生的電感不同，差值為：

△L=978-960=18nH

過流關(guān)斷特性(RBSOA)

GL90HF120T1-RBSOA                               BSM75GB120DLC-RBSOA

圖8    RBSOA特性比較（Tj=125℃，Ic=2*Ic*nom;Vcc=600V）

頻率特性

薄型低電感封裝設(shè)計降低了模塊的開關(guān)損耗，優(yōu)化的芯片空間布局減小熱阻特性，保證模塊具有很好的頻率特性。

圖9   不同頻率下輸出電流的比較

8. 新型封裝更適用于高頻快速型IGBT模塊

通常在開關(guān)頻率超過20kHz的應(yīng)用領(lǐng)域，一般要求功率器件具有優(yōu)異的開關(guān)性能，然而由于這些功率器件所使用系統(tǒng)的不同，主電路和控制方法也隨之變化，很多時候不僅需要模塊搭載上的高速芯片，同時也需要在高頻下封裝與設(shè)計的最優(yōu)化，所以T1封裝的優(yōu)勢在高頻器件上表現(xiàn)的尤其突出，為醫(yī)療設(shè)備和逆變焊機的使用提供了更大空間。

GF75HF120T1-turn on                             GF75HF120T1-turn off

圖10 1200V/75A快速型IGBT開通關(guān)斷特性(Tj=125℃)      

通過測試GF75HF120T1在高溫下的開關(guān)損耗可以得出，在Vcc=600V，I_C=75A時Eon=6.8mJ，Eoff=3.2mJ，總的開關(guān)損耗只有10mJ。損耗大大降低，使器件在高頻時表現(xiàn)更好的動態(tài)特性。

9. 優(yōu)化安裝空間

為了使模塊能向更好地散熱，基板與散熱器之間應(yīng)有良好的接觸， 基板經(jīng)機械處理后形成曲面，將模塊基板安裝在散熱器上時產(chǎn)生的壓力保證了這一接觸,標準的孔距80mm可以使用戶不需要更改散熱器的安裝孔,直接安裝模塊。薄型的外殼高度只要21.5mm，為客戶系統(tǒng)設(shè)計降低模塊安裝的高度，縮短了功率端子使用的連接線和銅排。與傳統(tǒng)的安裝方式并沒有發(fā)生更多的變化，新的無焊接端子要求安裝時力更小和均勻，必須認真精心的操作。

結(jié)論：

隨著功率市場的發(fā)展，越來越要求各種系統(tǒng)如變頻器，逆變焊機和UPS小型化，功率密度高，這必然要求新的功率器件往小型化方向發(fā)展。南京銀茂微電子開發(fā)的T1薄型封裝模塊，大大減小內(nèi)部電感和熱應(yīng)力，給系統(tǒng)設(shè)計者節(jié)省了空間，搭載上新的芯片技術(shù)，將會在功率市場發(fā)揮更大的潛力，對傳統(tǒng)封裝模塊的器件來說也是大的提高。