Силовые модули IGBT для электроприводов гибридных автомобилей с увеличенной в 5 раз стойкостью к термоциклированию.

Компания SEMIKRON продемонстрировала новые силовые модули IGBT прижимной конструкции SKiM, изготовленные без применения пайки. Они предназначены для применения в инверторах тяговых электроприводов электромобилей и гибридных автомобилей. Стойкость к термоциклированию SKiM в пять раз превышает показатели стандартных силовых модулей с паяным соединением базовой платы.

Большинство производителей силовых модулей продолжают совершенствовать технологию пайки для удовлетворения жестким требованиям, предъявляемым к транспортной электронике. В то же время используемые SEMIKRON технология прижимного контакта (pressure-contact technology) исключающая паяные соединения, и технология низкотемпературного спекания (low temperature sintering) для установки чипов на керамическую подложку представляют собой оптимальные решения, полностью исключающие развитие усталостных процессов в паяных соединениях и позволяющие обеспечить стойкость к термоциклированию, эквивалентную 10 тыс. циклов при градиенте температуры DТ = 100 К. Обе технологии были использованы при разработке силовых ключей SKiM 63/93.

Модули SKiM имеют сверхнизкое значение распределенной индуктивности соединительных шин (менее 10 нГн), обеспечивающее высокую скорость переключения. Они могут работать при температуре кристаллов до Tj = 175 °C и температуре окружающей среды до Та = 175 °C, что позволяет использовать одноконтурную систему жидкостного охлаждения.

Прижимная конструкция силового модуля SKiM и встроенная ламинированная копланарная шина обеспечивают равномерное распределение токов силовых кристаллов и токонесущих цепей. Выводы каждого чипа IGBT и антипараллельного диода имеют индивидуальное соединение с силовыми терминалами модуля. Такая конструкция позволяет кардинально снизить активное сопротивление соединительных шин и обеспечить суммарное значение сопротивления силовых выводов на уровне 0,3 мОм, что более чем в 3 раза ниже типового значения для стандартных модулей (1,1 мОм). Подключение сигнальных выводов к плате управления осуществляется с помощью пружинных контактов, надежность работы которых в условиях тяжелых климатических и механических воздействий подтверждена многолетним опытом эксплуатации.

Для установки кристаллов на керамическую DBC подложку используется уникальная технология спекания. Тепловое сопротивление контактного слоя, состоящего из спеченного серебряного нано-порошка, гораздо ниже, чем у паяного соединения. Низкотемпературное спекание позволяет образовать очень стабильное и надежное соединение благодаря высокой температуре плавления серебра, низкой пористости и высокой равномерности порошковой структуры. В таком материале не развиваются усталостные процессы, что обеспечивает хорошую стойкость к термоциклированию и высокий срок службы даже в предельных условиях эксплуатации. Конструкция модулей SKiM позволяет практически полностью реализовать мощностные возможности силовых кристаллов, что способствует повышению экономической эффективности применения данных силовых ключей.

Благодаря отсутствию базовой несущей платы устраняется основная причина отказов силовых модулей — разрушение паяного соединительного слоя большой площади, происходящее вследствие термомеханических стрессов. Модули SKiM не только обладают очень высокой стойкостью к термоциклированию, но и удовлетворяют самым жестким требованиям по вибрационным и ударным воздействиям для транспорта.

Модули SKiM, выполненные по схеме 3-фазного инвертора IGBT, имеют высоту терминалов 17 мм и их стандартизованное расположение, совместимое с конструктивами ECONO+ и SEMiX 33c. Они выпускаются в двух типах корпусов: SKiM63 (120 x 160 мм²) и SKiM93 (150 x 160 мм²), рабочий ток составляет 600/900 А для версии с рабочим напряжением 600 В и 300/450 А для версии 1200 В.