PDF《第7代“X 系列”产业用 RC-IGBT 模块》

专辑 专辑:有助于能源管理的功率半导体有助于能源管理 的功率半导体 富士电机技术期刊

2017 Vol.

C9 No.1 In recent years, IGBT modules have been increasingly required to be smaller in size while exhibiting lower loss and higher reliability. To meet the requirements, Fuji Electric has developed an industrial-use reverse conducting IGBT (RC-IGBT) module by using an RC-IGBT that integrates an IGBT and a free wheeling diode (FWD) on a single chip. Furthermore, the module greatly reduces loss and thermal resistance and enhances reliability through optimization based on our 7th-generation "X Series" technology. These technology innovations have achieved enhancements such as expansion of rated current, increased power density and miniaturization, all of which were impossible through the combination of conventional IGBT and FWD. 近年来,IGBT 模块面临着小型化、低损耗化、高可靠性化的强烈需求.为响应这一需求,富士电机运用将 IGBT 和回流 二极管 FWD 单芯片化的 RC-IGBT (Reverse-Conducting IGBT : 逆导型 IGBT) ,开发出了产业用 RC-IGBT 模块.同时, 通过运用和优化第

7 代"X 系列" 的技术,大幅降低了损耗和热阻,提升了可靠性.这些技术革新,扩大了额定电流,实现了 高功率密度化和小型化,这是旧型 IGBT 和FWD 的组合难以实现的. 山野 彰生 YAMANO, Akio 高桥 美D TAKAHASHI, Misaki 市川 裕章 ICHIKAWA, Hiroaki 7th-Generation "X Series" RC-IGBT Module for Industrial Applications 第7代"X 系列"产业用 RC-IGBT 模块

1 引言 近年来,为防止全球气候变暖,打造安全、安心、可持 续的社会,能够高效利用能源、为节能做贡献的电力电子技 术备受期待.其中,作为产业、民生、汽车、可再生能源等 多个领域中使用的电力转换装置的关键元件,功率半导体的 需求日益增加. 富士电机自

1988 年实现功率半导体 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 模块的产品化以来,通过了多 项技术革新,推进了 IGBT 模块的小型化、低损耗化和高可 靠性化,为电力转换装置的小型化、低成本化和高性能化做 出了贡献.但是,如果想要 IGBT 模块进一步小型化,功率 密度就会增加,这会引发 IGBT 和回流二极管 FWD (Free Wheeling Diode) 运行温度上升,并导致可靠性降低,造 成危险.为此,为保持高可靠性,同时实现 IGBT 模块的小 型化,芯片和封装的技术革新是不可欠缺. 富士电机进行芯片和封装的技术革新,实现了第

7 代"X 系列" IGBT 模块的产品化 ⑴ , ⑵ .并开发了将 IGBT 和FWD 单芯片化的 RC-IGBT (Reverse-Conducting IGBT :逆 导型 IGBT) ,从而开发出了搭载第

7 代"X 系列"产业用 RC-IGBT 模块 ⑶ , ⑷ .通过运用第

7 代X系列的芯片技术,优 化芯片结构,在保持产生的损耗与 X 系列 IGBT 和X系列 FWD 组合使用时相同的情况下,减少了芯片数量和总芯片 面积.并且,通过组合第

7 代X系列的封装技术和 RC- IGBT,还降低了热阻,提升了可靠性.这些技术革新,实 现了 IGBT 模块进一步的高功率密度化和小型化,这是旧型 IGBT 和FWD 的组合难以实现的.

2 特点 2.1 "X 系列" 产业用 RC-IGBT 的特点 旧型 IGBT 通过对栅极外加电压,使得仅集电极到发射 极的方向有电流通过.变频器作为电力转换装置而被广泛使 用,其负载元件电感器由于自诱导作用,在妨碍电流变化的 方向产生感应电动势.因此,要想在断开 IGBT 时,同一方 向仍有电流通过,必须以反并联的方式连接 FWD 和IGBT, 使电流反向流动.对此, "X 系列" 产业用 RC-IGBT (X 系列RC-IGBT) 通过使用 RC-IGBT,以一个元件实现了上 述要求 (图1) . 图2中展示了X系列RC-IGBT 的截面图.X 系列RC-IGBT 是运用了第