电力半导体模块的发展过程及新趋势

　　摘要：简要叙述了电力半导体模块的发展过程，介绍了晶闸管智能模块的结构和特性，描述了IGBT智能模块的现状和发展趋势，指出了我国大力发展IPEM的必要性。

　　一种新型器件的诞生往往使整个装置系统面貌发生巨大改观，促进电力电子技术向前发展。自1957年第一个晶闸管问世以来，经过40多年的开发和研究，已推出可关断晶闸管(GTO)，绝缘栅双极晶体管(IGBT)等40多种电力半导体器件，目前正沿着高频化、大功率化、智能化和模块化的方向发展，本文将简要介绍模块化发展趋势。

　　所谓模块，最初定义是把两个或两个以上的电力半导体芯片按一定电路联成，用RTV、弹性硅凝胶、环氧树脂等保护材料，密封在一个绝缘的外壳内，并与导热底板绝缘而成。自上世纪70年代SemikronNurmbeg把模块原理(当时仅限于晶闸管和整流二极管)引入电力电子技术领域以来，因此模块化就受到世界各国电力半导体公司的重视，开发和生产出各种内部电联接形式的电力半导体模块，如晶闸管、整流二极管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管(GTR)、MOS可控晶闸管(MCT)、电力MOSFET以及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等模块，使模块技术得到蓬勃发展，在器件中所占比例越来越大。

　　据美国在上世纪90年代初统计，在过去十几年内，300A以下的分立晶闸管、整流二极管以及20A以上达林顿晶体管市场占有量已由90%降到20%，而上述器件的模块却由10%上升到80%，可见模块发展之快。

　　随着MOS结构为基础的现代半导体器件研发的成功，亦即用电压控制、驱动功率小、控制简单的IGBT、电力MOSFET、MOS控制晶闸管(MCT)和MOC控制整流管(MCD)的出现，开发出把器件芯片与控制电路、驱动电路、过压、过流、过热和欠压保护电路以及自诊断电路组合，并密封在同一绝缘外壳内的智能化电力半导体模块，即IPM。

　　为了更进一步提高系统的可靠性，适应电力电子技术向高频化、小型化、模块化发展方向，有些制造商在IPM的基础上，增加一些逆变器的功能，将逆变器电路(IC)的所有器件都以芯片形式封装在一个模块内，成为用户专用电力模块(ASPM)，使之不再有传统引线相连，而内部连线采用超声焊、热压焊或压接方式相连，使寄生电感降到最小，有利于装置高频化。一台7.5KW的电机变频装置，其中ASPM只有600×400×250(mm)那么大，而可喜的是，这种用户专用电力模块可按应用电路的不同而进行二次设计，有很大的应用灵活性。但在技术上要把逻辑电平为几伏、几毫安的集成电路IC与几百安、几千伏的电力半导体器件集成在同一芯片上是非常困难的。虽然目前已有1.5KW以下的ASPM出售，但要做大功率的ASPM，还需要解决一系列的问题，因此迫使人们采用混合封装形式来制造适用于各种场合的集成电力电子模块(IPEM)，IPEM为新世纪电力电子技术的发展开了新途径。

编辑：中国照明网 叶子