CA168首页 > 自动化信息 > 产品信息 > 信息详情

HVIGBT的电路拓扑与内部构造

发布日期:2020-12-04 浏览次数:11637 来源:三菱电机半导体作者:网络
 
3.1

三菱电机HVIGBT的封装结构

为了满足客户的需求,三菱电机的HVIGBT采用国际通用的封装。兼容的封装方便客户找到后备供应商。其封装可以按照外部电气输出特性分类,也可以按照封装尺寸和绝缘等级分类。


3.1.1 按照电路拓扑结构分类

按照HVIGBT的电路拓扑结构,三菱电机HVIGBT的封装主要包括单管,双管和斩波器几类:

表3.1 三菱电机HVIGBT的主要电路拓扑结构







3.1.2 按照封装尺寸和绝缘等级分类


按照HVIGBT的封装尺寸分类,可以分为传统模块的130*140mm, 190*140mm封装,以及LV100和HV100模块的100*140mm封装。考虑到某些应用场合对模块的绝缘等级要求很高,按照绝缘等级的不同,三菱电机HVIGBT分为标准绝缘(6kVrms@1min)和高绝缘(10.2kVrms@1min)两种封装。


表3.2 三菱电机HVIGBT的封装结构





以传统封装模块为例,其标准绝缘封装与高绝缘封装的区别如下表:

表3.3 传统封装模块标准绝缘与高绝缘封装的区别





3.2

三菱电机HVIGBT的内部结构

以三菱电机R系列HVIGBT为例,HVIGBT的主要结构包括:散热基板,绝缘基板,芯片,输出端子,PCB板以及外壳等部分组成。图3.1为三菱电机R系列HVIGBT内部结构图。





3.1 三菱电机R系列HVIGBT内部结构图

三菱电机R系列HVIGBT剖面图如图3.2所示。





图3.2 三菱电机HVIGBT剖面结构示意图

HVIGBT各主要部件的主要功能及材料如下表:

表3.4 三菱电机HVIGBT主要部件及材料







3.2.1 芯片

芯片是HVIGBT的核心部分,主要包括IGBT芯片和与之并联的二极管(FWD)芯片。不同电压和电流等级的芯片的大小不同。



3.2.2 绑定线

单个HVIGBT的输出电流可达到千安培级电流以上,但是因为单个IGBT芯片的电流容量往往很小,因此在HVIGBT内部,需要采用多个IGBT和二极管芯片并联的方式来达到大的电流输出。绑定线的作用就是焊接在芯片上,把多只芯片并联在一起。以三菱CM1500HC-55R为例,其内部由18只IGBT芯片和18只二极管芯片并联组成。





图3.3 三菱电机CM1500HC-66R内部结构



3.2.3 散热基板


散热基板的是把HVIGBT工作时产生的热量传递给散热器,同时对HVIGBT起到支撑作用,HVIGBT的安装孔就在散热基板上。目前散热基板的材料主要有Cu或AlSiC两种,两者的性能比较见下图。LV100和HV100模块也有采用Al基板。





图3.4 Cu基板与AlSiC基板的热循环寿命比较

由图可见,虽然铜基板的导热性能好,但是因为其热膨胀系数大,因此对模块的热疲劳寿命要求比较高的场合,采用AlSiC基板更合适。而且AlSiC基板质量更轻,有利于设备的轻量化设计。



3.2.4 绝缘基板

绝缘基板处于散热基板和芯片之间,起到绝缘作用。同时,为了将芯片工作时候产生的热量有效地传递出来,也要求绝缘基板的热阻要很小。目前三菱常用的绝缘基板主要有Al2O3和AlN。两者比较,AlN的热阻要小于Al2O3,但是成本相对较高。

同时,为了方便与芯片和散热基板焊接,绝缘基板的上下表面都做了金属化处理。



3.2.5 主端子

主端子的一端焊接在与芯片相连的绝缘基板的金属层上,另一端从外壳引出,用于连接设备。其结构设计直接影响到HVIGBT内部的杂散电感大小,其截面积影响到HVIGBT的最大输出电流。

下图为三菱电机HVIGBT H系列及R系列的主端子结构设计,通过优化设计,减小了HVIGBT内部杂散电感,并增加了主端子的电流密度,使原来每个主端子的最大电流能力从400A提升到了500A。





图3.5 三菱电机H系列与R系列HVIGBT主端子示意图



3.2.6 外壳

外壳起到保护HVIGBT内部结构件的作用,采用特殊工艺与散热基板固定在一起,同时承载主输出端子。外壳的强度,也影响到HVIGBT的安装力矩,如果外壳的材料不过关,在安装过程中很容易造成外壳损坏。



3.2.7 凝胶

在HVIGBT外壳和内部结构件之间,会注入凝胶。其目的是保护芯片和绑定线,能减小外界环境湿度或振动对HVIGBT产生的不良影响,同时还起到绝缘作用。


 

[信息搜索] [] [告诉好友] [打印本文] [关闭窗口] [返回顶部]
0条 [查看全部]  网友评论

视觉焦点