賽米控公司的SEMITOP將多個(gè)芯片，例如IGBT，二極管，輸入整流橋等集成在一個(gè)單個(gè)的模塊中。高集成度封裝減少了器件數(shù)量和分立功率器件方案所需的巨大空間，同時(shí)還保證了良好的連結(jié)性以及可靠性。由于SEMITOP所使用的先進(jìn)的處理材料，例如DBC[1>陶瓷襯底和內(nèi)部的硅膠覆蓋物，使得對于外部溫度改變和機(jī)械應(yīng)力有較強(qiáng)免疫力和品質(zhì)保證。
本文主要從可靠性，壽命以及價(jià)格等方面對分立功率器件和當(dāng)前功率模塊SEMITOP做個(gè)比較。
SEMITOP的產(chǎn)品系列和芯片技術(shù)
SEMITOP家族包含有SEMITOP®1，SEMITOP®2，SEMITOP®3和最新的SEMITOP®4。每類產(chǎn)品均有2個(gè)耐壓等級：600V和1200V，使用的是NPT或TrenchIGBT芯片。新推出的SEMITOP®4驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)功率可達(dá)22KW，將最新的IGBT芯片封裝在一個(gè)緊湊的包裝里。它是目前的SEMITOP1，2，3模塊的延續(xù)產(chǎn)品。
SEMITOP和分立功率器件的比較
SEMITOP使用的是賽米控的專利SKiiP技術(shù)[2>。該產(chǎn)品最初研發(fā)的目的就是為了在各種需要高集成度，絕緣以及高可靠性的應(yīng)用場合可供選擇來取代分立功率器件。SEMITOP使用的壓接技術(shù)讓芯片直接焊接在含有陶瓷襯底的基板上。
這種結(jié)構(gòu)使得SEMITOP具有如下特性:
1.SEMITOP比分立功率器件具有更高集成度
SEMITOP®具有可根據(jù)客戶要求而靈活設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而且是高集成度的模塊。典型的一個(gè)例子是它可以將整流，制動(dòng)以及逆變?nèi)考稍谝粋€(gè)模塊里。參考圖1和圖2。具有CIB[3>拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶溫度傳感器的單個(gè)SEMITOP模塊等于21個(gè)分立功率器件.從這點(diǎn)來看，SEMITOP遠(yuǎn)比分立功率器件緊湊和節(jié)省空間。
[1>DBC：將邦定線直接焊在銅板上的技術(shù)
[2>SKiiP技術(shù)=壓接技術(shù) 不帶銅基板
[3>CIB=整流單元 逆變單元 制動(dòng)單元
圖1圖2SEMITOPCIB模塊等于21個(gè)分立功率器件
2.SEMITOP®比分立功率器件擁有更低的熱阻和高可靠性
[1>CIB=整流單元 逆變單元 制動(dòng)單元
SEMITOP®不帶銅基板，這是和分立功率器件非常大的一個(gè)區(qū)別。下圖(圖3)可以很清晰的看出。
圖4SEMITOP模塊和分立功率器件的熱阻對比
圖5.不同材料的CTE
由于陶瓷和IGBT的硅芯片熱膨脹系數(shù)非常相似，保證了長時(shí)間的熱循環(huán)中半導(dǎo)體的熱膨脹不至于差距太大而容易疲勞和斷裂。這一點(diǎn)也是SEMITOP對于分立功率器件的優(yōu)勢，就是更高的可靠性。
2.SEMITOP®是絕緣結(jié)構(gòu)而分立功率器件沒有絕緣
SEMITOP模塊里的陶瓷襯底具有非常優(yōu)良的絕緣性能和熱性能。相比而言，分立功率器件沒有絕緣。將不同的分立功率器件裝配到一個(gè)散熱器上時(shí)用戶需要保證在不同器件部分保持絕緣性。而這又是一個(gè)很大的缺陷因?yàn)槿绻嬖诟邏憾氲慕^緣裝置如絕緣片卻具有較差的熱阻。SEMITOP®標(biāo)準(zhǔn)的絕緣電壓可以達(dá)到三千伏。在絕緣這點(diǎn)上，SEMITOP比分立功率器件有優(yōu)勢。
3.SEMITOP®相對分立功率器件價(jià)格非常有競爭力以及安裝成本更低
如果比較表面的價(jià)格當(dāng)然是分立功率器件比SEMITOP要便宜。但是我們必須考慮當(dāng)使用了集成方案后會(huì)帶來的整個(gè)應(yīng)用上開支極大的減少。
為了更好的分析價(jià)格我們來深入探討下在裝配中花費(fèi)的細(xì)節(jié)。實(shí)現(xiàn)一個(gè)三相逆變，如果使用分立功率器件，即便在最好的IGBT集成了續(xù)流二極管的情況下，也需要6個(gè)器件，6個(gè)螺絲，6個(gè)墊圈和6個(gè)絕緣材料。但是如果我們用SEMITOP®，只需要僅僅一步就可以很輕松的把整個(gè)逆變器安裝在散熱器上了，這樣也降低了裝配的失效率。
基本上，SEMITOP®可以為用戶提供如下便利：
·節(jié)省時(shí)間。只需要一個(gè)螺絲就可以安裝模塊到散熱器上。比分立功率器件而言安裝起來更省時(shí)。
·由于安裝材料減少，裝配的花費(fèi)降低。
·減少對散熱器處理。
·不需額外的絕緣材料。也節(jié)省了開支。
·減小
·尺寸。(更小的PCB,更小的散熱器)
·元件減少，更佳的熱膨脹系數(shù)帶來的高可靠性.
除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，SEMITOP®還具有一些分立功率器件不可替代的其他優(yōu)勢。比如由于采用專利SKiiP技術(shù)，不同熱膨脹系數(shù)材料連接間沒有大面積剛性接觸。SEMITOP®自身的結(jié)構(gòu)可以良好的緩沖外部的機(jī)械應(yīng)力，而且它內(nèi)部的雜散電感比分立功率器件要小。
將分立功率器件裝配時(shí)必不可少的花費(fèi)考慮進(jìn)去，SEMITOP®并不會(huì)貴而且還給客戶帶來非常多的方便。
對于具體的費(fèi)用比較請?jiān)敿?xì)咨詢賽米控當(dāng)?shù)劁N售人員。也可訪問www.semikron.com尋求支持。
SEMITOP的應(yīng)用介紹
SEMITOP®產(chǎn)品具有非常廣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來應(yīng)用于不同的場合。在不改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況下增加外觀尺寸可以提高電流值。
SEMITOP®不僅僅是電機(jī)驅(qū)動(dòng)市場的標(biāo)準(zhǔn)模塊，它有著非常靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。特別是USP制造商非常欣賞SEMITOP®平臺并且要求發(fā)展專門方案來滿足對于特殊應(yīng)用的需要。對于以降低成本和高可靠性為主要目的的應(yīng)用場合SEMITOP®都是采用最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
由于SEMITOP®拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活性以及產(chǎn)品范圍很廣，所以適合應(yīng)用在非常多不同的場合。典型的應(yīng)用是中小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電焊機(jī)，感應(yīng)加熱，UPS，以及過程控制，自動(dòng)化應(yīng)用或電動(dòng)車等。
結(jié)論：
SEMITOP®比分立功率器件集成度更高，可靠性更強(qiáng)，更低的花費(fèi)并且絕緣。它是分立功率器件的優(yōu)良替代品。靈活多變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在SEMITOP®單個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)。顯而易見SEMITOP®是在尋找高集成度，可靠性以及低成本功率器件的用戶的最佳選擇。
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