IGBT模块与IPM双箭齐发, 三菱电机的坚守与创变

                                              ——新闻稿件来自《变频器世界》

2019年4月25日, 在春风暖阳中, 三菱电机半导体大中国区在深圳举办了一场以功率模块技术为主题的研讨会。

在会议过程中, 三菱电机功率器件制作所高级总工程师近藤晴房博士就功率器件发展与技术趋势发表了主题演讲, 全面分享并解读了三菱电机IGBT模块和IPM在芯片技术与封装技术方面的核心要点, 及其在新材料与新应用领域的发展趋势。

新型芯片技术, 提升模块性能

作为功率器件的核心, IGBT芯片的重要性不言而喻。从早期的第三代IGBT平板型构造, 到第四代沟槽型构造, 三菱电机IGBT芯片技术一直处在行业领先地位。随着芯片技术的不断进步, 三菱电机独特的芯片架构也走在行业前沿, 于2003年开发推出了第五代CSTBT™, 接着推出了芯片更薄的第六代CSTBT™, 以及最新的第七代CSTBT™, 使得功率器件构造更加简单, 芯片厚度进一步减小, 性能也得到稳步提升。

三菱电机功率器件制作所高级总工程师近藤晴房博士发表了《三菱电机功率器件及其应用》的主题报告。   

年复一年的经验累积, 代代相传的工艺积淀, 相比第一代IGBT, 三菱电机第七代IGBT的性能指数已经提升了18倍。

第七代IGBT模块采用了第七代IGBT硅片和新型RFC二极管硅片, 有效减小了芯片厚度, 因而可以有效降低产品能耗。此外, 独特的芯片架构使得模块性能更加可靠, 使用也更加方便。

4 月25日, 三菱电机功率模块技术研讨会深圳现场。  

三菱电机的IGBT模块主要应用在工业自动化、新能源、牵引和电力, 以及电动汽车领域。其中, 在新能源发电特别是光伏、风力发电领域, 三菱电机在2018年顺利推出基于LV100型封装的新型IGBT模块。通过不断改善芯片技术, 在轨道牵引应用领域, X系列HVIGBT不仅拓宽了安全工作区域度, 提升了电流密度, 而且增强了抗湿度鲁棒性, 从而进一步提高了牵引变流器现场运行的可靠性。而在电动汽车领域, 直接水冷型J1系列Pin-fin模块凭借封装小、内部杂散电感低的独特性能, 获得了市场青睐。

在新能源电动车蓬勃发展的市场需求推动下, 三菱电机推出了丰富的针对电动车用标准功率模块系列, 产品涵盖空调逆变器用DIPIPM™、车载充电器用SiC分立器件, 及车载主驱逆变器用J1系列功率模块等。

以J1系列功率模块为例, 针对纯电动、插电式混动、普通混动等细分车型, J1系列产品线覆盖650V至1200V不同电压等级, 适合于小、中、大三类不同功率等级的新能源车用场景。

除了丰富的产品型号选择, 电动车用直接水冷型J1系列Pin-fin模块不仅具有封装小、内部杂散电感低的独特性能, 同时兼具紧凑、轻量、高散热能力、高功率密度等四大优点, 完全符合车用电力电子技术发展对功率模块体积小、重量轻、功耗低、品质高的要求。

改良封装技术, 缩减模块体积

电力电子技术的不断进步使得功率模块朝着多功能化、小型化与低成本的方向全面发展。其中封装工艺正扮演着越来越重要的角色, 这直接影响着功率器件和集成电路的整体性能, 也成为决定功率器件体积、重量、应用方便性、寿命、性能及成本的关键因素。与对芯片技术的不断探索一样, 三菱电机对改善封装技术孜孜以求, 臻于至善。

在功率模块封装技术阵营, 三菱电机是压铸模封装功率模块的先锋。根据不同产品采用不同封装技术的原则, 在小容量消费类DIPIPM™产品中, 三菱电机采用了压注模封装;在中容量工业产品、电动汽车专用产品中, 采用盒式封装;而在大容量, 特别是轨道牵引高铁应用场景中, 则采用基于高性能碳化硅铝底板的盒式封装。

在外界公认的印象中, 三菱电机一直是变频家电领域的绝对领导者。在变频家电领域, 面向变频冰箱、空调、洗衣机和风机驱动等应用场景, 三菱电机的DIPIPM™强大产能即是最好的例证。根据权威机构数据统计, 自发货以来截止到2019年1月, DIPIPM™产品累计发货已经超过6.5亿片。

与此同时, 三菱电机在去年9月1日面向市场推出的表面贴装型IPM功率模块, 以高性能与高可靠性为特色, 必然会再一次稳固三菱电机功率模块产品在变频智能家电领域的强势地位。

在封装技术方面, 以DIPIPM™系列产品为例, 三菱电机借助IPM产品设计累积的丰富经验, DIPIPM™产品封装也越来越趋于小型化。DIPIPM™一方面通过采用最新的第七代IGBT技术降低损耗与提高性能, 同时缩小硅片面积;另一方面通过集成BSD, 大大减少了外围器件数量, 显著降低成本。

在至关重要的技术前沿, 三菱电机始终领先一步。尤其值得注意的是, 在封装材料方面, 三菱电机把绝缘层材料从树脂注塑升级为环氧树脂垫片, 在保证绝缘性能的前提下, 使散热设计布线更简单, 从而让整体设计更加简单紧凑。

最近, 三菱电机独创的DIPIPM+™产品, 将整流、逆变和制动单元进行整合, 形成了整流逆变制动一体化的双列直插型智能功率模块。通过封装技术的创新, DIPIPM+™的高集成度与高性价的优点更加凸显。

以SiC为代表的第三代半导体材料在功率模块半导体领域正在掀起新一轮的市场竞争。而早在20世纪末90年代初, 三菱电机便开始了SiC功率器件的基础研发工作, 在攻克了基础工艺技术难点之后, 三菱电机SiC功率器件产品在工业及新能源、轨道牵引、汽车等不同应用领域先后树立了丰碑。基于对产品品质高要求的态度, 以及对产品价值链的全局思考, 三菱电机当前对SiC功率模块的推广稳扎稳打, 也许这就是作为“现代功率半导体领域开拓者”的底气所在。

众所周知, 三菱电机已经成立将近100年。在功率半导体领域, 三菱电机对IGBT模块与智能功率模块IPM的耕耘传承, 完美诠释了这个兼具技术实力与青春活力的百年老店——一面是坚守, 一面是创新。