新型1200VSPT+芯片技术和17mm的IGBT功率模块平台――最先进逆变器设计的理想组合C.Daucher*,D.Seng**,A.Wahi***SEMIKRONElektronikGmbH&Co.KG,Sigmundstrasse200,D-90431Nuernberg,Germany**SEMIKRONInternationalGmbH,Sigmundstrasse200,D-90431Nuernberg,GermanyAseem.Wahi@semikron.com,+49(911)6559-243摘要在具有重要意义的1200V电压等级的市场上，SEMIKRON推出了17mm厚的扁平化的采用SEMIX功率模块封装的下一代软穿通（SPT）IGBT，即SPT+，作为今后开发其它产品的产品平台。和以前的软穿通芯片模块相比，SPT+模块的开关损耗和导通损耗都要低。芯片的自锁模式及其极富创新的SEMIX封装使得客户可以容易地设计出成本低，结构紧凑的逆变器。本文介绍了SPT+的电气性能测试结果并和以前的SPT芯片进行了比较。简介现代逆变器设计的主要目的就是在不增加成本的情况下减小它的体积，增加功率等级和逆变器功能。直到最近，为了实现最低的功率损耗而选用正确的硅技术一直是人们首先考虑的最重要的因素之一。现今由于IGBT技术的成熟，其它的一些因素如模块的动态特性（电磁兼容性，过压），封装设计以及运行参数等都变得同等重要了。a)SPT+芯片软穿通芯片（SPT）设计是基于平板型门极/非穿通型IGBT技术基础上的。与其它的一些IGBT技术相比，在大多数应用中，它具有如下一些优势，如低开关损耗，大的芯片规模，正的温度系数以及比较低的晶片生产成本。SEMIKRON在2003年就已成功地将这种芯片用于他们标准的75A以上的模块系列当中。去年，SEMIKRON发明了SPT+IGBT技术，现今该技术已经实现产业化〔1〕。将平板型门极结构和软穿通n＋缓冲层相结合就形成了SPT+芯片。GateEmitternpn-n+p+Collector图1平板型SPT+IGBT基本单元的结构原理图与早期的软穿通IGBT芯片相比，新型的软穿通技术SPT+改善了载流子的分布图。这种改进减小了芯片尺寸并改善了它的电性能。然而芯片的性能还极大地取决于芯片的封装设计技术。b)SEMIX封装平台SEMIKRON推出了用于IGBT模块封装的最高技术水平的封装平台SEMIX(图2)，如今它也用在整流桥的封装上〔3〕。SEMIX最明显的特征就是17mm高的交流端子和直流端子分别位于封装外壳的两个相对的边上，而其它的辅助接触端子是采用弹簧来实现的。这种封装结构使其使用者可以轻易对输入和输出部分进行分离，从而实现低感直流母排的布线。门极驱动电路可以不通过焊接直接安装在功率模块的上面。因此就不需要门极配线从而消除了门极信号受电磁干扰而发生畸变的危险。图2带簧片的用作辅助触点SEMIX3封装SPT/SPT+的比较分别将SPT+IGBT芯片和SPTIGBT芯片与SEMIKRON的受专利保护的轴向载流子寿命控制续流二极管（CALFWD）进行装配，并用SEMIX3封装，将获得的300A/1200V模块用于进行比较性测试。其中每个开关管使用三个并联的100AIGBT芯片。测试的结果如表一所示。+IC,nom=300ASPTSPTVCE,sat@125°C[V]2,12,0Eon[mJ]@Rg,nom22,519,5Eoff[mJ]@Rg,nom34,533di/dtmax[A/µs]52505600VCEmax[V]797748100Achipsize158134[mm2]表。1：电气参数（典型值）比较为了达到最高的性价比，对SPT+芯片的尺寸进行了优化，在同样电流等级的情况下SPT+芯片的尺寸比SPT的约减少15%，它等效于电流密度增加了19%（以芯片总面积进行计算）。尽管SPT+芯片体积减小了，但Vcesat和传递的能量却增加了。芯片体积缩小使得同样的封装尺寸可以实现更高的电流等级，从而提高它的价值。关断特性图3和图4是IGBT关断时SPT模块和SPT+模块的电流和电压波形。即使SPT+所测试到的最大的di/dt值比SPT稍高，但在同样的条件下由此产生的电压过冲（图4）仍保持在50V，比SPT的过冲低，这主要是因为SPT+的关断特性比SPT的还要软。这种更软的关断特性是通过优化的n+缓冲层实现的。Units:50A/Div,150V/Div,200ns/Div图3SPT在VCC=600V,I