IGBT将实现十一五规划能源消耗降低20％的关键

中国十一五规划已明确提出：单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末要降低20%左右。由于电力是目前中国主要的工业能源，因此要实现国家的这一宏大生态目标，关键就是要有效降低工业生产过程中那些需要大电流和高电压的应用的功耗，如交流电机控制、逆变器、继电器、UPS电源、开关电源、变频器、有源滤波器、EPS电源、风力发电设备、工业传动装置、电梯或辅助传动设备、机车与列车用电源、以及供暖系统传动装置等工业自动化应用。

所有这些交流控制应用都需要一个能够产生大电流和高电压的核心功率器件，目前市场上的核心功率器件主要有MOSFET半导体场效应晶体管、双极型功率晶体管和绝缘栅双极型功率晶体管IGBT。MOSFET场效应晶体管具有开关速度快和电压型控制的特点，但其通态电阻大，难以满足高压大电流的要求；双极型功率晶体管虽然能满足高耐压大电流的要求，但没有快速的开关速度，属电流控制型器件，需要较大的功率驱动。因此MOSFET半导体场效应晶体管和双极型功率晶体管都不能满足小型、高频和高效率的要求，只有绝缘栅双极型功率晶体管IGBT集MOSFET场效应晶体管的高速性能和双极型功率晶体管的低电阻性能于一体，具有电压型控制、输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、安全工作区大等优点，这使得IGBT器件成为了这些大功率工业自动化应用的理想功率开关器件，因此能否有效地降低IGBT开关元件的功耗也就成为实现中国十一五规划能源消耗总目标的关键之一。

在即将于上海举行的2007年慕尼黑电子展上，当今最领先的IGBT器件供应商，如三菱电机、塞米控、富士电机和英飞凌半导体等领先企业将为广大的中国机电产品设计师带来他们开发的最新IGBT产品。例如，三菱电机公司将带来其第五代高性能、小型化、低损耗智能功率模块(IPM)，它的主要特点有：采用第5代新沟槽型IGBT(绝缘栅双极晶体管)硅片，绝缘电压最高达2500V，其功耗比第一代产品降低70%，体积大大减小，而且低损耗；7单元和6单元紧凑封装；通过采用新的ASIC控制di/dt减少EMI；在硅片上设置温度传感器，使过温保护更精确；制动IGBT的额定电流提高到逆变IGBT的50%；最大输出电流可达900A；开关频率可高达20KHz。

三菱电机率先在IGBT硅片上集成了反向导通二极管，并成功开发出反向导通RC-IGBT，这可进一步减少模块内置硅片数量和配线数，以提高产品的性价比。采用散热优化的封装结构使产品的热阻与以往产品相比减小了约一半（减小45%），散热特性得到改善。同时，针对去年7月起实行的欧洲RoHS指令，该模块外部端子的电镀层采用完全无铅焊料，模块内部的焊接也是完全无铅化的，从而实现了模块整体的无铅化，完全满足欧洲的RoHS标准。

英飞凌科技公司将带来专为牵引驱动而优化的全新IHM/IHV B系列IGBT功率模块和全新紧凑型PrimePACKTM IGBT模块系列。借助全新IHM/IHV B系列IGBT功率模块，用户可设计出能够在严酷的环境下正常工作，全面满足大负荷与温度循环要求的高效功率变频器，如电力机车、电车的牵引驱动装置等。全新模块扩展了英飞凌上一代IHM-A模块的功能和规格，实现了热阻性能的改善和负荷循环能力的提高，并将运行温度提高至+150℃。
 
与同等尺寸的传统变频器相比，基于这种全新高功率模块设计的变频器的功率可提高50%。同时，因为IHM/IHV B模块优良的热性能，运用它设计的变频器的输出电流在典型的工况下可以使得输出电流的能力提高50% ，例如，3,300V模块的额定电流从1,200A升至1,500A，增幅高达25%。这种全新模块的最大运行温度也从先前+125℃上升至+150℃。英飞凌还将这种模块的最小贮存温度从先前-40℃降低至-55℃。
 
IHM/IHV B系列模块与成熟IHM-A系列产品完全兼容，这能够让用户在不改变产品结构的情况下，进行更新换代。除改进热阻性能外，全新B系列模块还可满足一些要求非常苛刻的应用，如电力机车或电车的牵引驱动装置等对耐用性与可靠性的要求。在启动与停止阶段，这些牵引驱动装置的温度有很大的波动。为了满足牵引驱动设备的性能需求，英飞凌为IHM/IHV B设计了碳化硅铝（ALSiC）基板,与氮化铝衬底结合使用，可将热循环能力提高10倍。对于其他温度变化幅度较小的应用，如工业传动、风力发电和电梯等，英飞凌将提供使用铜基板的IHM/IHV B模块。IHM/IHV B系列模块的电流能够做到3,600 A,电压可达3,300 V。此外，这些新型模块符合RoHS要求，并满足NFF16-101和16-102的防火要求。

全新紧凑型PrimePACKTM IGBT模块系列则可为各种工业传动装置以及风力发电、电梯以及其它传动设备、电力机车用电源及供暖系统传动装置，提供优化型功率转换器系统解决方案。在这种基于创新型封装概念的全新PrimePACKTM模块中，IGBT芯片距基板紧固点更近，降低了基板与散热器之间的热阻。基于这些特点，与传统模块相比，能够使内部杂散电感降低60%左右。减少杂散电感对于消除尖峰过电压是非常重要的。独特的布局大大改善了热分布，实现了整个模块系统的低热阻性能。最高运行温度从+125℃提高到+150℃，大大超出了先前模块。英飞凌还将这种模块的最小贮存温度从先前-40℃降低至-55℃。这一面向功率变换器应用的全新IGBT模块，还能在相同阻断电压或模块尺寸的条件下，使额定电流上升20%左右，或者在以相对较小的体积实现相同的功率损耗。 
    目前，英飞凌已经推出了1,200V和1,700V两个电压级别的PrimePACKTM模块，每个模块都有两种尺寸规格：89mm