3.1
三菱電機HVIGBT的封裝結(jié)構(gòu)
為了滿足客戶的需求，三菱電機的HVIGBT采用國際通用的封裝。兼容的封裝方便客戶找到后備供應(yīng)商。其封裝可以按照外部電氣輸出特性分類，也可以按照封裝尺寸和絕緣等級分類。
3.1.1 按照電路拓撲結(jié)構(gòu)分類
表3.1 三菱電機HVIGBT的主要電路拓撲結(jié)構(gòu)
3.1.2 按照封裝尺寸和絕緣等級分類
按照HVIGBT的封裝尺寸分類，可以分為傳統(tǒng)模塊的130*140mm, 190*140mm封裝，以及LV100和HV100模塊的100*140mm封裝�？紤]到某些應(yīng)用場合對模塊的絕緣等級要求很高，按照絕緣等級的不同，三菱電機HVIGBT分為標(biāo)準(zhǔn)絕緣(6kVrms@1min)和高絕緣(10.2kVrms@1min)兩種封裝。
表3.2 三菱電機HVIGBT的封裝結(jié)構(gòu)
以傳統(tǒng)封裝模塊為例，其標(biāo)準(zhǔn)絕緣封裝與高絕緣封裝的區(qū)別如下表：
表3.3 傳統(tǒng)封裝模塊標(biāo)準(zhǔn)絕緣與高絕緣封裝的區(qū)別
3.2
三菱電機HVIGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
以三菱電機R系列HVIGBT為例，HVIGBT的主要結(jié)構(gòu)包括：散熱基板，絕緣基板，芯片，輸出端子，PCB板以及外殼等部分組成。圖3.1為三菱電機R系列HVIGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖3.1 三菱電機R系列HVIGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
三菱電機R系列HVIGBT剖面圖如圖3.2所示。
圖3.2 三菱電機HVIGBT剖面結(jié)構(gòu)示意圖
HVIGBT各主要部件的主要功能及材料如下表：
表3.4 三菱電機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芯片和與之并聯(lián)的二極管(FWD)芯片。不同電壓和電流等級的芯片的大小不同。
3.2.2 綁定線
圖3.3 三菱電機CM1500HC-66R內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3.2.3 散熱基板
由圖可見，雖然銅基板的導(dǎo)熱性能好，但是因為其熱膨脹系數(shù)大，因此對模塊的熱疲勞壽命要求比較高的場合，采用AlSiC基板更合適。而且AlSiC基板質(zhì)量更輕，有利于設(shè)備的輕量化設(shè)計。
3.2.4 絕緣基板
絕緣基板處于散熱基板和芯片之間，起到絕緣作用。同時，為了將芯片工作時候產(chǎn)生的熱量有效地傳遞出來，也要求絕緣基板的熱阻要很小。目前三菱常用的絕緣基板主要有Al2O3和AlN。兩者比較，AlN的熱阻要小于Al2O3，但是成本相對較高。
同時，為了方便與芯片和散熱基板焊接，絕緣基板的上下表面都做了金屬化處理。
3.2.5 主端子
主端子的一端焊接在與芯片相連的絕緣基板的金屬層上，另一端從外殼引出，用于連接設(shè)備。其結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響到HVIGBT內(nèi)部的雜散電感大小，其截面積影響到HVIGBT的最大輸出電流。
下圖為三菱電機HVIGBT H系列及R系列的主端子結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過優(yōu)化設(shè)計，減小了HVIGBT內(nèi)部雜散電感，并增加了主端子的電流密度，使原來每個主端子的最大電流能力從400A提升到了500A。
圖3.5 三菱電機H系列與R系列HVIGBT主端子示意圖
3.2.6 外殼
外殼起到保護HVIGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的作用，采用特殊工藝與散熱基板固定在一起，同時承載主輸出端子。外殼的強度，也影響到HVIGBT的安裝力矩，如果外殼的材料不過關(guān)，在安裝過程中很容易造成外殼損壞。
3.2.7 凝膠
在HVIGBT外殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件之間，會注入凝膠。其目的是保護芯片和綁定線，能減小外界環(huán)境濕度或振動對HVIGBT產(chǎn)生的不良影響，同時還起到絕緣作用。
