功率電子模塊的集成度 半導體模塊之間的差異，不僅僅體現在連接技術方面。另一個差別因素是附加有源和無源器件的集成度。根據集成度不同，可分為以下幾類：標準模塊，智能功率模塊（IPM），（集成）子系統。在IPM被廣泛使用（尤其在亞洲地區）的同時，集成子系統的使用只剛剛起步。 智能功率模塊（IPMs） 智能功率模塊的特點在于除了功率半導體器件外，還有驅動電路。許多IPM模塊也配備了溫度傳感器和電流平衡電路或用于電流測量的分流電阻。 通常智能功率模塊也集成了額外保護和監測功能，如過電流和短路保護，驅動器電源電壓控制和直流母線電壓測量等。 然而，大部分智能功率模塊沒有對功率側的信號輸入進行電氣隔離。只有極少數的IPM包含了一個集成光耦。另一種隔離方案是采用變壓器（賽米控的SKiiP ®或英飛凌的PrimeSTACK™） 進行隔離。 通常，小規模的IPM的特點在于其引線框架技術。穿孔銅板用作功率開關和驅動IC的載體。通過一層薄薄的塑料或絕緣金屬板進行散熱。 用于中高功率應用的IPM模塊的設計特點是將模塊分為兩個層次。功率半導體在底部，驅動器和保護電路在上部。本領域內名氣最大的IPM是賽米控的SKiiP®，已面市超過了10年。這種無底板IPM系列產品的最大額定電流是2400A，包括一個驅動器和保護功能，加上電流傳感器、電氣隔離和電源。這些模塊裝在風冷或水冷冷卻器上，并在供貨前進行全面的測試。 一個有趣的趨勢是將標準模塊升級為IPM。可直接或使用帶驅動電路（通過彈簧連接）的適配器板來進行升級。賽米控的SKYPERTM驅動器是這方面理想的產品。 集成子系統 所有這些IPM的共同點是真實的“智能”，即將設定點值轉換成驅動脈沖序列的控制器不包含在模塊中。 賽米控是250kW以下轉換器用集成子系統的核心制造商。SKAITM模塊也是IPM，其特點是集成了DSP控制器，除脈寬調制外，還可進行其它通信任務。這些子系統也包含集成直流環節電容器，一個輔助電源，精密電流傳感器和一個液體冷卻器。圖3顯示了集成功能的結構圖。 新的封裝趨勢 當前電力電子發展的目標是獲得更高的電流密度，系統集成度和更高的可靠性。與此同時，在低成本、標準接口以及靈活性和模塊化產品系列方面也有更多的呼聲。 圖 4顯示了過去幾年在模塊重量和體積方面所取得進展。為了說明這一進展，展示了兩個具有相同額定功率的模塊。 在這一領域所觀察到的進一步趨勢是使用彈簧連接作為輔助和負載連接。賽米控的MiniSKiiP®系列產品是這一領域中的先驅者。在MiniSKiiP®模塊中，至轉換器PCB板的每個輔助和負載連接都是用彈簧連接。 正在使用的新一代芯片 半導體技術的改善帶動了更薄、結構更佳的半導體芯片的發展。在過去幾年，這一進步已使1200V IGBT芯片的電流密度從40 A/cm²增加至120A/cm²。事實上，園片技術也有其局限性，從一個例子可以看出這個事實，即對于最新的600V溝槽IGBT（厚度為70 µm），其允許短路時間從10 µs減少到最高 6 µs。這是因為硅片越薄，其熱容量越低。 更高的運行溫度 在許多領域需要更高的運行溫度，如汽車應用中發動機室的溫度普遍超過130°C，冷卻劑的溫度則達105°C甚至更高。. 實現這些應用所要求的更高電流密度和更高環境溫度的唯一方法就是提高最高允許芯片溫度。 得益于半導體產業的發展，現在這些都是可能實現的了。2005年，600 V IGBT和續流二極管的的最高允許芯片溫度都提高了25°C，達175°C。目前，最新一代1200 V IGBT正在對Tvj = 175°C的情況進行測試。 然而，更高的運行溫度和電流密度對可靠性也有負面影響，尤其是在負載循環能力方面，可導致焊接處疲勞的焊點和邦定線連接剝離[1>。 一個可能的解決方法是將半導體元件與DCB基板燒結在一起。由于其較低的熱阻抗和高度的可靠性, 燒結工藝能幫助進一步提高電流密度和運行溫度。燒結工藝是在約240°C的溫度下對銀粉施加高壓，以在部件之間建立一個能提供可靠連接的薄連接層[ 2，3 >。 結論 功率半導體有助于電子產業的發展，尤其是其在替代能源領域及電動和混合動力汽車市場有著高于平均值的增長率。 在電力電子模塊的發展中可以看出一些趨勢，其中最重要的是系統集成、冷卻系統的優化、電流密度的提高和成本的降低。 應對未來有關更高運行溫度及相關可靠性問題挑戰的唯一途徑是繼續發展和優化裝配和連接技術。 4.文獻 　　[1] U. Scheuermann, U. Hecht: Power Cycling Lifetime of Advanced Power Modules for Different Temperature Swings, PCIM, Nürnberg 2002 　　[2] U. Scheuermann, P. Wiedl: Low temperature joining technology a high reliability alternative to solder contacts, Workshop on metal ceramics composites for function applications, Wien, 1997 　　[3] R. Arno, J. Lutz, et al: Double-Sided Low-Temperature Joining Technique for Power Cycling Capability at High Temperature, EPE, Dresden, 2005