功率半导体模块

概述

　　功率半导体器件以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。这些器件或集成电路能在很高的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写PSOC)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。

重要器件

　　1、高压晶闸管

　　2、用于未来能量转换中的IGBT和快速开关二极管

　　3、采用超级结技术的超高速开关器件

　　4、应用于高功率电源的SiC元件

发展趋势

　　功率电子模块的集成度

　　半导体模块之间的差异，不仅仅体现在连接技术方面。另一个差别因素是附加有源和无源器件的集成度。根据集成度不同，可分为以下几类：标准模块，智能功率模块（IPM），（集成）子系统。在IPM被广泛使用（尤其在亚洲地区）的同时，集成子系统的使用只刚刚起步。

　　1、智能功率模块（IPMs）

　　智能功率模块的特点在于除了功率半导体器件外，还有驱动电路。许多IPM模块也配备了温度传感器和电流平衡电路或用于电流测量的分流电阻。通常智能功率模块也集成了额外保护和监测功能，如过电流和短路保护，驱动器电源电压控制和直流母线电压测量等。

　　然而，大部分智能功率模块没有对功率侧的信号输入进行电气隔离。只有极少数的IPM包含了一个集成光耦。另一种隔离方案是采用变压器 进行隔离。

　　通常，小规模的IPM的特点在于其引线框架技术。穿孔铜板用作功率开关和驱动IC的载体。通过一层薄薄的塑料或绝缘金属板进行散热。

　　用于中高功率应用的IPM模块的设计特点是将模块分为两个层次。功率半导体在底部，驱动器和保护电路在上部。本领域内名气的IPM是赛米控的SKiiP?，已面市超过了10年。这种无底板IPM系列产品的额定电流是2400A，包括一个驱动器和保护功能，加上电流传感器、电气隔离和电源。这些模块装在风冷或水冷冷却器上，并在供货前进行全面的测试。

　　一个有趣的趋势是将标准模块升级为IPM。可直接或使用带驱动电路（通过弹簧连接）的适配器板来进行升级。赛米控的SKYPERTM驱动器是这方面理想的产品。

　　2、集成子系统

　　所有这些IPM的共同点是真实的“智能”，即将设定点值转换成驱动脉冲序列的控制器不包含在模块中。赛米控是250kW以下转换器用集成子系统的核心制造商。SKAITM模块也是IPM，其特点是集成了DSP控制器，除脉宽调制外，还可进行其它通信任务。这些子系统也包含集成直流环节电容器，一个辅助电源，精密电流传感器和一个液体冷却器。。