Новые технологии силовой электроники. Часть 2 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Андрей КОЛПАКОВ

[email protected]

На рис. 1 показан внешний вид модуля ЮВТ 8К1М 93, разрабатываемого компанией ЗЕМЖИОЫ для использования на электротранспорте. Данная область применения предъявляет к электронным компонентам очень жесткие требования как по климатическим, так и по механическим воздействиям. При этом силовые модули, работающие в составе транспортного привода, должны обеспечивать высочайшие показатели надежности.

Проектирование нового семейства силовых ключей производилось на основе приведенных ниже технических требований для электронной аппаратуры, размещаемой вблизи двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением:

• температура окружающей среды:

-40... + 135 °С;

• температура охлаждающей жидкости: -40... + 105 °С;

• пассивное термоциклирование (испытательный режим): 500 циклов, -40.. .+125 °С;

• активное термоциклирование (испытательный режим): 25 000 циклов, +50... + 150°С;

• срок службы: 20 лет.

Рис. 1. Внешний вид нового модуля для транспортных применений SKiM 93

Новые технологии

силовой электроники. Часть 2

Общей тенденцией современного рынка силовой электроники является уменьшение габаритов преобразовательных устройств при одновременном увеличении их мощностных характеристик. Решение этой задачи немыслимо без использования новых технологий, применения современных методик расчета и проектирования. Повышение плотности мощности требует совершенствования всей архитектуры силового модуля, что обусловлено необходимостью более эффективного отвода тепла.

Мы уже писали о методе низкотемпературного спекания [1], впервые использованном компанией SEMIKRON для соединения силовых чипов с керамической подложкой в модулях привода электромобилей SKAI. В данной статье мы продолжим рассказ о технологиях, которые начнут работать на производстве SEMIKRON в ближайшем будущем.

Подробнее о конструкции и характеристиках новых модулей SKiM мы расскажем в одном из ближайших выпусков журнала «Силовая электроника». Для успешной разработки элементов, удовлетворяющих перечисленным требованиям, понадобилось внедрение самых современных технологий силовой электроники, часть из которых была применена впервые в мире.

Технология низкотемпературного спекания (Low Temperature Sintering Technology)

Практически во всех силовых модулях, выпускаемых в настоящее время, для установки силовых кристаллов на керамическую изолирующую подложку и ее соединения с медным (или композитным) основанием используется пайка. Именно паяные соединения являются основным источником отказов, и это в первую очередь относится к силовым ключам, работающим в условиях частых циклических изменений нагрузки. Вероятность разрушения конструкции модуля при воздействии термоциклов растет экспоненциально с увеличением рабочей температуры. Существует эмпирическое соотношение, в соответствии с которым стойкость к термоциклированию уменьшается вдвое с ростом температуры на 20 °С.

Надежность работы мощных полупроводниковых устройств непосредственно зависит от того, насколько хорошо организован отвод тепла от силовых чипов. Материал, осуществляющий соединение кристаллов с изолирующей подложкой, должен обладать высокой теплопроводностью и хорошими термомеханическими характеристиками. Процесс установки чипов должен быть вы-

сокотехнологичным, обеспечивающим повторяемость и стабильность свойств припоя при массовом производстве.

В современной электронике для соединения чип-элементов с керамикой широко используют 2 типа материалов: это твердые и мягкие припои, а также матричные полимерные и стеклообразные композиты. Так называемые «мягкие» припои (например, свинцовооловянные сплавы или сплавы на основе индия) и полимерные композиты (например, эпоксидные смолы с серебряным наполнителем) применяются при относительно низких температурах и имеют низкую тепло- и электропроводность. Модули, производимые с использованием данных технологий, не рассчитаны на эксплуатацию в условиях сильных тепловых и электромеханических стрессов, поскольку подобные воздействия приводят к постепенному разрушению паяных соединений. С другой стороны, «твердые» припои (например, эвтектические сплавы на золотой основе) и стеклянные матричные композиты (например, серебросодержащее стекло) позволяют силовым ключам работать при гораздо более высоких температурах, однако для их применения приходится использовать высокотемпературные технологические процессы, создающие дополнительные стрессы для полупроводников. Кроме того, тепло- и электропроводность этих материалов также достаточно низка.

Существующие промышленные технологии пайки чипов обеспечивают высокое качество связи при температурах не выше 350 °С. Это не позволяет использовать для соединения металлы с отличной теплопроводностью — серебро и золото, поскольку температура их плавления превышает 500-600 °С. Данная проблема решалась в рамках програм-

Связующий материал ПАВ

V ______/ Растворитель

ПАВ + Органический + Ад нано-порошок ^ растворитель

Соединительный прессованный слой

DBC керамика

Охлаждение

Нагрев

Диффузионное

спекание

Рис. 2. Этапы низкотемпературного спекания (ПАВ — поверхностно-активное вещество)

Таблица 1. Основные свойства материалов припоя

Материал Температура пайки, °С Макс. рабочая температура, °С Электропроводность, 10б (Ом*см)-1 Теплопроводность, Вт/К-см Предел прочности сдвига, МПа

Свинцово-оловянный припой 217 <183 0,69 0,51 40

Бессвинцовый припой 260 <225 0,75 0,70 40

Золото-оловянный припой 310 <280 0,625 0,58 68

Серебросодержащая эпоксидная смола 100-200 <200 0,1 0,1 10-40

Спеченный нано-порошок Ад <300 <961 3,8 2,4 20-40

мы US Navy ManTech, в процессе осуществления которой была создана паста на основе наночастиц серебра, отличающаяся хорошей теплопроводностью (2,4 Вт/К-см) и способная обеспечивать устойчивые соединения кремниевых чипов с керамикой при температуре ниже 300 °С.

Для установки кристаллов на изолирующую подложку с помощью серебряного сверхтонкого порошка применяется технология низкотемпературного спекания (Low Temperature Sinter Technique), позволяющая кардинально повысить надежность силовых модулей в условиях воздействия высокотемпературных циклов. Основные характеристики наиболее распространенных материалов припоя в сравнении с нано-пастой Ag приведены в таблице 1.

Этапы технологического процесса получения соединительного слоя при спекании показаны на рис. 2. Нано-паста представляет собой смесь металлического сверхтонкого порошка, состоящего из частиц серебра, органического дисперсанта и связующего вещества. Дисперсант предохраняет зерна от слипания, обеспечивая необходимую однородность смеси, что особенно важно при работе с частицами предельно малого размера. Вещество, состоящее из органического связующего материала и растворителей, способствует лучшему перемешиванию пастообразной консистенции и обеспечивает сухой пасте так называемую «сырую прочность», что предотвращает исходную смесь от распада до начала спекания. Использование наночастиц (в отличие от микрочастиц, применяемых для производства коммерческих паст для толстопленочных технологий) позволяет снизить температуру спекания до 275 °С за счет увеличения так называемой поверхностной энергии.

При нагреве пасты из нее удаляются растворители и все органические остатки, а связующее вещество выгорает. На заключительной стадии производится спекание частиц, в результате чего исходная смесь трансформируется в плотную поликристаллическую структуру, обладающую требуемыми механическими и физическими свойствами. Плотность спеченной смеси зависит от ряда факторов, таких как однородность дисперсии, размер частиц, время и интенсивность сушки, скорость и температура нагрева, а также так называемое «качество прослаивания» в соединительном слое кристалла и подложки. Все указанные параметры оказывают существенное влияние как на свойства «сырой смеси», так и на качество конечной структуры. Спекание смеси происходит вследствие полупроводниковой диффузии, и следует отметить, что данный процесс идет несколько медленнее, чем оплавление традиционных припоев.

В процессе сушки требуется тщательное соблюдение соответствующих технологических режимов, чтобы исключить возможность растрескивания или расслаивания поверхности

соединительного слоя. Время спекания, определяемое температурой и скоростью нагрева, выбирается таким образом, чтобы полученный слой имел достаточную прочность. Нано-структуры обладают врожденной нестабильностью, поэтому необходимо, чтобы требуемая температура достигалась к моменту времени, когда препятствующие спеканию молекулы органических веществ уже полностью удалены.

Благодаря уникальному свойству диффузионного соединения при относительно низкой температуре и отличным тепловым и механическим характеристикам, паста из нано-частиц серебра может с успехом заменить традиционные мягкие и жесткие припои. Ее использование позволяет упросить процесс установки чипов, а также устранить производственные этапы, необходимые для адаптации свойств припоя и технологии пайки к конкретным типам чипов и подложек. Поскольку контактный слой состоит практически из чистого серебра, он имеет гораздо лучшую электро- и теплопроводность (табл. 1), чем любой другой материал, а особенности технологии спекания позволяют применять серебряную нано-пасту для всех типов кристаллов и керамик.

Качество и надежность спеченного слоя между силовыми кристаллами и керамикой даже в предельных режимах оказывается намного выше, чем у паяного соединения, поскольку серебряная паста (в отличие от припоя) работает при температуре, которая гораздо ниже температуры плавления. Испытания показывают, что применение новой технологии позволяет повысить рабочую температуру электронных модулей до 300 °С, что

делает процесс низкотемпературного спекания пригодным для монтажа перспективных чипов на основе карбида кремния ЭЮ.

Модуль Юнга спеченного серебра составляет примерно 9 ГПа при относительной плотности 80%. Благодаря столь низкой упругости слоя (12% от значения чистого серебра) существенно снижается уровень механических напряжений, передаваемых на кристалл. В отличие от паяного соединения, склонного к образованию больших лакун, пористость спеченного слоя крайне низка и равномерна (рис. 3б), вследствие чего при отводе большого количества тепла исключена возможность возникновения точек локального перегрева. При неблагоприятных условиях эксплуатации в слое пайки могут образовываться хрупкие интерметаллические структуры, снижающие его механическую прочность. Формирование интерметаллидов в соединительном слое, состоящем из простого металла, практически исключено.

Температура солидуса/ликвидуса Ag (961 °С) обеспечивает очень высокую надежность контакта, а сочетание хорошей теплопроводности спекаемого серебряного слоя и его коэффициента теплового расширения (КТР) позволяют с успехом применять этот материал для соединения кремниевых кристаллов с керамическими подложками любого типа.

Компания ЭЕМЖКОЫ использует модифицированный процесс спекания, производя его при повышенном давлении, что позволяет образовывать устойчивые соединения при еще меньших температурах. Оптимальные технологические режимы холодной сварки задаются пультом управления специального гидравлического пресса, позволяющего

Rth, "С/Вт

0,3

0,25

0,2

0,15

LU

Пайка

Прессованный

слой

30,000

40,000

В

Рис. 3. Изменение теплового сопротивления при термоциклировании, структура соединительных слоев припоя и прессованного нано-порошка Ад

регулировать температуру процесса и давление прижима.

Оборудование, используемое SEMIKRON для низкотемпературного спекания, обеспечивает равномерное давление до 40 МПа в зоне расположения кристаллов и предварительно нанесенного слоя порошкового серебра. Рабочие режимы постоянно контролируются и поддерживаются на заданном уровне. Система работает в полностью автоматическом режиме, она позволяет устанавливать чипы разных типов на DBC керамику размером до 5x7 дюймов и полностью пригодна для серийного производства.

Графики, показанные на рис. 3а, демонстрируют, насколько повышается стойкость силового ключа к термоциклированию при использовании нового типа соединения по сравнению с традиционной пайкой. Как видно из представленных эпюр, после 30 тысяч испытательных термоциклов с градиентом 110 °С тепловое сопротивление модуля традиционной конструкции увеличивается примерно на 15%, а после 40 тысяч термоциклов — уже более чем на 50% относительно начального значения. При этих же условиях тепловые характеристики силового ключа, изготовленного с применением процесса спекания, остаются неизменными.

Технология низкотемпературного спекания отработана для серийного производства в процессе разработки модулей SKAI и будет применяться при изготовлении силовых ключей новой серии SKiM.

SKiN-технология поверхностного монтажа

SKiN-технология поверхностного монтажа предназначена для производства сверхминиатюрных электронных модулей с высокой плотностью расположения элементов. Компания SEMIKRON предполагает использовать ее для разработки сверхмалогабаритных интеллектуальных модулей (или IPM — Intellectual Power Module). До настоящего времени фирма, известная своими силовыми ключами серии SKiiP (SEMIKRON Integrated

Intellectual Power) с выходным током от 150 до 2000 А, не имела в производственной программе маломощных модулей со встроенным драйвером. Применение SKiN-материалов и технологий дает возможность не только ликвидировать этот пробел, но и разрабатывать миниатюрные интеллектуальные модули с рекордными показателями плотности мощности.

Особенности SKiN-технологии и этапы производства модуля на ее основе показаны на рис. 4. Использование SKiN-материала в качестве печатной платы позволяет размещать на нем SMD-элементы любого типа и силовые кристаллы, при этом отпадает необходимость в применении чипов с алюминиевыми выводами, подключаемыми с помощью ультразвуковой сварки. Доступ к контактам так называемых флип-чипов или «перевернутых

кристаллов» осуществляется с помощью специальных перфорированных «пальцев», находящихся на SKiN-плате в местах соединения (рис. 4). В модулях подобной конструкции (рис. 5) силовые кристаллы располагаются между изолирующей подложкой и платой, на которой устанавливаются элементы схемы управления. Соединительные шины на краю ламинированного SKiN-слоя образуют сигнальный интерфейс, что позволяет осуществлять связь IPM-модуля и контроллера с помощью стандартного шлейфа. Для подключения силовых цепей используется противоположная сторона SKiN-платы.

SOI (Silicon On Insulator) — основа для производства миниатюрных модулей

Материал, называемый так же, как и технология — SOI (Silicon On Insulator — кремний на изоляторе), является универсальной основой для производства электронных и ми-кроэлектромеханических (MEMS) интеллектуальных миниатюрных модулей на изолирующей подложке. Применение SOI дает возможность создавать многослойные структуры и осуществлять прецизионный контроль параметров слоев.

В самом широком смысле SOI предполагает использование окиси кремния в качестве диэлектрика, на котором могут устанавливаться электронные компоненты и дополнительные изолирующие подложки, необходимые для получения специализированного модуля. Фундаментальным преимуществом структуры SOI является возможность адап-

SMD силовой интерфейс

Рис. 5. Конструкция SKiN-модуля

тации в процессе производства параметров тонкой поверхностной пленки под конкретную задачу для получения требуемой толщины, эластичности, состава легирующих присадок. Данная технология позволяет изменять механические и электрические свойства материала SOI и поддерживать их с высокой заданной точностью. Это особенно важно для MEMS-применений, в которых одной из самых серьезных проблем является деформация конечной структуры, особенно если она достаточно тонкая и имеет большую площадь. Сочетание хорошей механической прочности и гибкости материала SOI достигается за счет высоких значений усилия разрыва и порога пластической деформации, достигаемых в монокристальных пленках, которые составляют его структуру.

Необходимая механическая и электрическая изоляция получается при травлении верхнего или нижнего слоя пластины, технология SOI позволяет обеспечить прецизионный мониторинг выполнения процесса и соблюдения заданных размеров. Высокоточный контроль вертикальных размеров производится с помощью диэлектрической пленки, включаемой в состав слоистой структуры SOI и используемой как ограничитель травления. Новая технология позволяет объединить на одной подложке силовые кристаллы и схему управления, содержащую полевые и биполярные транзисторы. Поверхностные пленки могут быть использованы в качестве сенсоров, позволяющих следить за однородностью и качеством остальных слоев на этапе производства, что особенно важно при создании сложных специализированных схем.

SEMIKRON предполагает использовать технологию SOI для изготовления маломощных интеллектуальных силовых модулей IPM с рабочим напряжением 600 и 1200 В и током до 15 А. Серия таких элементов в конфигурации CIB (Converter-Inverter-Brake: выпрямитель — инвертор — тормозной каскад) должна появиться в производственной программе компании в ближайшем будущем. Внешний вид фрагмента платы с установленными на ней элементами схемы управления, SOI-драйвера и самого модуля показаны на рис. 6.

Ниже приведены основные характеристики модулей, разрабатываемых с использованием технологии SOI:

• VCE = 600 В:

- рабочий ток— 6, 10, 15 A;

- тип кристаллов IGBT — Trench 3;

- схема: 3-фазный инвертор IPM с открытыми эмиттерами, датчик PTC или NTC, SOI-драйвер с интегрированными резисторами затворов;

- размеры — 40x23x5,5 мм;

- максимальная рабочая температура

T. ___175 °С;

Tjmax 175 С>

- напряжение изоляции Vioo — 2500 VAC (1 мин).

• VCE = 1200 В:

- рабочий ток— 6, 8, 15 A;

- тип кристаллов IGBT — Trench 4;

- схема: 3-фазный инвертор IPM с открытыми эмиттерами, датчик PTC или NTC, SOI драйвер с интегрированными резисторами затворов;

- размеры — 64x40x9 мм;

- максимальная рабочая температура

T. ___175 °С;

Tjmax 175 С;

- напряжение изоляции Vioo — 2500 VAC (1 мин).

Coating Technology — технология покрытия силиконовым гелем

При изготовлении практически всех модулей, доступных на рынке современной силовой электроники, применяется заливка силиконовым гелем. Герметизирующий материал заполняет внутренний объем модуля, что необходимо для:

• улучшения электрической изоляции;

• улучшения отвода тепла;

• защиты элементов схемы от влаги и пыли;

• повышения эластичности конструкции. Состав геля должен иметь высокую теп-

ловодность, хорошие изоляционные свойства, низкую гигроскопичность и обладать еще целым набором параметров, обеспечивающих его пригодность для серийного производства. Чтобы удалить пузырьки воздуха, заливка производится в вакуумной камере, после чего готовый модуль помещается в печь, где гель приобретает требуемую вязкость. Данный процесс, требующий постоянного контроля технологических и химических параметров, отнимает много времени. Кроме того, поскольку толщина слоя геля обычно составляет 10 мм и более, для серийного производства требуется большое количество этого достаточно дорогого материала.

Существует еще одна серьезная проблема, связанная с необходимостью заливки электронных модулей герметизирующим составом. Дело в том, что у гелей, используемых ведущими производителями силовых модулей, в диапазоне температур -40.. .-50 °С начинается процесс загустевания и кристаллизации, а при дальнейшем охлаждении они переходят в стеклообразное состояние.

В модулях, производимых компанией SEMIKRON, применяется силиконовый гель марки SilGEL 612 производства компании WACKER со следующими основными параметрами:

• удельный вес — 2,25 г/см3;

• консистентность — 270-320;

• удельное электрическое сопротивление — 1013 Ом-см;

• диэлектрическая прочность — 20 кВ/мм;

• диэлектрическая постоянная (1 кГц...10 МГц) — 2,8-3,1;

• тангенс угла потерь, max (1 кГц.10 МГц) — 0,003;

• теплопроводность — 0,81 Вт К-1-м-1;

• температура начала загустевания----35 °С;

• температура начала кристаллизации — -50 °С;

• температура начала кристаллизации (при скорости охлаждения 0,2 °С/мин) — -60 °С;

• переход в стекловидное состояние —

-110°С.

Полное восстановление свойств при выходе из стекловидного состояния наблюдается при температуре -40 °С (при скорости нагрева 10 °С/мин). Многократные испытания, проводимые SEMIKRON, показали, что после замерзания геля и его «оттаивания» электронные модули полностью восстанавливают свои свойства. Однако именно проблема, связанная с кристаллизацией, является причиной того, что в документации практически на все модули, доступные на рынке, указано значение температуры (рабочей Ta и хранения Tstg) -25 °С или -40 °С.

Справедливости ради следует отметить, что ряд производителей (в том числе EUPEC/ Infineon) анонсировали выпуск силовых ключей для транспортных применений с предельным значением температуры -55 °С. При их производстве используются специальные гели, кристаллизация которых начинается при -100 °С. Однако стоимость этих материалов крайне высока, что приводит к существенному удорожанию самих модулей.

Для решения данной проблемы компания SEMIKRON предлагает заменить полную заливку внутреннего пространства модулей на поверхностное покрытие тонким слоем. Именно в этом состоит главная идея технологии Cating, применение которой позволяет сократить расход геля на 85%. При этом переход на использование материалов покрытия с расширенным температурным диапазоном не приведет к заметному удорожанию готовой продукции.

Вместо заливки всего внутреннего объема внутрь модуля помещается небольшое количество герметизирующего материала, далее модуль подвергается высокочастотной вибрации, в результате чего гель равномерно распределяется по всей внутренней поверхности, покрывая тонким слоем чипы, соединительные провода, токонесущие шины (рис. 7). Нужная степень вязкости придается материалу покрытия с помощью ультрафиолетового облучения. Кроме существенно сокращения расхода геля, новая технология позволяет значительно уменьшить длительность самого производственного процесса и сократить затраты на него, что в итоге должно привести к уменьшению стоимости продукции.

В течение ближайших лет SEMIKRON планирует внедрить новый процесс покрытия на всем производстве; в первую очередь с помощью технологии Cating будут производиться модули прижимной конструкции и силовые ключи с пружинными контактами: SEMITOP, SKiiP, MiniSKiiP, SEMiX, SKAI.

Модули с нанесением теплопроводящей пасты: новая опция SEMIKRON

Компания SEMIKRON предлагает своим клиентам новую услугу: поставку миниатюрных IGBT-модулей MiniSKiiP с предварительно нанесенным слоем теплопроводящей пасты. Это позволяет упростить процесс монтажа за счет исключения важного и ответственного технологического этапа, улучшить тепловые характеристики конструкции и обеспечить высокую повторяемость производственного процесса. Во всех своих разработках, включая производство заказных силовых сборок, SEMIKRON использует теплопроводящие пасты ведущих европейских производителей: Wacker P12 (на силиконовой основе) и Electrolube HTC.

Новая опция обеспечивает следующие преимущества:

• быстрая и простая операция установки модулей на теплоотвод, возможность автоматизации производства;

• оптимальная толщина слоя пасты, снижение риска повреждения керамического основания MiniSKiiP;

• оптимальное распределение пасты в зазоре, равномерный отвод тепла, минимальное тепловое сопротивление;

• хорошая временная стабильность тепловых характеристик.

При монтаже силовых модулей на радиатор очень важно, чтобы тепловое сопротивление Rthcs «корпус-теплоотвод» соответствовало значениям, указанным в спецификации. Недостаточная толщина слоя пасты может привести к увеличению тепловых перегрузок и сокращению срока службы силового ключа. Избыток пасты не только спо-

собствует увеличению теплового сопротивления, но и может вызвать повреждение керамической подложки при затяжке крепежного винта. Особенно важно это в отношении без-базовых (baseless) модулей, у которых основанием является изолирующая DBC-плата. На рис. 8б приведено увеличенное изображение области подложки модуля MiniSKiiP, поврежденной в результате затяжки крепежного винта при превышении толщины слоя теплопроводящей пасты (трещины показаны красными стрелками).

Более 10 лет SEMIKRON использует на своем производстве технологические процессы шелкографии и трафаретной печати для нанесения теплопроводящей пасты при сборке. Многолетний опыт позволил компании разработать новый технологический процесс, позволяющий наносить пасту при массовом производстве и с высокой точностью выдерживать при этом технологические допуски, укладывающиеся в нормы «6 сигм» (Six Sigma). Допустимая погрешность толщины слоя составляет ±10 мкм, статистика показывает, что только у 60 из 1 миллиона ячеек размеры выходят за рамки заданного допуска.

Теплопроводящая паста наносится на поверхность модулей с помощью автоматизированного процесса трафаретной печати. Использование технического шелка с тарированными размерами ячеек позволяет обеспечивать высокую точность и равномерность толщины слоя. Для каждого типа модулей применяется шелк с соответствующими параметрами ячеек, гарантирующий толщину слоя в соответствии с техническими требованиями. Естественно, что для получения нормированного значения Rtha необходимо также, чтобы качество поверхности радиатора и момент затяжки крепежа соответствовали оговоренным требованиям.

При нанесении теплопроводящей пасты методом трафаретной печати неизбежны незначительные колебания толщины наносимого слоя и возникновение небольших дефектов покрытия. Девиация толщины и размеры лакун не превышают 5%, такие отклонения не влияют на качество слоя, образующегося

между основанием модуля и теплоотводом при монтаже. Равномерное распределение пасты при затяжке крепежных винтов обеспечивается благодаря сотовой структуре покрытия, показанной на рис. 8.

Обработанные таким образом модули подвергаются ряду специальных тестов, позволяющих оценить стабильность покрытия при транспортировании и хранении. Виды и условия проведения испытаний приведены в таблице 2.

Транспортировка модулей с предварительно нанесенной пастой допускается при температуре -25...+60 °С и влажности, не превышающей 96% ИН. В данных условиях компоненты могут храниться до 18 месяцев.

Таблица 2. Квалификационные испытания для проверки качества нанесения теплопроводящей пасты

Вид испытаний на надежность Условия испытаний

Хранение при высокой температуре 3OOч/125°С

Хранение при низкой температуре 3OO 4/-4O °С

Хранение при высокой температуре и влажности 3OO ч/85 °С/86% RH

При поставке компонентов в соответствии с указанной опцией на упаковке делается специальная маркировка, состоящая из 4 элементов, например TP P12 Minil II.Gen. Первый элемент обозначения говорит о наличии на поверхности теплопроводящей пасты (TP = Thermal Paste application), второй указывает тип пасты (Р12 от Wacker), далее следует обозначение типа корпуса (Minil) и номера поколения (II Generation).

Заключение

Лозунг компании SEMIKRON “Innovation + + Service” отражает политику компании, вкладывающей значительную часть средств в разработку и освоение новых технологий, конструктивов, методов проектирования. В 1975 году SEMIKRON первой в мире выпу-

стила на рынок серию тиристорных модулей в изолированных корпусах SEMISTACK, за прошедшее время их продано более 60 млн штук. Сегодня компания в год производит около 20 млн тиристорных модулей (около 30% мирового рынка), а конструктив SEMISTACK стал промышленным стандартом, им пользуются все ведущие мировые производители.

Первые функционально законченные интеллектуальные силовые модули SKiiP, в состав которых входят плата управления, датчики и теплоотвод, также были разработаны SEMIKRON в начале 90-х годов. При их производстве применяется революционная технология прижимного контакта Pressure-Contact technology, а подключение драйвера осуществляется с помощью пружинных контактов. Этот способ соединения, позволивший решить проблему усталости паяных слоев, стал фирменным элементом конструкции многих компонентов SEMIKRON. В настоящее время по всему миру в силовых ключах различных серий надежно работает более 300 млн пружин.

Очередным новшеством, позволившим кардинально повысить стойкость силовых ключей к термоциклированию и повысить плотность мощности, стала низкотемпературная технология спекания. Первыми в мире компонентами, изготовленными c ее применением, стали модули SKAI (SEMIKRON Advanced Integration), спроектированные по заказу американской компании General Motors для применения в приводах электро-и гибридомобилей. Разработка компонентов семейства SKAI, имеющих беспрецедентное сочетание плотности мощности, компактности, надежности и цены, позволило SEMIKRON выиграть тендер правительства США и получить в 2004 году приз «Поставщик года» от GM. Отработанный и модифицированный процесс спекания при высоком давлении будет использован при производстве новых модулей IGBT SKiM, предназначенных для применения на транспорте.

Стремясь удешевить и упростить процесс производства силовой преобразовательной техники, SEMIKRON предлагает массу аксессуаров и опций, к которым можно отнести и нанесение теплопроводящей пасты на малогабаритные модули серии MiniSKiiP. Данная возможность позволяет пользователям упростить производственный процесс, обеспечить высокую повторяемость и долговременную стабильность тепловых характеристик.

Силовые ключи MiniSKiiP выпускаются в основных приводных конфигурациях (CIB и 3-фазный инвертор), диапазон их рабочих токов простирается до 150 А. Они широко применяются в маломощных частотно-регулируемых приводах и источниках питания, в количественном выражении это один из самых массовых продуктов компании: годовой объем производства может достигать 2 млн штук. Именно поэтому MiniSKiiP стали первыми компонентами, которые можно заказать с заранее нанесенной теплопроводящей пастой. Следующим шагом является предложение данной опции для стандартных тиристорных модулей SEMIPACK. ■

Литература

1. Колпаков А. Новые технологии расширяют горизонты силовой электроники // Компоненты и технологии. 2007. № 4.

2. Scheuermann U., Ebersberger F. Packaging of Large Area Power Chips — Extending the Limits Of Standard Modules Technology. SEMIKRON International GmbH. 2006.

3. Usenko A., Carr W. SOI technology for microelectromechanical applications. New Jersey Microsystems. 1999.

4. Schreiber D. Материалы презентаций. SEMIKRON International. 2007.

5. Strube M. Thermal paste spread and ready for use. New technical and logistics service. SEMIKRON International GmbH. 2007.