電子器件的模塊化技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)ppt課件

《電子器件的模塊化技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)ppt課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電子器件的模塊化技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)ppt課件（21頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

電子器件的模塊化技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),,1,2,,,,1904,,,,,,,,,1930,1947,1957,1970,1980,1990,2000,t(年),,,3,模塊化技術(shù)現(xiàn)狀 1 功率模塊 2 單片集成式模塊 3 智能功率模塊(IPM),4,1 功率模塊 功率模塊主要是功率電子電力器件按一定的功能組合再灌封成一個(gè)模塊。 1）電力電子變換器 電力電子變換器常常需要多個(gè)功率器件組成，能將電力從交流轉(zhuǎn)換為直流 （整流器） 直流轉(zhuǎn)換為直流（斬波器），直流轉(zhuǎn)換為交流（逆變器），同頻率交流轉(zhuǎn)換為交流（交流控制器），變頻率交流 轉(zhuǎn)換為交流（周波變換器）。變換器被廣泛用于加熱和燈光控制，交流和直流電源，電化學(xué)過程，直流和交流電極驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)無功補(bǔ)償，有源諧波濾波等等。,5,6,7,2) 變頻器 變頻器主電路也有專用的功率器件標(biāo)準(zhǔn)模塊，可以靈活地組裝成各種單相、三相半橋或全橋逆變器 下圖為IGBT模塊的幾種組合方式 ：基本單元和二單元 除了基本單元和二單元外，典型組合方式還有六單元模塊和七單元IGBT模塊。六單元IGBT模塊由6個(gè)IGBT和6個(gè)FD組成，有13個(gè)接線端，形成一臺(tái)三相變頻器。同樣可以幾個(gè)模塊并聯(lián)，以便用于更大電流應(yīng)用。七單元IGBT模塊，由7個(gè)IGBT和7個(gè)FD組成，可構(gòu)成變頻器和制動(dòng)電路。還可以內(nèi)置其他器件，如橋式整流電路的二極管、以及檢測(cè)溫度用的熱敏電阻等。,8,德州儀器(TI)最近推出了一款同步MOSFET半橋功率模塊。這一全新功率模塊通過高級(jí)封裝主要特性與優(yōu)勢(shì)包括： 1）可在25A電流下實(shí)現(xiàn)超過90%高效率 2) 通過高級(jí)封裝技術(shù)將2個(gè)非對(duì)稱NexFET功率MOSFET進(jìn)行了完美整合，高低側(cè)MOSFET的導(dǎo)通電阻僅為5毫歐和2.1毫歐,效率提高2%，功率損耗低20%; 3) 能夠以高達(dá) 1.5 MHz的開關(guān)頻率生成高達(dá)40A的電流，從而可顯著降低解決方案 尺寸與成本。 4) 最高輸入耐壓為25V，非常適合12V輸入的電源中間總線。,日本半導(dǎo)體制造商推出的“全SiC”功率模塊（額定1200V/100A） 1） 內(nèi)置功率半導(dǎo)體元件全部采用SiC 構(gòu)成。 2）與普通的Si材質(zhì)的IGBT模塊相比，開關(guān)損耗降低85％ 3）與傳統(tǒng)的200-400A級(jí)別的Si-IGBT 模塊相替換時(shí)，體積減小約50％ 4）發(fā)熱少，可減小外置的冷卻裝置體積，非常有助于設(shè)備整體的小型化。,9,浙江省嘉興市 嘉興斯 達(dá)攜最新IGBT產(chǎn)品亮 相2012上海慕尼黑電子 展產(chǎn)品用于功率范圍從 0.5kw至1mw以上的不 同領(lǐng)域，包括：變頻器 ﹑電焊機(jī)﹑感應(yīng)加熱﹑ 激光﹑太陽能電裝置、 高壓直流輸變 電裝置、家用電器、機(jī) 車牽引、ups、醫(yī)療設(shè) 備等等。,,IGBT3晶片具有如下優(yōu)點(diǎn): (1) 最大結(jié)溫tjmax=150℃; (2) 可靠性高; (3) 飽和壓降低(vcesat2v); (4) 效率高，與標(biāo)準(zhǔn)的IGBT相比有20%的提高; (5) 可以省略附加保護(hù)電路 。(6)VCES=600V Ic nom=600A Ic RM=1200A,10,11,IGBT發(fā)展到今天，已經(jīng)開發(fā)出第六代技術(shù)的產(chǎn)品，新的模塊發(fā)展方向是低噪聲輻射，高新能，緊湊型，低熱組的封裝技術(shù)跟第六代IGBT模塊結(jié)合起來使其功能更加完美。 日本富士公司開發(fā)的Trench FS IGBT的新型模塊，矩陣變換器專用的逆阻型模塊。 德國EUPEC公司開發(fā)了中等功率傳動(dòng)用IGBT模塊，模塊的基板上內(nèi)置電流取樣電阻，可測(cè)量35kW等級(jí)逆變器的電流。 德國Semikron電子公司開發(fā)的MiniSKiip型CIB（整流、逆變、制動(dòng)斬波）模塊，并推向市場(chǎng)。 2009年Semikron又推出新一代MiniSKiip -Ⅱ型CIB模塊，使用當(dāng)今前沿的芯片封裝，改善熱阻、減小尺寸，為0.37～30 kW變頻器提供低成本、緊湊型1200V及600V功率模塊。模塊內(nèi)還集成一個(gè)溫度傳感器，以檢測(cè)模塊內(nèi)溫度。,12,2 單片集成式模塊 隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，將功率器件、驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)等電路，集成在一個(gè)硅片上，形成所謂單片集成 (System on chip) 模塊。 美國功率集成 (Power Integration) 公司開發(fā)的單片系列開關(guān)電源芯片：DPA-Switch、PKS-Switch、LNK-Switch、TNY-Switch、TOP-Switch 等等，這些都是一種高頻開關(guān)電源專用的模塊。 第五代產(chǎn)品TOPSwitch-HX，具有軟啟動(dòng)、線性限壓檢測(cè)、遠(yuǎn)程通/斷控制、在線熱關(guān)閉選通，并可調(diào)至零負(fù)載和由用戶設(shè)置精確的限流值等功能。TOPSwitch-HX有33種型號(hào)，如TOP254、TOP262等，這種模塊將功率MOS管和PWM電路集成在同一芯片上。可另外 配接橋式整流電路、電感、電容、二極管及變壓器，用以組裝成130 kHz、250W以下 的 Buck, Boost, Forward, Flyback等DC-DC或AC-DC開關(guān)變換器。其特點(diǎn)是外圍電路簡單、成本低廉。,13,下圖給出TOP242-250的功能方塊圖 單片集成模塊簡單，應(yīng)用方便，但由于傳熱、隔離等問題還沒有有效解決，而且用單片集成技術(shù)將高電壓、大電流功率器件和控制電路集成在一起的難度較大，目前這種集成方法只適用于小功率電力電子電路中。,14,15,3 智能功率模塊IPM 智能功率模塊是一種先進(jìn)的功率開關(guān)器件，具有大功率晶體管高電流密度、低飽和電壓和耐高壓的優(yōu)點(diǎn),以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管高輸入阻抗、高開關(guān)頻率和低驅(qū)動(dòng)功率的優(yōu)點(diǎn)。而且IPM內(nèi)部集成了邏輯、控制、檢測(cè)和保護(hù)電路，使用起來方便,不僅減小了系統(tǒng)的體積以及開發(fā)時(shí)間，也大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。在電力電子領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 將具有驅(qū)動(dòng)、控制、自保護(hù)、自診斷功能的IC與電力電子器件集成，封裝在一個(gè)絕緣外殼中，形成相對(duì)獨(dú)立、有一定功能的模塊。功率半導(dǎo)體器件和IC安裝在同一基片上，用引線鍵合互連，并應(yīng)用了表面貼裝技術(shù)。 IPM由高速、低功率的IGBT芯片和優(yōu)選的門級(jí)驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路構(gòu)成，IPM根據(jù)內(nèi)部功率電路配置的不同可分為四類:H型(內(nèi)部封裝一個(gè)IGBT)、D型(內(nèi)部封裝兩個(gè)IGBT)、C型(內(nèi)部封裝六個(gè)IGBT)和R型(內(nèi)部封裝七個(gè)IGBT)。小功率的IPM使用多層環(huán)氧絕緣系統(tǒng)，中大功率的IPM使用陶瓷絕緣。,16,針對(duì)現(xiàn)有柵極驅(qū)動(dòng)芯片 M57962L體積大、環(huán)境適應(yīng)性差的問題, 經(jīng)過深入調(diào)研, 選用 1ED020I12 -FA 柵極驅(qū)動(dòng)芯片代替 M57962L。設(shè)計(jì)基于該芯片的新型功率驅(qū)動(dòng)電路, 并對(duì)其柵極驅(qū)動(dòng)性能、過流保護(hù)、故障恢復(fù)、功率消耗等性能非常好。1ED020I12 -FA 的新型驅(qū)動(dòng)電路具有開關(guān)速度快、體積小、功耗低、溫度范圍寬的優(yōu)點(diǎn), 可以替代現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路。,綜合電力系統(tǒng)的控制，單列直插式智能功率模塊，實(shí)現(xiàn)成本效率,是專為家電和低功率工業(yè)應(yīng)用 特點(diǎn)：更高的可靠性，故障信號(hào)分析，過流保護(hù)，溫度傳感器，被動(dòng)元件，隔離散熱器，SOI門驅(qū)動(dòng)器優(yōu)良的電氣性能,17,帶有分開的電源裝置和 控制單元，SINAMICS S120 變頻調(diào)速柜驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)可完美地滿足大量 不同驅(qū)動(dòng)任務(wù)的要求。,1）轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)矩控制、定位功能 2)智能啟動(dòng)功能，用于電源中斷后的獨(dú)立重新啟動(dòng) 3)驅(qū)動(dòng)器相關(guān) I/O 4)集成安全功能 5)調(diào)節(jié)的饋電/再生反饋功能，,18,20世紀(jì)80年代即已開發(fā)，日本東芝、富士電機(jī)、Eupec、 Semikron、 Powerex等公司都生產(chǎn)IPM。日本三菱公司的模塊代表當(dāng)今模塊技術(shù)的發(fā)展水平。該公司20世紀(jì)80年代末就致力于研究開發(fā)代智能保護(hù)功能的功率模塊，目前已生產(chǎn)出用于110KW變頻器的IPM模塊，居世界領(lǐng)先水平。 其主要問題是：互連線不可靠、寄生元件(電阻、電感)太多、一維散熱，在kW級(jí)小功率電力電子系統(tǒng)中應(yīng)用。進(jìn)一步的發(fā)展方向是多芯片模塊封裝以及集成電力電子封裝技術(shù)。,19,模塊化的發(fā)展趨勢(shì),第一，電子器件的模塊化的發(fā)展是以新型電子器件、新型材料，新技術(shù)等的發(fā)展為依托。 第二，新型電子元器件模塊化向著高頻化、微型化、薄型化、低功耗、響應(yīng)速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、復(fù)合化、模塊化和智能化等的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，向著安全性和綠色化發(fā)展。 第三，制作工藝精密化、流程自動(dòng)化，生產(chǎn)環(huán)境也要求越來越高，投資力度越來越大。還要加上產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性、精度和成本因素，才能確立企業(yè)在國際上的競(jìng)爭實(shí)力、市場(chǎng)定位及其發(fā)展前景。 第四，產(chǎn)品更新快，要求開發(fā)快、形成生產(chǎn)能力快。 眾所周知，目前電力電子器件的應(yīng)用已深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)方面，實(shí)際的需要必將極大地推動(dòng)器件的不斷創(chuàng)新。在新的世紀(jì)里，電力電子器件的不斷發(fā)展必將會(huì)為新一輪電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，也會(huì)為人類在新世紀(jì)的各行各業(yè)的發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。,20,謝謝！?。?21,