富士电机三电平电力转换器用大容量IGBT 模块(2)

3 . 3　开关波形

富士电机的AT-NPC 方式IGBT 模块有两种开关模式。分别是IGBT 开关后RB-IGBT 进行反向恢复的A 模式，以及RB-IGBT 开关后FWD 进行反向恢复的B 模式。图6 和图7 表示使用IGBT 模块（4MBI650 VB-120R1-50）原型所测定的开关波形。图6 是VCC 为500 V、I C 为650 A、Rg（IGBT）为+3.3/-0.56Ω、T j 为125 ℃的A 模式开关波形，开关损耗在开通时为21.7 mJ，在关断时为85.4 mJ，在反向恢复时为76.4 mJ。每种都显示出良好的波形。

图7 是VCC 为500 V、I C 为650 A、Rg（RB-IGBT）为+3.3/-20Ω、Tj 为125 ℃的B 模式开关波形，开关损耗在开通时为31.6 mJ，在关断时为136.8 mJ，在反向恢复时为35.3 mJ。每种都显示出良好的波形。

3 . 4　封装结构

封装结构的特点如下所示。

⑴　主端子P、M、N 排列

本排列（P-M 间、M-N 间）便于配置用于降低浪涌电压的缓冲电容器。

⑵　环境对策

使用无铅焊锡材料，符合RoHS 标准〈注2〉。

⑶　高耐压封装

本封装结构支持输入AC690 V，绝缘耐压Viso 保证可达到AC4 kV/min。

图6　IGBT 模块原型的A 模式开关波形

⑷　超声波接合

本IGBT 模块使用超声波接合方法将铜端子和铜电路图样直接接合。如此便没有接合面的热膨胀系数差，所以可实现高可靠性。传统焊锡接合在温度循环测试（测试条件：-40～+150 ℃间反复）经过300 循环后，拉伸强度与初期相比降低约50%。而超声波接合基本没有出现拉伸强度下降的情况。图8 表示DCB（Direct Copper Bonding）基板和铜端子的超声波接合外观和截面。

（5）　低电感

并排配置P-M 间、M-N 间，通过电磁互感作用实现了低电感。本模块与现有M403 封装相比，体积约变大2.36 倍，但内部电感最大30 nH，最小18 nH。虽然电流流通路径不同会导致内部电感有所差异，但是与M403 封装的33 nH 相比，已达成了降低内部电感。

图7　IGBT 模块原型的B 模式开关波形

图8　DCB 基板和铜端子的超声波接合

后记

本文针对富士电机开发的3 电平电力转换器用大容量IGBT 模块进行了介绍。本IGBT 模块具有大容量、低电感、高可靠性、低损耗的特点，有望在新能源领域得到运用。我们今后为满足更高需求将提高半导体技术和封装技术的水平，不断进行产品开发，为太阳能发电用设备和UPS等的高效化做出贡献。