電力半導體模塊的發展過程及新趨勢

　　一種新型器件的誕生往往使整個裝置系統面貌發生巨大改觀，促進電力電子技術向前發展。自1957年第一個晶閘管問世以來，經過40多年的開發和研究，已推出可關斷晶閘管（GTO），絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等40多種電力半導體器件，目前正沿著高頻化、大功率化、智能化和模塊化的方向發展，本文將簡要介紹模塊化發展趨勢。
　　所謂模塊，最初定義是把兩個或兩個以上的電力半導體芯片按一定電路聯成，用RTV、彈性硅凝膠、環氧樹脂等保護材料，密封在一個絕緣的外殼內，并與導熱底板絕緣而成。自上世紀70年代SemikronNurmbeg把模塊原理（當時僅限于晶閘管和整流二極管）引入電力電子技術領域以來，因此模塊化就受到世界各國電力半導體公司的重視，開發和生產出各種內部電聯接形式的電力半導體模塊，如晶閘管、整流二極管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、光控晶閘管、可關斷晶閘管、電力晶體管（GTR）、MOS可控晶閘管（MCT）、電力MOSFET以及絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等模塊，使模塊技術得到蓬勃發展，在器件中所占比例越來越大。
　　據美國在上世紀90年代初統計，在過去十幾年內，300A以下的分立晶閘管、整流二極管以及20A以上達林頓晶體管市場占有量已由90%降到20%，而上述器件的模塊卻由10%上升到80%，可見模塊發展之快。
　　隨著MOS結構為基礎的現代半導體器件研發的成功，亦即用電壓控制、驅動功率小、控制簡單的IGBT、電力MOSFET、MOS控制晶閘管（MCT）和MOC控制整流管（MCD）的出現，開發出把器件芯片與控制電路、驅動電路、過壓、過流、過熱和欠壓保護電路以及自診斷電路組合，并密封在同一絕緣外殼內的智能化電力半導體模塊，即IPM。
　　為了更進一步提高系統的可靠性，適應電力電子技術向高頻化、小型化、模塊化發展方向，有些制造商在IPM的基礎上，增加一些逆變器的功能，將逆變器電路（IC）的所有器件都以芯片形式封裝在一個模塊內，成為用戶專用電力模塊（ASPM），使之不再有傳統引線相連，而內部連線采用超聲焊、熱壓焊或壓接方式相連，使寄生電感降到最小，有利于裝置高頻化。一臺7.5KW的電機變頻裝置，其中ASPM只有600×400×250（mm）那么大，而可喜的是，這種用戶專用電力模塊可按應用電路的不同而進行二次設計，有很大的應用靈活性。但在技術上要把邏輯電平為幾伏、幾毫安的集成電路IC與幾百安、幾千伏的電力半導體器件集成在同一芯片上是非常困難的。雖然目前已有1.5KW以下的ASPM出售，但要做大功率的ASPM，還需要解決一系列的問題，因此迫使人們采用混合封裝形式來制造適用于各種場合的集成電力電子模塊（IPEM），IPEM為新世紀電力電子技術的發展開了新途徑。