Модули IGBT прошли большой путь совершенствования технологий производства и повышения надежности и энергоэффективности. В работах [1, 2] описаны технологии приборов IGBT, IGCT, а в работах [3, 4] – технологии модулей IGBT различной конструкции. В публикациях [5–8] использованы каталоги ведущих фирм, в [9, 10] приведены работы по замещению приборов на основе кремния на альтернативные материалы с улучшенными характеристиками. Данные [11–14] представляют применение модулей IGBT в различных устройствах энергетики и автоматики, в [15–22] приведены данные по оптимизации конструкций и стойкости к термоциклированию и перегреву модулей.
Цель статьи состоит в систематизации разработок по технологии изготовления интеллектуальных силовых модулей IGBT с целью повышения их надежности и энергоэффективности.
Интеллектуальные модули (IM) различают по уровню интеграции с блоками управления, системами контроля состояния, защиты. Различают стандартные модули, интеллектуальные силовые модули (IPM) и интегрированные субсистемы, которые представлены на рис. 1. На рис. 1 приведен рост интеллектуализации модулей IGBT от стандартного силового модуля (вверху) к IPM и интегрированной субсистеме. Принимается, что стандартный модуль выполняет функции ключа, изоляция; IPM – стандартный модуль+драйвер+контроль состояния+ защита; субсистема – IPM+контроллер+шиновой разъем+система охлаждения.
IPM представляет модуль с драйверами силовых ключей, а также встроенными датчиками температуры, иногда датчиками тока ключей, а также защитные цепи с ограничением перенапряжений на затворе, в цепи «коллектор-эмиттер» (для ответственных применений).
Различают две концепции в построении IPM:
– Вся интеллектуальная начинка размещается внутри корпуса модуля. Таким образом построено большинство типов малогабаритных слаботочных IPM (технологии Lead Frame либо в малогабаритных металлостеклянных/металлокерамических корпусах). Японские фирмы (Mitsubishi, Fuji) принимают такую концепцию и для сильнотоковых IPM.