IGBT功率模块是能源变换与传输的核心器件，被称为电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在电源、逆变器、中大功率电机驱动等方面有广泛的应用。
为了追求更高的可靠性和稳定性，中恒微半导体针对电机驱动、UPS电源、感应加热等领域，推出了DriveZ62封装的IGBT功率模块，通过以下方式实现产品性能提升及严谨有效的品质管控：
?选用新型工艺功率芯片降低模块功耗；
?应用高可靠性工艺封装设计和材料；
?采用可追溯性管理进行质量控制。
产品概要
产品特点
1.1 低饱和压降，低开关损耗
?沟槽栅型场截止型IGBT芯片有助于实现模块的低功耗化。
1.2 通过提高IGBT工作上限温度，提高产品的功率密度
?实现工作结温范围-40 ~ 150℃，结温上限175℃。
?提升上限温度，提高了产品的功率密度，提高了散热设计的自由度。
1.3 标准封装，确保兼容性
?标准封装尺寸，可与市场上同类模块兼容
主要规格
性能特性
IGBT功率模块作为大功率的开关型器件，其开关特性与散热能力是关注的重点。本文将以2B450M120S1P封装模块为例，简单介绍该封装的电气特性和功耗情况。
电气特性
IGBT模块的饱和压降VCE sat和开关损耗ESW是相互制约的因素，但又共同影响着功耗情况。因此，如何根据应用情况权衡两者间的关系，是设计需要着重关注的要点之一。下图所示是中恒微半导体与市场上主流A公司相同封装模块的综合性能对比图，从开关损耗和饱和压降的平衡设计考虑，中恒微半导体的模块都占有较大优势。
（图2 综合性能对比图）
且该封装模块具备良好的开关特性，如图3所示，开关损耗对比市场主流产品，功耗降低了约10%。并且在1Ω的驱动电阻下，峰值参数仍处于安全工作范围，确保了产品的可靠性。有效控制开关噪声的同时提高了开关速度，有助于降低终端用户机体散热结构、驱动电路及控制程序的设计难度。
（a 开通特性曲线）
（b 关断特性曲线）
（图3 2B450M120S1P开关特性曲线图@Tj=150℃,Rg=1Ω）
功耗情况
研究表明，IGBT器件的结温每升高10℃，失效率就会增加一倍，并且绝大多数器件失效都是由于工作结温过高导致的。因此，控制功率模块的工作结温是设计中需要重点考虑的又一因素。示例模块的计算结果表明，在母线电压600V，导通电流225A，频率10kHz的半载工况下，示例模块的耗散功率远低于市场上A公司的产品，如图4所示。
（图4 总损耗对比图）
根据结温计算公式，总损耗的降低可以有效降低芯片的结温，芯片的温度可以受到有效控制，保证了芯片的安全工作范围，有利于简化应用端的散热设计。
可靠性实现
对于大功率的应用来说，模块的可靠性是重点考量的要素之一，为提高这一指标，中恒微半导体通过采用：
?高可靠性工艺体系
?高自动化生产设备、工艺
进行模块制造，提高了产品的可靠性的同时也保证了产品性能的一致性。
（图5 DriveZ62装配结构图）
信号引线键合工艺设计
该封装模块是并联半桥结构，其性能高度依赖于工作条件下的均流实现，为此，中恒微半导体采用了对称型的布局方式，高度对称并联部分的电路设计，从而实现均流特性。另外，为提高开关过程的稳定性，端子引线键合采用先连接至DBC铜层再连接到栅极的方式，避免了开关电流不稳定造成门极振荡的情况，并有效降低了驱动电感。
功率端子超声焊接工艺
功率端子作为应用中重要电气接口，并且是最容易产生疲劳失效的部位，DriveZ62封装摒弃传统的钎焊焊接工艺，采用超声焊接工艺完成电气连接，避免了连接材料之间因CTE的差异产生疲劳失效的问题，大幅度提高了器件的可靠性。
（图6 端子结构及焊接示意图）
（图7 经过温度循环测试后端子结合位置破坏情况示意）
2.1 功率端子结构设计
?对称型的结构设计，使模块安装时的应力均匀分布，其折弯处更加可靠。
?应力缓冲结构的设计，减小了安装过程端子引脚所受的结构应力。
2.2超声焊接工艺
?更高的过流能力。根据计算，超声焊接的电流耐受力是铝线键合的3.5倍。
?降低热机械应力。优化了模块的抗冲击、抗振动特性。
焊片工艺
传统的焊膏工艺受限于印刷钢网和焊膏均匀度的限制，焊料层BLT难以控制，并存在清洗工艺的难点与不稳定，保证空洞率的稳定性更是成为焊接过程中需要考虑的重要因素。为避免这一现象，中恒微半导体采用了全焊片工艺，既简化了回流焊接的工艺流程，又保证了焊料层的可靠性和稳定性。
3.1 使用焊片可以有效控制焊料层厚度，控制模块热阻
3.2 减少焊层空洞率
（图8 采用焊片焊接的DBC下方焊接层空洞扫描图）
总结
中恒微（ZHMSEMI）半导体推出的DriveZ62封装IGBT功率模块具备优良的电气性能、高可靠性及宽兼容性，适用于电机驱动、UPS电源、感应加热等应用领域，可以替换市场上的同类模块，为工业市场提供了高可靠性IGBT功率模块的全新选择。
