電力電子技術

電力電子技術

  • 三維功率電子模塊

    功率半導體主要在逆變器和轉換器電路中作為高速和長壽命的換向開關,並已廣泛應用於家電、電動汽車、風力及太陽能發電等領域。除芯片本身的設計外,模塊封裝於最終產品的電性能、熱性能及可靠性等方面都扮演決定性的角色。

    三維功率模塊的應用領域
    三維功率模塊的應用領域及其對應的開關功率與頻率

    針對於傳統的線焊封裝模塊,應科院成功開發全新的無引線封裝技術,並於2015年進一步研發三維全塑封技術以大幅度提升IGBT模塊整體電熱性能及可靠性。

    與傳統模塊相比,應科院技術可以大幅度降低封裝互連的電寄生參數以減低由其產生的過衝電壓,並提供雙向散熱接口以提高整體散熱效能。此外,應科院與香港科學園共同組建了一條功率半導體封裝中試線,除具備傳統的上芯、打粗鋁線、真空回流焊爐之外,亦引入母線排超聲焊接等新技術。其目的在於:

    • 為業界提供技術轉移包括有關工藝參數的整套技術方案;
    • 亦提供小批量IGBT模塊的生產支持。

    3D Power Electronic Modules

     

    系統級封裝中試線
    應科院系統級封裝中試線

    應科院的先進封裝技術團隊同時提供封裝及系統級多物理場耦合設計、分析及測試服務, 如電寄生參數評估、封裝熱阻評估、系統級電/熱/機械性能優化設計及各種材料參數測試服務等。

    大功率水冷散熱IGBT模塊比較
    大功率水冷散熱IGBT模塊比較(側視截面圖)
    IGBT模塊之水冷散熱模擬
    IGBT模塊之水冷散熱模擬:水流及溫度分佈(俯視截面圖)

    特點

    • 電壓: 650V/1200V
    • 電流: 200A/400A
    • 功率密度:³ 10KW/cm3
    • 開關損耗降低:³ 40%
    • 封裝結構熱阻:0.1℃/ W
    • 壽命: 10年以上

    應用

    • 電動汽車
    • 動車
    • 馬達控制
    • 太陽能/風能發電
    • 通訊設備/數據中心

     

    集成功率電源模塊

    功率電源模塊是電源系統的核心組件,其作用是將市電轉換成實際應用所需要的不同電壓電流等級。高度集成及小型化的電源模塊通過增加功率密度、電能轉換效率及更好的散熱設計等手段,使整個系統的性能和可靠性有效地提升。

    應科院成功研發一款單一封裝化的集成功率電源模塊,此電源模塊可廣泛應用於通訊及網絡設備、鐵路、航空航天、醫療及工業設備。通過系統級封裝技術可實現三個等級的系統集成:(一)在低溫共燒陶瓷LTCC基板中嵌入小型無源組件;(二)把開關器件、驅動及控制電路集成封裝;(三)把大型無源組件集成封裝。與市場上的產品相比,在符合工業/軍工標準的前提下,此電源模塊可提升功率密度500%及散熱性能100%,用以滿足下一代高能耗領域的市場需求。

    應科院的集成功率電源模塊

    特點

    • 採用工業標準1/8或1/4磚式結構
    • 輸入範圍36V-75V
    • 輸出電壓3.3V-12V
    • 輸出電流0-33A
    • 高電能轉換效率~95%及高功率密度
    • 寬幅工作溫度範圍 -55°C ~100°C
    • 高可靠性
    • 卓越的散熱性能
    • 全面自我保護

    應用

    • 通信與網絡設備、高性能服務器、微處理器
    • 工控設備、鐵路、醫療、航空航天
    • 其他對電源功率密度、電能轉化效率和散熱性能有特殊需求之領域
    集成功率電源模塊應用