三菱功率模块现状和技术趋势.ppt

1-1,三菱电机功率模块,科菱机电（上海）有限公司,2006年3月10日,功率半导体应用技术部,现状技术趋势,1-2,三菱电机功率模块产品现状,1-3,三菱功率器件的分类,1-4,功率器件的应用领域细分,电动机控制,通用变频器专用变频器标准伺服驱动器NC伺服驱动系统电动叉车电动汽车列车牵引家电(变频空调、冰箱、洗衣机等),电源,UPS,EPS太阳能发电风能发电焊机、切割机感应加热医疗仪器脉冲电源无功补偿,1-5,按应用领域的销售比例,Automotive,22.2%,Consumer,23.1%,Industry,49.6%,Other,1.5%,Railway,Power,3.7%,1-6,各种功率器件的销售比例,1-7,三菱一般功率模块的命名规则,1-8,三菱大电力功率模块的命名规则,1-9,三菱IGBT模块的分代,1-10,三菱IPM模块的分代,1-11,三菱电机功率模块技术趋势,损耗更低密度更高,电力电子装置对器件的需求功率硅片性能的提高元胞细化以及电流密度功率损耗的降低功率密度的提高矩阵变换器用模块,1-12,电力电子装置的应用和对器件的需求,MOSFET,家用电器,输配电PE,UPS,交通用电源,铁路电车驱动,大型驱动器,HEV-FCV驱动器,工业用驱动器,太阳能电池燃料电池,小型、低损耗,节能、低损耗低噪声低EMI用矢量控制,小型、低损耗（谐振方式的研究）栅极化,小型、重量轻、节能、低损耗高压、高集成化,RF级电源,小型、低损耗,小型、低损耗栅极化、化,节能、低损耗、小型化EMI噪声低便于维修矩阵变换器应用研究高压直接驱动,高效率、低损耗（高频谐振控制）小型化,Thy/GTO/GCT,IGBT/IPM,有源变换器用小型、低损耗,节能、低损耗小型化系统结合的功能改善,1-13,小型化、低成本化,高效率化,环保性能的改善,免维护,电源高次谐波少噪声低,功率器件的低损耗化,高频开关,电解电容最小化,部件的更换时期可推定,来自市场的需求,1-14,0,2,4,6,1980,1990,2000,0,400,800,1200,电压额定值,电流额定值,耐压（kV),电流（A),年,100A,1.2kV,1.4kV,1.7kV,3.3kV,4.5kV,6.5kV,600V,300A,600A,1200A,1000A,Voltage,Current,IGBT额定值的发展史,2400A,1-15,硅片的技术革新及性能改善,薄晶片新构造,1-16,IGBT硅片的面积缩小率,薄晶片技术进一步发展到缩短极限,薄晶片技术成本-性能的改善,硅片缩小率（以2000年为基准）,1200V电压等级的IGBT,第二代,第三代,第四代,多功能化,新材料器件,第五代,多功能化,精细化技术平板型到沟槽型,1-17,IGBT硅片功耗的降低,1-18,最佳控制IC设计技术,新IGBT硅片技术,技术突破,IPM化,通过硅片集成提高功率密度,Tradeoff限制,G,E,IGBT,Diode,单硅片,1-19,功率器件和功率密度的发展,1-20,IGBT性能的不断进步,FOMFigureOfMeritJC/（Vce(sat)Eoff）FOM改善率第X代的FOM第1代的FOMJC=电流密度、Vce(sat)=饱和压降、Eoff=感性负载关断损耗,新材料SiC，(GaN，C)超越Si性能的新材料,高性能化、硅片缩小化平面栅精细化、使用寿命最优化、沟槽栅化、CSTBT化等栅结构的改善、工艺的改进,FZ晶片+薄晶片技术的发展WidecellCSTBT中低饱和压降和扩大安全工作区SOA并存、结构最优化性能权衡改善、确保高可靠性多功能化反向关断(RB-)IGBT、反向导通(RC-)IGBTIGBT和续流二极管一体化,1-21,MPSDiodeMergedPiN&SchottkyDiode,LowrecoverylossLowEMI,采用“MPS”续流二极管,1-22,LowpowerlossHighpowerdensity,RC-IGBT:ReverseConductingIGBT,1-23,Cellstructure,P+（NPT）,IGBTcell,Gardring,Channelstop,BlockingArea,Collector,SiliconChip(1200V）,RB-IGBT(ReverseblockingIGBT),1-24,MatrixConverterModulewithRB-IGBT,Preliminary,1-25,传统的交直交系统,RB-IGBT可以大大简化矩阵变换器电路的结构,交流矩阵变换器,LargeDCLinkCapacitor,没有直流环节储能电容,用两个RB-IGBT构成一个四象限、双向交流开关，是交流矩阵变换器的理想开关,RB-IGBT,RB-IGBT&Matrixconverter,1-26,RB-IGBT&Matrixconvert