I moduli IGBT di Fuji Electric sono alla 7a generazione

9 Dicembre 2015

Di Laura Baronchelli

Il mercato richiede sistemi di conversione di potenza efficienti, compatti e affidabili. I produttori di semiconduttori e di moduli non possono che inseguire queste esigenze che spostano le asticelle da superare sempre più in alto. E’ quello che ha fatto anche Fuji Electric con i suoi moduli IGBT che sono arrivati alla settima generazione avendo provveduto a diversi miglioramenti che vanno dal silicio degli IGBT e dei diodi che normalmente li accompagnano, per coinvolgere poi tutta la struttura fisico-meccanica in cui IGBT e diodi vengono assemblati. Il white paper “Moduli IGBT di 7^ generazione“, redatto in esclusiva per A&V Elettrponica da Massimo Caprioli di Fuji Electric, illustra nel dettaglio tutti i passaggi che l’azienda ha sviluppato per arrivare ai suoi moduli di 7^a generazione.

I moduli IGBT di 7^ generazione, come tutti i prodotti di punta di Fuji Electric, sono disponibili in Italia anche presso lo storico distributore Consystem (www.consystem.it).

Dal silicio degli IGBT e dei diodi

La prima parte di questo approfondito scritto si riferisce alla tecnologia del silicio con cui sono realizzati gli IGBT e diodi, ovvero il cuore dei moduli, determinanti per le prestazioni finali. Un nuovo dimensionamento delle diverse zone funzionali del silicio hanno consentito a Fuji non solo di ottenere una V_CEsat minore a parità di densità di corrente, ma anche temperature di giunzione di 175°C, contro i 150°C della generazione precedente.

Anche per i diodi sono stati apportati cambiamenti, ponendo attenzione ai fenomeni che generano emissioni EMI e, anche in questo caso, alla riduzione delle perdite di commutazione.

Anche il package è alla settima

Dopo questi notevoli miglioramenti dei componenti attivi, che vanno a costituire il modulo, non poteva mancare una completa rivisitazione della tecnologia del package, in vista della superiore temperatura di giunzione portata a 175°C (dai 150° precedenti).

Il substrato, di allumina (Al₂O₃) delle versioni precedenti, diventa di Nitruro di Alluminio (AlN) con uno spessore ridotto rispetto agli standard più diffusi. Questa soluzione riduce la resistenza termica giunzione-contenitore del 45%. In generale, una più elevata temperatura di giunzione riduce la capacità di cicli termici a causa di un accelerato degrado dei materiali causato dalla temperatura più elevata. Gli elementi che maggiormente subiscono lo stress dovuto a repentine variazioni di temperatura sono i fili di collegamento e le paste di saldatura. L’uso di nuove tecnologie dei materiali – nuove paste di saldatura e fili di connessione con diametri e lunghezze ottimizzati – ha permesso di migliorare di due volte la capacità “ΔTj power cycling” a 150°C mantenendo elevati livelli di affidabilità anche al suo massimo di 175°C.

E alla fine per assicurare una corretta operatività a temperature di 175°C è stato sviluppato un nuovo gel in grado di operare e resistere a elevate temperature. Questo nuovo gel dopo aver eseguito test a 175°C secondo le UL 1557 non ha mostrato segni di stress.