最佳结构设计奖—电力电子电源类：风力发电应用中高功率密度设计

获奖单位：赛米控(香港)有限公司

获奖产品：风力发电应用中高功率密度设计

分类：电力电子电源类—电源功率器件产品设计方案

奖项：最佳结构设计奖

选送参赛产品介绍：

在相同的条件和模块尺寸下，SKiiP® 4所提供的功率比该系列模块的当前版本SKiiP® 3 多33 ％。一方面， 可以开发更强大、结构更紧凑的变频器，从而降低成本。功率的增加依赖于使用了创新压接系统、改进的散热器以及IGBT4 、CAL4芯片技术。此外， 首次在上层功率端使用6个并联的半桥，而非目前所普遍采用的4个半桥。

SKiiP® 4模块中，半导体芯片不是焊接到陶瓷基板上，而是采用烧结技术连接，这意味着在不牺牲可靠性的情况下可以工作在更高温度下，某些情况下甚至使可靠性得到增强。烧结接合处是一个薄银层，热阻比焊接键合的低。由于银的熔点高，可防止过早产生材料疲劳。

与其前任一样， SKiiP® 4组件具备优良的匹配：散热器、功率模块，驱动器和保护传感器/功能。这里，基于压力系统的安装和连接技术发挥了至关重要的作用。客户也可以选择IPM运行在实际工作条件下的独特老化实验。通过这些实验，可以识别早期产生的硅失效并将有缺陷的芯片清除。实验中，模块是被暴露在最大可能结温下。

无焊接压接系统和集成层叠电源轨迹确保均匀的电流分布。每个IGBT和二极管芯片单独连接到主端子上，使模块电阻很低。这些芯片不是焊接到陶瓷基板上，而是通过烧结过程连接。由于这些模块没有底板，DCB和散热器之间的无焊接连接是准柔韧的，这就是为什么热循环能力没有上限。可提供阻断电压为1200V和1700V的 SKiiP® 4，采用双管拓扑结构，每个IPM有3、4或6个并联的半桥。

用于开关信号的数字信号传输是确保极高可靠性和开关信号抗干扰的关键。除各种技术优势外，它可以确保高度的信号完整性以及抗干扰。传输取决于非常强大且对温度波动或老化效应不敏感的元件的参数，开关和传感器信号传输信道具有电气隔离，这意味着用户无需提供额外的隔离。为了更加完美，新 SKiiP® 4 IPM还有一个多级输出级，以减少过电压，输出级中还包括其他各种保护功能。最后，在用户侧还提供优化评估的诊断通道。

在DFIG系统中的负载循环

SKiiP® 技术 (无基板 & 压接技术) 以及有基板和焊层的标准模块

赛米控于去年新推出了SKiiP®4。SKiiP®4是前一代产品SKiiP®3的“大兄弟”。SKiiP®4是一个内部没有焊层而且具有更高功率密度的智能功率模块。电压等级为1700V的电流幅度可达3600A。

SKiiP® 4 – 电流可达3600A的IGBT功率模块—半桥配置

在SKiiP®4里赛米控消除了所有的焊层以获得更持久的寿命以及更高的可靠性。如图所示Sinter技术被用于连接IGBT芯片至DCB上。图8是采用焊接连接芯片和DCB的标准模块。

有基板的IGBT 模块，有基板以及焊接层的标准IGBT模块 

采用无焊接层及无基板的SKiiP®4，新型无焊接层及无基板的SKiiP®4

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采用新的Sinter技术替代芯片和DCB之间的焊层。新的SKiiP®4的热阻将会减少以及提升其功率循环能力。

SKiiP®有1200V和1700V两种不同电压等级的版本并采用IGBT4以及CAL4二极管技术。两种芯片技术的可允许最大结点温度达175℃，这可以提供更高的电流密度以及更高的过电流能力。SKiiP®4模块继续保持主流的半桥概念，使并联半桥电路配置实现更高的功率成为可能。半桥版本有3单元，4单元或6单元并联。基于新的芯片技术，散热器的改良以及新的设计理念，SKiiP®4可以在特定的条件下相比SKiiP®3模块多输出47%功率。

SKiiP®4 功率范围 (1800A, 2400A ,3600A/1700V)

相比于SKiiP®3，新型SKiiP®4的功率密度增加

表1: 相同的面积下SKiiP®3和SKiiP®4输出电流对比

选送参赛产品点评：

该产品功率提升高达33%，100%无焊接IGBT半桥，芯片安装采用烧结工艺，可承受更高的运行温度，使用寿命更长。适用于400kW-1.8MW的应用。

SKiiP® 4，新一代智能IGBT功率模块，相比采用非烧结工艺的模块，使用寿命更长，可用于温度更高的应用中。该SKiiP®功率组件是目前市场上最强大的智能功率模块，比其前任SKiiP® 3的功率大33% 。IPM主要用于风能和太阳能应用、牵引应用、电梯系统以及输出功率在400kW-1.8MW的工业驱动器中。

赛米控所提供的大功率IPM称之为SKiiP®4。该新推出的SKiiP®4 采用最新的芯片技术，最新的冷焊技术 (Sinter 技术) 以及低杂散电感直流母线设计。凭借最简单的元器件 (钢板，电容组，直流母线以及SKiiP®)，客户可以组装一个非常强力的变流器。