Силовые полупроводники SwissSEM

Научно-исследовательская база и технологии SwissSEM

SwissSEM (подразделение Sun.King Technology Group) — специализированная компания по проектированию, моделированию и корпусированию передовых силовых полупроводниковых приборов.

Инженерные центры SwissSEM расположены в Швейцарии и Китае, объединяя опыт европейской школы силовой электроники с современными высокотехнологичными линиями автоматизированного корпусирования кристаллов.

Производственный комплекс оснащен оборудованием ультразвуковой приварки выводов толстой алюминиевой и медной проволокой, вакуумной пайки без образования пустот в слое припоя и прецизионной лазерной резки подложек DBC (Direct Bonded Copper).

Контроль качества осуществляется на всех этапах жизненного цикла кристалла: от автоматического зондового контроля параметров пластин (wafer prober) до стресс-тестирования готовых модулей на термоциклирование и статическую стойкость к перенапряжениям.

Модули сертифицированы в соответствии с отраслевыми стандартами IEC 60747 для промышленной электроники и жестким стандартом надежности автомобильных силовых модулей AQG 324.

Архитектура чипов IGBT седьмого поколения i23

Кристаллы IGBT серии i23 построены по технологии тонких пластин с микроканавочным затвором и полем остановки Field Stop Trench.

За счет контролируемого истончения кремниевой подложки и прецизионной имплантации буферного n-слоя достигается оптимальный баланс между статическими потерями проводимости (напряжение насыщения коллектор-эмиттер Vce(sat) снижено до 1,5–1,65 В при номинальном токе) и динамическими потерями выключения

Eoff.

Структура микроканавок Trench обеспечивает высокую плотность каналов проводимости и эффективное накопление электронно-дырочной плазмы вблизи эмиттера во включенном состоянии.

При выключении остаточный хвост тока минимален, что предотвращает паразитный разогрев кристалла при высоких частотах модуляции ШИМ.

Специфика высоковольтных кристаллов на 1700 В

В высоковольтных применениях (преобразователи ветротурбин 690 В, электровозы и городские тяговые подстанции) ключевым требованием является надежность кристалла при воздействии бросков напряжения и экстремальных температур.

Чипы SwissSEM на 1700 В обладают расширенной траекторией безопасной работы при обратном смещении RBSOA, выдерживая отключение двойного номинального тока при максимальном рабочем напряжении постоянной шины.

Время стойкости к короткому замыканию tsc гарантированно превышает 10 микросекунд при начальной температуре перехода 150 °C, что обеспечивает запас времени для надежного срабатывания аппаратных цепей десатурации драйверов затвора.

Положительный температурный коэффициент напряжения Vce(sat) обеспечивает естественное равномерное распределение тока между параллельно включенными кристаллами внутри модуля.

Преимущества карбидокремниевых транзисторов SiC MOSFET

Карбид кремния (SiC) как широкозонный полупроводник обладает критическим полем пробоя в 10 раз выше, чем традиционный кремний, что позволяет сделать дрейфовую область транзистора значительно тоньше.

Чипы SwissSEM SiC MOSFET на 1200 В демонстрируют рекордно низкое удельное сопротивление открытого канала Rds(on) на единицу площади кристалла.

Отсутствие накопления неосновных носителей заряда гарантирует практически мгновенное выключение транзистора без остаточного хвоста тока.

Потери переключения SiC MOSFET в 4–5 раз ниже, чем у кремниевых IGBT сопоставимого класса, что открывает возможность повышения частоты коммутации инвертора до 50–100 кГц, многократно снижая массу и габариты выходных фильтров и трансформаторов.

Тяговые модули серии ED в корпусе EconoDual 3

Модули SwissSEM серии ED выполнены в популярном стандартном форм-факторе EconoDual 3 с базовой пластиной размером 122×62 мм. Корпус полумостовой конфигурации оснащен силовыми винтовыми клеммами под шинные болты М6 и управляющими штыревыми выводами под пайку или пресс-фит.

Внутренняя изоляция выполнена на керамической подложке Al2O3 или высокотеплопроводном нитриде кремния Si3N4 с припаянными медными слоями DBC.

Благодаря оптимизированной внутренней разводке проводников паразитная внутренняя индуктивность модуля не превышает 15–18 нГн. Это позволяет работать с жесткими фронтами переключения токов до 900 А без опасного превышения напряжения на коллекторе.

Интегрированный датчик NTC изолирован от силовых цепей и выдает точный сигнал о температуре подложки.

Промышленные модули серии EP в корпусах EasyPack

Серия EP охватывает компактные модули без массивной медной базовой пластины (Direct Copper Bonded substrate directly mounted), что снижает теплоемкость сборки и минимизирует термомеханические напряжения в слоях припоя при циклических изменениях нагрузки.

Модули ориентированы на трехфазные инверторы солнечных электростанций мощностью от 20 до 125 кВт и приводы промышленной робототехники.

Выпускаются в конфигурациях трехфазного инвертора Sixpack, чопперов торможения, а также трехуровневых топологий NPC (Neutral Point Clamped) и ANPC.

Использование безпаечных контактов Press-Fit исключает термический стресс печатной платы при монтаже и обеспечивает вибростойкий контакт, устойчивый к агрессивным промышленным средам.

Автомобильные модули прямого охлаждения HEEV

Серия HEEV разработана специально для силовых тяговых инверторов современных электромобилей с рабочим напряжением батареи 400 В и 800 В.

Особенностью конструкции является медная подошва с массивом игольчатых микроштырей (pin-fin), которая напрямую погружается в полость охлаждающего контура инвертора, омываемого водно-гликолевым теплоносителем.

Такое решение устраняет промежуточный слой термопасты и снижает общее тепловое сопротивление кристалл-жидкость Rth(j-f) более чем на 30%.

В сочетании с соединением кристаллов серебряным спеканием (Ag sintering) и медными шинами вместо тонких проволочек модули HEEV выдерживают свыше 100 000 циклов глубокого термического удара, гарантируя пробег автомобиля более 300 000 км.

Модули вспомогательных систем EVD и BEVD

Серии EVD и BEVD представляют собой специализированные интеллектуальные силовые модули (IPM) для управления вспомогательными высоковольтными агрегатами коммерческого и легкового электротранспорта: компрессорами климатических установок, электронасосами гидроусилителя руля и охлаждающей жидкости, а

также преобразователями бортовой сети DC/DC.

Корпуса модулей выполнены из прочного компаунда с высоким индексом трекингостойкости (CTI > 600 В) методом термопластичного формования.

Внутрь корпуса интегрированы цепи шунтового измерения фазных токов, схема блокировки при пониженном напряжении питания затворов UVLO и термозащита, что радикально упрощает разводку платы управления.

Тепловой расчет и требования к монтажу модулей

При установке силовых модулей SwissSEM на радиатор охлаждения необходимо обеспечить шероховатость контактной поверхности теплоотвода не хуже Rz 10 мкм и отклонение от плоскостности не более 50 мкм на длине 100 мм.

Нанесение теплопроводящей пасты выполняется трафаретным способом равномерным слоем толщиной 50–100 мкм.

Затяжка крепежных винтов радиатора и силовых клемм должна выполняться поверенным динамометрическим инструментом в два этапа по схеме крест-накрест с соблюдением нормативных моментов, указанных в руководстве по монтажу производителя.

Неравномерная затяжка может привести к растрескиванию внутренней керамической изоляционной пластины DBC.

Порядок формирования запроса и поставок

Для подбора компонентов SwissSEM укажите тип корпуса (кристаллы на пластине/ленте или готовые модули), схему включения (одиночный ключ, полумост, трехфазный мост), класс напряжения, максимальный рабочий ток, частоту модуляции и тип охлаждения (воздушное принудительное или водяное).

При замене модулей предоставьте полную маркировку с шильдика или пришлите спецификацию проекта. Продукция поставляется в заводской экранированной антистатической таре с паспортами контроля параметров партии и технической поддержкой по схемотехнике драйверов затворов.