GTO'da Ambalajın Eleştirel Rolü Youristor Reliability

Kapı Turn-Off (GTO) yourristors uzun zamandır yüksek güç geçiş uygulamaları iş akışları, demiryolu kanallarından sürücüler ve endüstriyel motor kontrollerinden H999 iletim sistemlerine kadar. geleneksel olmayan yourristors'lardan farklı olarak, GTO'lar negatif bir kapı akımı tarafından kapatılabilir, mühendislere güç akışı üzerinde kontrol verebilirler. Ancak, aşırı elektriksel, ve mekanik stresler bu cihazlar ömür boyu süren performansı tespit etmeye zorlanan bir dalgalar ve aydınlatmalar.

Modern GTO ambalajları çatışma talepleri ile uzlaşmalıdır: yüksek gerilim izolasyonu, verimli ısı kaldırılması, düşük parasitik indükleme ve mekanik sağlamlığı - tüm bunlar ayrıntılı olarak bu ilerlemeleri inceliyor ve sistem tasarımcıları ve son dereceleri nasıl çevirdiklerini açıklıyor.

Termal Yönetimde Ayrılmalar

Termal stres yüksek güç yarı iletken cihazlarındaki başarısızlık nedenidir. Her güç döngüsü silikon, satılan tabakalarda genişleme ve sözleşmeyi tetikler ve temel plaka malzemeleridir. Tekrarlanan diferansiyel genişleme sonunda yorgunluk çatlaklarına neden olur, delaminasyona ve tel tahvil asansörü-off.To expand every power cycleurs growth and contraction in the silikon, solder groups, and baseplate material.

Yüksek Termal Davranışlı Alttaş Malzemeler

Geleneksel doğrudan bakır bağlantılı (DCB) substratlar, alüminyum nitrit (Al2O3), yaklaşık 24-28 W / (m·K) ısıtılırken, bu değer şimdi yüksek elektrik yalıtım özellikleri için yüksek çözünürlükte ısınır.

AlN'nin ötesinde, silikon nitride (Si3N4) substratlar, yüksek termal iletkenlik ve aşırı mekanik güç gerektiren uygulamalar için yol katıyor. Si3N4, yaklaşık 90 W / (m·K) ElN'nin kırılması ile, baskılı GTO tasarımları ile kıyaslanması gereken modüller için ideal hale getirebiliyor.

Entegre Soğutma Kanalları ve Baseplate Innovations

Dış ısıtıcılar gerekli kalır, ancak paketleme mühendisleri basit planlayıcı temel plakalardan doğrudan modüle dahil edilen yapılara kadar uzaklaşır.Bir yaklaşım pin-fin dizilerinin entegrasyonudur - temel plakaya veya yüksek-termal-conductivity saterse eklenmiştir - bu da yüzey alanını konsolide ısı transferine kadar arttırır.

En yüksek güç kesintileri için, üreticiler doğrudan baz plaka içinde gömülü soğutma kanallarını gömüyorlar. Katkı maddeleri kullanılarak (3D baskı) bu tekniğin termal arayüzlerin sayısını azaltıp 500 W /cm2 üzerindeki üst düzey ısı akışlarını azaltabildiğini gösterdiler. - HVDC kapaklarında Erken prototipler için kritik bir gereklilik.

Gelişmiş Termal Interface Malzemeler (TIMs)

Paket tabanı ve dış ısıtıcı arasındaki arayüz, 25 μm'nin altında bir perennial zayıf noktadır. Yüksek performanslı TIMs şimdi faz değiştirme özellikleri ile formüle edilmiştir: 10 W / (m·K) - geleneksel silikon bazlı boşlukları doldurma ve bağ hattın genişliğine ulaşmada sağlam kalır.Bu malzemeler aynı zamanda 25 μm'nin altında, ısıtılır ve kuru karbon fiberleri veya boron nitritleri tüm ısıtılır.

Elektrik izolasyonu: Yüksek Gerilim, Aşağı Leakage

Güç elektronik sistemleri yüksek otobüs gerilimlerine doğru itiyor (örneğin, 3.3 kV ve endüstriyel sürücüler için yukarıda, 6.5 kV demiryolu için), GTO paketleri içindeki tabakalar, yüksek gerilimlere sahip olmadan yoğun elektrik alanlara dayanmalıdır. Geleneksel silikon jel encapsulation, orta gerilimlerde etkili olsa da, sürekli yüksek gerilimli stres altında formasyon ve kısmi deşarjlar meydana gelebilir.

Yüksek hacimli Dielektrikler ve Multikatli

Seramik substratlarla birlikte kullanılan poliimide filmleri, yüksek bir dielektrik gücü (tipik olarak 200 V / μm) sağlarken, 300 °C'ye kadar sıcaklıkların yapısal bütünlüğüne devam ederken, bu filmleri, daha fazla silikon veya epoxy sistemi ile birlikte ısıtılır.

Basın paketi GTO'lar için, yarı iletken diskin iki büyük bakır elektrot arasında akıp geçtiği yerde, elektrik izolasyonu meydan okuması özellikle talep edilmektedir. İşte üreticiler yüksek hacimli veya zirkoniadan yapılan seramik tomurcukları kullanıyor, hassas zemini tutarlı bir şekilde sürüpüreme yerlerine sokmak için.

Void-Free Encapsulation and Vakum Impregnation

Encapsulant'taki Voids - ek olarak, üreticiler, kapıdaki terminaller ve otobüsler için kolayca sıkıştırılabilen düşük performanslı reçineler kabul edilir.Sonuç olarak, yüksek gerilim GTO modüllerinde vakum tıkanıklığı kullanır.In addition, üreticiler on yıl önce, doğrudan kapıdaki ve otobüslerde bulunan statik uygulamalar gibi yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte azaltılır.

Mekanik Robustness ve Çevre

Kanalizasyon, madencilik ve deniz ortamlarında kullanılan GTO'lar vibrasyon, şok, nem ve koreal atmosferlere katılmalıdır. Ambalaj yenilikleri bu cihazlar mekanik ve çevresel streslere daha dayanıklı hale getiriyor.

Donmuş Enküreler ve Şok-Absorbing Mounts

Geleneksel plastik konutlar, maliyetle etkisiz hale geldiğinde, yüksek titreşim veya etkiye sahip çatlakları kırılabilir. Yeni modüller, yüksek vakum gücü ile ışık ağırlığı birleştiren alüminyum kaplamalı kompozitler veya paslanmaz çelik çerçeveler kullanır.Süresel tasarımlar için, pre-packing sistemleri, zaman içinde sürekli olarak sabit diskli ısıtılmış disk ilkbaharlarla çatışıyor.

Ayrıca, bazı modül aileleri, yüksek hacimli uygulamalardaki% 60'tan fazla tel kırılmış ve satılan eklem çatlakları azaltmaktadır.

Hermetici ve korozyon Koruma

Nem infilt, güç modülleri için bilinen bir başarısızlık mekanizmasıdır. Moisture, yüksek prehumidity koşullarında bile (85 °C/8) elektrokimyasal bir mutasyona yol açabilir. Gelişmiş GTO paketleri şimdi parylen veya silikon yoluyla ona bağlı olarak - ya da cam-to-metal mühürler - bu nemsizliğin yüksek oranda azaltımı ve kirleticilerin altında olmasını engelleyebilir.

Modern GTO Ambalajının ölçülebilir Faydaları

Bu paketleme yeniliklerinin genel etkisi, önemli performans ölçümlerinde önemli bir gelişmedir. Yeni projeler için GTO modüllerini değerlendirmek Sistem tasarımcıları bekleyebilir:

  • [FONT=0)Redüktör ısı artışı [DDDDKDKDKD][B][B][B][FONT=0)Bu doğrudan ısıyı arttırır ve daha yüksek mevcut derecelendirme veya daha küçük ısıtlara izin verir.
  • [FONT:0] Düşük başarısızlık oranı 20 yıldan fazladır[Dönetici: Operasyonun 50-70% azalmayı rastgele başarısızlıklar 2010'ların başlarından itibaren temel tasarımlara kıyasla% 50 azaltımı.
  • [FONT=0)Etkin güç bisiklet kapasitesi[Dönetici: 9 °C)[Döneticileri güçlendiren modüller ve boş kapaklar artık {{T)j = 80 °C, on yıl önce 30.000 döngü iyi kabul edildi.
  • [FONT:0) Yüksek kısmi deşarj algılama gerilimi[Dönder: 1), dış sinubberlere veya devinge ihtiyaç duymadan üst gerilimlerde güvenilir bir operasyona izin verir.
  • [0]En iyi mekanik dayanıklılık [Dönetici:0) Titreşim testlerinde (örneğin, 5 g süpürücü 10-2000 Hz) test tamamlandıktan sonra elektrik performansında bozulmamış.

Gelişen Trendler: GTO Ambalajındaki Sonraki Sınır

Mevcut yenilikler zaten önemli kazanımlar elde ederken, araştırma, güvenilirlik ve uzunluğa söz veren birkaç cephede devam ediyor.

Doğrudan Bonded Silikonlo (SiC) ve Hybrid Modüller

Silikonlu güç cihazları yüksek sıcaklık performansı sunar, ancak GTO-class uygulamalarında kabulleri hala ortaya çıkmaktadır. Bazı üreticiler, geleneksel bir Si GTO kapısı sürücüsü ile geleneksel bir performans geliştirmek ve kapı enerji gereksinimlerini azaltmak için, bu kadar yüksek ısı iletkenliği taleplerine ve daha yüksek ısıtılabilirliği sağlamak için karma modüller geliştiriyorlar.

Özel Paket Geometrileri için Katkı İmalatı

3D Seramik substratları ve alüminyum temel plakaları baskı, tasarımcıların soğutma kanallarını, montaj özelliklerini ve geleneksel işleme ile imkansız olan stres kaynaklı yapılar oluşturmalarına izin verir. For GTO press-packs, Manufacturing, Manufacturing, tek parçalı bakır elektrotların üretimini, ayrı bir temel plakanın termal direncini ortadan kaldırır.Ancak, araştırma aşamasında hala birkaç endüstri eksiltme paketinin toplam termal direncin 20 ila 25 ila 20 ila 25 oranında azaltabileceğini gösterdi.

Gömülü Sensörlerle Akıllı Ambalaj

Bir sonraki GTO modüllerinin nesli, sabit devrelerin yerine, sabit devrelerin yerine, sabit devrelerin yerine, sabit devrelerin yerine sabit olarak yedeklenmesine izin veren hataları tahmin edebilir.Eğer bu sensörler, operatörlerin sabit olarak yönetilmesine izin vermeden önce tümleşik olarak daha fazla güvenilirlik tahmin edebilir.Bazı fiber optik sıcaklık sensörleri zaten seramik substratında gömülür, ekleme sıcaklık sensörlerini sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

GTO yourristors eskisinden uzak; onlar, IGBTs ve MOSFET'lerin gerilim ve mevcut kullanımla eşleştiremeyeceği en yüksek güç uygulamaları için vazgeçilmez kalıyorlar. Ancak, bu cihazların güvenilirliği ve uzunluğu giderek daha yüksek çalışma koşullarındaki yeniliklerle bağlantılı olarak güvenlik marjları ve daha düşük maliyetlidir.

Mühendisler, enerji ve endüstriyel uygulamalardaki güç yarı iletkenlerini belirtirler, bir GTO modülünün içindeki paketleme teknolojisi birincil seçim kriteri olmalıdır - burada açıklanan yenilikler, en az on yıllardır çalışmalı ve bu sayede, GTO ambalajı, katkı maddeleri üretimi ve akıllı paketleme olgunluğu gibi ortaya çıkan trendlerden biri olarak, teorik yarı iletken limitler ve pratik cihaz ömürleri arasındaki boşluklar daralmaya devam edecektir.