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半导体

机车电子对功率器件可靠性要求高




 
赛米控商业贸易(珠海)有限公司应用工程师刘义享



功率器件在机车上的应用主要在两个方面,一是动力牵引部分,一是辅助电源部分。相对于其他应用领域来讲,机车对功率器件有更高的要求,主要体现在以下三个方面,一是机车应用的环境较恶劣,从温度、振动、冲击、灰尘等等方面都比传统应用场合更差,不但要求器件要耐高温,还需要器件有较强的抗振动能力;二是因为机车频繁启动,功率器件必须有较强的功率循环能力,以获得较长的使用寿命;三是在机车牵引部分的应用要求变流器要有足够的电磁兼容性,以达到最小化的电磁干扰和在内部实现较强的抗干扰能力,因为IGBT开关器件频率很高,du/dt也很高,会通过零部件和线路的杂散电容引起传导干扰。四是功率密度要很高,因为产品设计是模块化封装,要求结构设计很优化,在有限的空间实现较大的功率输出。
赛米控在机车电子上的功率器件主要有IGBT和晶闸管等,针对机车电子的要求我们的产品具有显著的特点。比如其他厂家针对机车牵引对于IGBT模块一般是用碳化硅铝基板来取代铜基板,而赛米控公司推出的SKiiP功率模块采用的是无基板的设计,这种设计使功率器件的循环能力增加了5倍,可靠性大大增强。
总结来说,赛米控的优势在于两个方面。1.领先的封装技术。采用无基板设计的功率模块SKiiP产品,比其他公司有基板的模块功率循环能力更强。这种产品的封装是采用独特的压结方式,把芯片和陶瓷基片直接压到散热器上,直接进行封装。有基板的产品由于基板材料的热膨胀系数与硅材料相差甚远,因此在长期循环时影响器件的寿命。另一种SKiM产品芯片和基板层则是采用新的烧结技术,比采用焊接的产品更耐高温,功率循环能力更强。2.IGBT驱动和保护信号中采用弹簧连接的方式,使得抗振动能力大大增强。而传统的方法是把端子焊接在器件上,在机车这种震动相对恶劣的环境没有缓冲容易出现机械应力。
刚才提到的SKiiP不仅仅是功率器件,同时还是一个IPM(智能功率模块),这种智能功率模块集成了驱动和保护电路还有散热器等,客户可以不用再进行这些外设的设计,直接可以应用,降低了成本,并缩短了研发周期。
机车电子对产品的质量要求高,安全可靠性被客户放在首位而不单是价格,推广的周期也较长,我们注重的是长期去与客户进行方案上的合作。
从牵引部分来看,国内的机车多采用国外直接进口的产品,国产的机车变流器很少。在国内功率器件厂家更多的产品是用在辅助电源部分。随着变流器的国产化,牵引部分国内的市场会逐渐产生,这个需求量还是很可观的,价值也比较高。
因此我们认为机车电子市场是一次新的机遇,虽然目前牵引部分一般都是进口,但赛米控除了关注同类性质的应用,比如快速发展的电动汽车,我们还会同时推进在这些市场的其他业务。



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