在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，雙極型模塊始終是一種穩(wěn)健且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。雖然這類電路的基本工作原理未曾改變，但功率模塊的封裝技術(shù)一直在進(jìn)步。

50年創(chuàng)新不止，經(jīng)典產(chǎn)品的創(chuàng)新之路

自1975年問(wèn)世以來(lái)，SEMIPACK隔離基板整流模塊已發(fā)展成覆蓋廣泛電流范圍和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的產(chǎn)品系列。它已成為50/60Hz整流器和交流控制器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、UPS系統(tǒng)和過(guò)程控制等領(lǐng)域。

目前SEMIPACK產(chǎn)品線（圖1）包含六種不同外殼規(guī)格，額定電流從60A（SEMIPACK 1）到1300A以上（SEMIPACK 6）。

圖1：SEMIPACK 系列產(chǎn)品

這些模塊可配置為：

非控型（二極管/二極管）

半控型（晶閘管/二極管）

全控型（晶閘管/晶閘管）整流

其中晶閘管/晶閘管模塊還可輕松配置為交流控制（反并聯(lián)連接）。不同功率等級(jí)的模塊采用差異化構(gòu)造：小功率模塊采用引線鍵合和焊接連接，大功率型號(hào)則采用類似膠囊器件的（壓接）結(jié)構(gòu)。

第六代SEMIKPACK 1的技術(shù)演進(jìn)

第六代SEMIPACK 1（SEMIPACK 1.6）在保持原有尺寸、安裝位置和電氣端子不變的前提下，進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)。

SEMIPACK 1模塊采用成熟的引線框架、芯片焊接在DCB上，以及銅底板的構(gòu)造方式。其20毫米寬的模塊采用銅基板，不僅提升了熱擴(kuò)散性能，還提供了堅(jiān)固的安裝表面，可適配各類散熱器。第六代SEMIPACK 1通過(guò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，顯著提升了熱性能并減少了材料用量，實(shí)現(xiàn)了更高的性價(jià)比。

具體改進(jìn)體現(xiàn)在以下兩方面：

熱阻優(yōu)化：雙極半導(dǎo)體芯片下方的材料堆疊結(jié)構(gòu)大幅簡(jiǎn)化（圖2），使芯片到基板的熱阻（Rth(j-c)）顯著降低。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，SEMIPACK 1.6的穩(wěn)態(tài)熱阻較上一代降低46%（圖2）。

圖2：新一代產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)及散熱性能對(duì)比

結(jié)構(gòu)輕量化：基板尺寸縮小后，銅材用量減少，模塊總重量從95克降至75克（減重18%）。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基板需通過(guò)螺孔固定并依靠自身彎曲實(shí)現(xiàn)與散熱器的均勻接觸。新一代"混合"設(shè)計(jì)采用強(qiáng)化塑料外殼包裹基板，既提供安裝壓力，又簡(jiǎn)化了基板幾何形狀。這種設(shè)計(jì)使芯片下方散熱器的有效接觸面積大幅增加，金屬間的直接接觸更充分，從而減少了對(duì)熱界面材料的依賴。實(shí)測(cè)表明，SEMIPACK 1.6的殼體到散熱器熱阻（Rth(c-s)）較前代降低35%（圖3），典型值達(dá)0.09K/W。

值得注意的是，新一代產(chǎn)品是在保持原有外部尺寸、安裝位置和電氣端子設(shè)計(jì)不變的前提下，實(shí)現(xiàn)了這些改進(jìn)。這使得現(xiàn)有機(jī)械系統(tǒng)無(wú)需改造即可獲得性能提升。作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝，SEMIPACK還能在相同安裝空間內(nèi)直接替換老舊整流器，具有優(yōu)異的兼容性。

圖3：模塊外部結(jié)構(gòu)對(duì)比

SEMIKPACK 1.6 在應(yīng)用中的卓越表現(xiàn)

下面我們將通過(guò)一個(gè)典型的電路運(yùn)行的應(yīng)用環(huán)境，來(lái)觀察第六代SEMIPACK 1.6在應(yīng)用中產(chǎn)生的結(jié)溫的情況，看看新一代產(chǎn)品在熱性能方面的改進(jìn)。最常見(jiàn)的電路之一是三相供電橋式整流器。這種電路可以很容易地通過(guò)三個(gè)SEMIPACK 1模塊搭建在同一個(gè)散熱器上。半橋的輸入是典型的線電壓（例如400VAC，50Hz），直流輸出之后濾波以提供電流給典型負(fù)載（例如逆變器）。這種電路可以通過(guò)Semikron Danfoss網(wǎng)站提供的在線SemiSel仿真工具輕松模擬。這個(gè)免費(fèi)工具包括所有SEMIPACK類型的模型，并能快速給出在給定條件下的半導(dǎo)體結(jié)溫。

以三相橋式整流器為例，假設(shè)逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通常會(huì)考慮3秒、180%的過(guò)載條件。在這些條件下，第五代和第六代SEMIPACK 1的雙二極管（SKKD）模塊的性能對(duì)比，如圖4所示。首先對(duì)第五代SEMIPACK 1進(jìn)行模擬，整流橋輸出電流使結(jié)溫在過(guò)載條件下達(dá)到推薦操作極限。通常，設(shè)計(jì)中推薦的操作溫度極限比數(shù)據(jù)表上列出的最大結(jié)溫低10℃。

圖4：SEMIPACK 1.5和SEMIPACK 1.6對(duì)比

例如，第五代的SKKD 81在三相整流器的輸出電流為207ADC（3秒過(guò)載條件）時(shí)，幾乎達(dá)到推薦操作極限（115℃）。然而，在相同的操作條件和輸出電流下，等效的第六代模塊（SKKD 95）僅達(dá)到結(jié)溫103℃。此外，第六代SEMIPACK的發(fā)布為該模塊提供了最高結(jié)溫Tjmax為130℃的資格認(rèn)證。這比第五代幾乎所有模塊都提高了5℃。應(yīng)用前述10℃的操作裕度，這意味著第六代模塊能夠連續(xù)運(yùn)行至120℃。

SEMIPACK 1.6的電流能力也得到了顯著提升。在環(huán)境溫度為85℃時(shí)，雙二極管封裝的平均正向電流可達(dá)143A，這是市場(chǎng)上20毫米封裝模塊的頂尖水平。對(duì)于晶閘管封裝（SKKH和SKKT），145A的平均正向電流也是目前市場(chǎng)上最高的。此外，其浪涌電流能力也非常出色，可達(dá)2210A（在130℃時(shí)）。

考慮到400/480V電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，所有SEMIPACK 1.6模塊均標(biāo)配1600V反向阻斷電壓，同時(shí)還將提供1800V規(guī)格的器件。

圖5：SEMIPACK 1.6的產(chǎn)品組合

歷久彌新的經(jīng)典設(shè)計(jì)SEMIPACK

SEMIPACK系列每個(gè)型號(hào)都經(jīng)歷了獨(dú)立迭代。作為市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者的SEMIPACK 1原始型號(hào)已歷經(jīng)五代革新，如今第六代SEMIPACK 1.6以全電流等級(jí)配置問(wèn)世，為所有雙極型應(yīng)用帶來(lái)更高性能和電流承載能力。這些改進(jìn)不僅提升了熱性能，還減少了材料使用，顯著優(yōu)化了性價(jià)比表現(xiàn)。

通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新，這款擁有50年歷史的產(chǎn)品系列繼續(xù)為工業(yè)電力應(yīng)用提供可靠解決方案，在保持經(jīng)典設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，不斷突破性能邊界。