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功率模組（power module）可以將各個电力电子学元件（多半是功率半導體元件）放在同一封裝中。其中的功率半導體（稱為裸晶）會用銲接或是燒結的方式固定在乘載功率半導體的基板上，依需要提供熱接觸、電氣導通或是絕緣。分立功率半導體多半是TO-247或TO-220的塑膠包裝，相較起來，功率模組的功率密度較高，而且在許多領域中比分立元件要可靠。
高功率的絕緣柵雙極晶體管功率模組（圖中功率容量是3300V，1200A）IGBT功率模組內部，各半導體的裸晶用打線接合的方式連接，外部的接腳接到封裝結構中 模組拓樸 编辑
有些功率模組中會包括單一的功率元件（例如MOSFET、IGBT、BJT、晶閘管、GTO、JET）或是二極管，不過大多數的功率模組中會包括多個互相連接的裸晶，以形成特定的電路，這個稱為拓樸。功率模組中也可能包括其他的元件，例如減小切換電壓超調的陶瓷電容，或是監控基板溫度的溫度感測器。常見的模組拓樸有：
- 開關（MOSFET、IGBT）搭配反並聯二極體。
- 二極體電橋，其中包括四個（單相）或六個（三相）二極體
- 半橋[1]（逆變器的一路，有二個開關以及其反並聯二極體）
- H橋（四個開關以及其反並聯二極體）
- boost電路或是功因修正電路（一或二個開關，配合一或二個高速的整流二極體）
- ANPFC（功因修正電路，有二個開關以及其反並聯二極體，四個高速的整流二極體）
- 三電平NPC（I型）（多電平逆變器，有四個開關以及其反並聯二極體）
- 三電平NPC（T型）（多電平逆變器，有四個開關以及其反並聯二極體）
- 三電平ANPC（多電平逆變器，有六個開關以及其反並聯二極體）
- 三電平H6.5[2]（有六個開關，分別是四個快速的IGBT，二個慢速的IGBT，以及五個快速二極體）
- 三相逆變器[1]：也稱為6-in-1，包括六個開關以及其反並聯二極體）
- Power Interface Module，簡稱PIM（包括輸入整流器，功因修正電路以及逆變器極）
- 智能功率模組（Intelligent Power Module）、簡稱IPM（包括功率級以及其驅動保護電路，也可能包括輸入整流器及功因修正電路）
電氣互連技術 编辑
有關功率模組和其他電路系統的連接，最傳統的是用螺絲鎖固的接觸，此外，也有用插針觸點（焊在印刷電路板上）、壓入式觸點壓到電路板上（電路板的貫孔）、內在提供對電路板壓力的彈簧觸點、或是利用純壓力接觸，讓兩塊耐腐蝕表面區域接合在一起[3]。 壓入式觸點有高可靠度，而且容易組裝，不用焊接[4]，相較於壓入式觸點，彈簧觸點的好處是容易從電路板上拆下，而且是非破壞性的拆下，可以拆換數次（例如模組的檢測或是更換）[5]。壓入式觸點及彈簧觸點的缺點都是因為其電氣接觸面積小，電流額定也比較小，因此有些模組可能會將多個壓入式觸點或彈簧觸點並聯，以加大電流。
技術發展趨勢 编辑
目前功率模組的技術發展趨勢是降低成本，提昇功率密度、提昇可靠度以及減少雜散元件的影響。雜散元件是在電路之間不想要的電容（雜散電容）或是導線之間不想要的電感（雜散電感）。若運用在逆變器上，這些可能會造成電磁輻射（EMR）。另一個雜散元件的缺點是對切換特性的影響，而且會加大切換損失。因此，製造商會設法減少雜散元件，並且維持低成本，而且和其他廠商的元件保持高度的相容性，以便成為替代料源 更進一步功率模組最佳化的主題是從熱源（裸晶）到散熱片之間的散熱途徑。熱需要通過許多不同的材質，例如焊錫、導熱絕緣基板、基板、散熱膏以及散熱片本體，最後才傳到像是空氣、或是水或油等液態介質中。新一代的碳化矽功率電晶體其功率密度更大，因此對熱傳的需求也會更大。
應用 编辑
歷史 编辑
第一個絕緣的功率模組是由Semikron在1975年導入市場（SEMIPACK）[6]。
製造商 编辑
相關條目 编辑
參考資料 编辑
外部連結 编辑
- Semikron Application Manual Power Semiconductors[永久失效連結]: extensive information about power semiconductor application and power module technology
- Example of Power module; a high efficiency rectifier
功率模組, 此條目需要补充更多来源, 2019年12月, 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目, 无法查证的内容可能會因為异议提出而被移除, 致使用者, 请搜索一下条目的标题, 来源搜索, 网页, 新闻, 书籍, 学术, 图像, 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源, 判定指引, power, module, 可以將各個电力电子学元件, 多半是功率半導體元件, 英语, power, semiconductor, device, 放在同一封裝中, 其中的功率半導體, 稱為裸晶, 會用銲接或是燒結的方式固定在乘載. 此條目需要补充更多来源 2019年12月 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目 无法查证的内容可能會因為异议提出而被移除 致使用者 请搜索一下条目的标题 来源搜索 功率模組 网页 新闻 书籍 学术 图像 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源 判定指引 功率模組 power module 可以將各個电力电子学元件 多半是功率半導體元件 英语 power semiconductor device 放在同一封裝中 其中的功率半導體 稱為裸晶 會用銲接或是燒結的方式固定在乘載功率半導體的基板 英语 power electronic substrate 上 依需要提供熱接觸 電氣導通或是絕緣 分立功率半導體多半是TO 247或TO 220 英语 TO 220 的塑膠包裝 相較起來 功率模組的功率密度較高 而且在許多領域中比分立元件要可靠 高功率的絕緣柵雙極晶體管功率模組 圖中功率容量是3300V 1200A IGBT功率模組內部 各半導體的裸晶用打線接合的方式連接 外部的接腳接到封裝結構中 目录 1 模組拓樸 2 電氣互連技術 3 技術發展趨勢 4 應用 5 歷史 6 製造商 7 相關條目 8 參考資料 9 外部連結模組拓樸 编辑有些功率模組中會包括單一的功率元件 例如MOSFET IGBT BJT 晶閘管 GTO JET 或是二極管 不過大多數的功率模組中會包括多個互相連接的裸晶 以形成特定的電路 這個稱為拓樸 功率模組中也可能包括其他的元件 例如減小切換電壓超調的陶瓷電容 或是監控基板溫度的溫度感測器 常見的模組拓樸有 開關 MOSFET IGBT 搭配反並聯 英语 Antiparallel electronics 二極體 二極體電橋 其中包括四個 單相 或六個 三相 二極體 半橋 1 逆變器的一路 有二個開關以及其反並聯二極體 H橋 四個開關以及其反並聯二極體 boost電路或是功因修正電路 一或二個開關 配合一或二個高速的整流二極體 ANPFC 功因修正電路 有二個開關以及其反並聯二極體 四個高速的整流二極體 三電平NPC I型 多電平逆變器 有四個開關以及其反並聯二極體 三電平NPC T型 多電平逆變器 有四個開關以及其反並聯二極體 三電平ANPC 多電平逆變器 有六個開關以及其反並聯二極體 三電平H6 5 2 有六個開關 分別是四個快速的IGBT 二個慢速的IGBT 以及五個快速二極體 三相逆變器 1 也稱為6 in 1 包括六個開關以及其反並聯二極體 Power Interface Module 簡稱PIM 包括輸入整流器 功因修正電路以及逆變器極 智能功率模組 Intelligent Power Module 簡稱IPM 包括功率級以及其驅動保護電路 也可能包括輸入整流器及功因修正電路 電氣互連技術 编辑有關功率模組和其他電路系統的連接 最傳統的是用螺絲鎖固的接觸 此外 也有用插針觸點 焊在印刷電路板上 壓入式觸點壓到電路板上 電路板的貫孔 英语 Via electronics 內在提供對電路板壓力的彈簧觸點 或是利用純壓力接觸 讓兩塊耐腐蝕表面區域接合在一起 3 壓入式觸點有高可靠度 而且容易組裝 不用焊接 4 相較於壓入式觸點 彈簧觸點的好處是容易從電路板上拆下 而且是非破壞性的拆下 可以拆換數次 例如模組的檢測或是更換 5 壓入式觸點及彈簧觸點的缺點都是因為其電氣接觸面積小 電流額定也比較小 因此有些模組可能會將多個壓入式觸點或彈簧觸點並聯 以加大電流 技術發展趨勢 编辑目前功率模組的技術發展趨勢是降低成本 提昇功率密度 提昇可靠度以及減少雜散元件的影響 雜散元件是在電路之間不想要的電容 雜散電容 或是導線之間不想要的電感 雜散電感 若運用在逆變器上 這些可能會造成電磁輻射 EMR 另一個雜散元件的缺點是對切換特性的影響 而且會加大切換損失 因此 製造商會設法減少雜散元件 並且維持低成本 而且和其他廠商的元件保持高度的相容性 以便成為替代料源 更進一步功率模組最佳化的主題是從熱源 裸晶 到散熱片之間的散熱途徑 熱需要通過許多不同的材質 例如焊錫 導熱絕緣基板 基板 散熱膏以及散熱片本體 最後才傳到像是空氣 或是水或油等液態介質中 新一代的碳化矽功率電晶體其功率密度更大 因此對熱傳的需求也會更大 應用 编辑功率模組可以用在功率轉換的設備中 例如变频器 嵌入式電機驅動器 不间断电源 直流 交流電源供應及焊接機電源 功率模組也用在可再生能源 風力發動機 太陽能發電 中的逆變器中 或是電動載具 EV 的動力來源 歷史 编辑第一個絕緣的功率模組是由Semikron 英语 Semikron 在1975年導入市場 SEMIPACK 6 製造商 编辑Arkansas Power Electronics International APEI Eltek 英语 Eltek Danfoss 英语 Danfoss StarPower 英语 StarPower 英飞凌科技 三菱集团 Semikron 英语 Semikron 羅姆 Vincotech 7 8 丹尼克斯半導體 CREE AT amp S 英语 AT amp S 富士電機 9 相關條目 编辑動力組 英语 Powerpack drivetrain 原動機 英语 Prime mover locomotive 參考資料 编辑 1 0 1 1 Vincotech Product Search Vincotech 2019 12 15 原始内容存档于2019 12 12 存档副本 PDF 2019 12 12 原始内容存档 PDF 于2019 02 14 存档副本 2019 12 12 原始内容存档于2016 04 24 http www infineon com pressfit product information http www semikron com dl service support downloads download semikron flyer skim 2014 04 08 html 永久失效連結 http www semikron com dl service support downloads download semikron application manual power semiconductors english en 2010 11 pdf 永久失效連結 http www vincotech com 页面存档备份 存于互联网档案馆 Vincotech https de wikipedia org wiki Vincotech 页面存档备份 存于互联网档案馆 Wikipedia Vincotech Article In German Power Semiconductors Introduction to Semiconductor Products Fuji Electric www fujielectric com 2019 12 15 原始内容存档于2019 06 29 外部連結 编辑维基共享资源中相关的多媒体资源 IGBTSemikron Application Manual Power Semiconductors 永久失效連結 extensive information about power semiconductor application and power module technology Eltek Flatpack2 48V HE Example of Power module a high efficiency rectifier 取自 https zh wikipedia org w index php title 功率模組 amp oldid 62103756, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，
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