SEMIPACK第六代产品的技术演进-电子发烧友网

在工业应用领域，双极型模块始终是一种稳健且经济高效的解决方案。虽然这类电路的基本工作原理未曾改变，但功率模块的封装技术一直在进步。

50年创新不止，经典产品的创新之路

自1975年问世以来，SEMIPACK隔离基板整流模块已发展成覆盖广泛电流范围和拓扑结构的产品系列。它已成为50/60Hz整流器和交流控制器的行业标准，广泛应用于电机驱动、UPS系统和过程控制等领域。

目前SEMIPACK产品线（图1）包含六种不同外壳规格，额定电流从60A（SEMIPACK 1）到1300A以上（SEMIPACK 6）。

图1：SEMIPACK 系列产品

这些模块可配置为：

非控型（二极管/二极管）

半控型（晶闸管/二极管）

全控型（晶闸管/晶闸管）整流

其中晶闸管/晶闸管模块还可轻松配置为交流控制（反并联连接）。不同功率等级的模块采用差异化构造：小功率模块采用引线键合和焊接连接，大功率型号则采用类似胶囊器件的（压接）结构。

第六代SEMIKPACK 1的技术演进

第六代SEMIPACK 1（SEMIPACK 1.6）在保持原有尺寸、安装位置和电气端子不变的前提下，进行了多项改进。

SEMIPACK 1模块采用成熟的引线框架、芯片焊接在DCB上，以及铜底板的构造方式。其20毫米宽的模块采用铜基板，不仅提升了热扩散性能，还提供了坚固的安装表面，可适配各类散热器。第六代SEMIPACK 1通过内部结构优化，显著提升了热性能并减少了材料用量，实现了更高的性价比。

具体改进体现在以下两方面：

热阻优化：双极半导体芯片下方的材料堆叠结构大幅简化（图2），使芯片到基板的热阻（Rth(j-c)）显著降低。测试数据显示，SEMIPACK 1.6的稳态热阻较上一代降低46%（图2）。

图2：新一代产品内部结构及散热性能对比

结构轻量化：基板尺寸缩小后，铜材用量减少，模块总重量从95克降至75克（减重18%）。传统设计中，基板需通过螺孔固定并依靠自身弯曲实现与散热器的均匀接触。新一代"混合"设计采用强化塑料外壳包裹基板，既提供安装压力，又简化了基板几何形状。这种设计使芯片下方散热器的有效接触面积大幅增加，金属间的直接接触更充分，从而减少了对热界面材料的依赖。实测表明，SEMIPACK 1.6的壳体到散热器热阻（Rth(c-s)）较前代降低35%（图3），典型值达0.09K/W。

值得注意的是，新一代产品是在保持原有外部尺寸、安装位置和电气端子设计不变的前提下，实现了这些改进。这使得现有机械系统无需改造即可获得性能提升。作为行业标准封装，SEMIPACK还能在相同安装空间内直接替换老旧整流器，具有优异的兼容性。

图3：模块外部结构对比

SEMIKPACK 1.6 在应用中的卓越表现

下面我们将通过一个典型的电路运行的应用环境，来观察第六代SEMIPACK 1.6在应用中产生的结温的情况，看看新一代产品在热性能方面的改进。最常见的电路之一是三相供电桥式整流器。这种电路可以很容易地通过三个SEMIPACK 1模块搭建在同一个散热器上。半桥的输入是典型的线电压（例如400VAC，50Hz），直流输出之后滤波以提供电流给典型负载（例如逆变器）。这种电路可以通过Semikron Danfoss网站提供的在线SemiSel仿真工具轻松模拟。这个免费工具包括所有SEMIPACK类型的模型，并能快速给出在给定条件下的半导体结温。

以三相桥式整流器为例，假设逆变器驱动电机，通常会考虑3秒、180%的过载条件。在这些条件下，第五代和第六代SEMIPACK 1的双二极管（SKKD）模块的性能对比，如图4所示。首先对第五代SEMIPACK 1进行模拟，整流桥输出电流使结温在过载条件下达到推荐操作极限。通常，设计中推荐的操作温度极限比数据表上列出的最大结温低10℃。

图4：SEMIPACK 1.5和SEMIPACK 1.6对比

例如，第五代的SKKD 81在三相整流器的输出电流为207ADC（3秒过载条件）时，几乎达到推荐操作极限（115℃）。然而，在相同的操作条件和输出电流下，等效的第六代模块（SKKD 95）仅达到结温103℃。此外，第六代SEMIPACK的发布为该模块提供了最高结温Tjmax为130℃的资格认证。这比第五代几乎所有模块都提高了5℃。应用前述10℃的操作裕度，这意味着第六代模块能够连续运行至120℃。

SEMIPACK 1.6的电流能力也得到了显著提升。在环境温度为85℃时，双二极管封装的平均正向电流可达143A，这是市场上20毫米封装模块的顶尖水平。对于晶闸管封装（SKKH和SKKT），145A的平均正向电流也是目前市场上最高的。此外，其浪涌电流能力也非常出色，可达2210A（在130℃时）。

考虑到400/480V电网的广泛应用，所有SEMIPACK 1.6模块均标配1600V反向阻断电压，同时还将提供1800V规格的器件。