IGBT模块封装技术与工艺

IGBT模块封装技术与工艺,第1张

我国的功率半导体技术包括芯片设计、制造和模块封装技术目前都还处于起步阶段。功率半导体芯片技术研究一般采取“设计+代工”模式,即由设计公司提出芯片设计方案,由国内的一些集成电路公司代工生产。

由于这些集成电路公司大多没有独立的功率器件生产线,只能利用现有的集成电路生产工艺完成芯片加工,所以设计生产的基本是一些低压芯片。与普通IC芯片相比,大功率器件有许多特有的技术难题,如芯片的减薄工艺,背面工艺等。解决这些难题不仅需要成熟的工艺技术,更需要先进的工艺设备,这些都是我国功率半导体产业发展过程中急需解决的问题。

从80年代初到现在IGBT芯片体内结构设计有非穿通型(NPT)、穿通型(PT)和弱穿通型(LPT)等类型,在改善IGBT的开关性能和通态压降等性能上做了大量工作。但是把上述设计在工艺上实现却有相当大的难度。尤其是薄片工艺和背面工艺。工艺上正面的绝缘钝化,背面的减薄国内的做的都不是很好。 低温药芯锡丝

薄片工艺,特定耐压指标的IGBT器件,芯片厚度也是特定的,需要减薄到200-100um,甚至到80um,现在国内可以将晶圆减薄到175um,再低就没有能力了。比如在100~200um的量级,当硅片磨薄到如此地步后,后续的加工处理就比较困难了,特别是对于8寸以上的大硅片,极易破碎,难度更大。

背面工艺,包括了背面离子注入,退火激活,背面金属化等工艺步骤,由于正面金属的熔点的限制,这些背面工艺必须在低温下进行(不超过450°C),退火激活这一步难度极大。背面注入以及退火,此工艺并不像想象的那么简单。国外某些公司可代加工,但是他们一旦与客户签订协议,就不再给中国客户代提供加工服务。

在模块封装技术方面,国内基本掌握了传统的焊接式封装技术,其中中低压模块封装厂家较多,高压模块封装主要集中在南车与北车两家公司。与国外公司相比,技术上的差距依然存在。国外公司基于传统封装技术相继研发出多种先进封装技术,能够大幅提高模块的功率密度、散热性能与长期可靠性,并初步实现了商业应用。

高端工艺开发人员非常缺乏,现有研发人员的设计水平有待提高。目前国内没有系统掌握IGBT制造工艺的人才。从国外先进功率器件公司引进是捷径。但单单引进一个人很难掌握IGBT制造的全流程,而要引进一个团队难度太大。国外IGBT制造中许多技术是有专利保护。目前如果要从国外购买IGBT设计和制造技术,还牵涉到好多专利方面的东西。 昆明BGA锡球价格

功率半导体行业背景:

功率器件原理:

功率器件特指转换并控制电力的功率半导体器件。电力转换包括转换一个或多个电压、电流或频 率;功率控制指控制输入和输出的功率大小。(电力转换 核心 目标是提高能量转换率、减少功率损耗。关断时没有漏电,导通时没有电压损失, 在开关切换时没有功率损耗。电力控制 核心 是使用最小的输入控制功率保证输出功率的大小和时延。)

半导体器件分类:

功率半导体应用范围

功率半导体下游应用广泛,基本上涉及到电力系统的地方都会使用功率器件。下游应用领域主要可分为几大部分: 消费电子、新能源 汽车 、可再生能源发电及电网、轨道交通、白色家电、工业控制,市场规模呈现稳健增长态势。

功率半导体发展

功率半导体分类及特点

功率器件性能对比

功率半导体市场规模

功率半导体用于所有电力电子领域,市场成熟稳定且增速缓慢。行业发展主要依靠新兴领域如新 能源 汽车 、可再生能源发电、变频家电等带来的巨大需求缺口。成熟市场规模:根据IHS Markit 数据显示2018年全球功率器件市场规模为391亿美元, 中国功率市场规模为138亿美元 ,全球占比 35%。

纯增量市场规模:我们主要测算了国内新能源 汽车 、充电桩、光伏和风电四个领域中应用功率半导体市场空间。

①新能源 汽车 领域市场需求到2025年约160亿元,2030年约275亿元。

②公共直流充电桩领域2020-2025年累计市场需求约140亿元,2025-2030年累计需求约400亿元。

③光伏领域2020-2025年累计市场需求约50亿元,随政策调整有望进一步增长。

④风电领域2020-2024 年累计市场需求约30亿元。整体看,国内功率半导体市场2025年四个领域提供纯增量规模预计达 200亿元。

根据Omdia数据显示,2018年全球排名前十功率半导体企业来自于美国、欧洲和日本,合计市占率达60%。国内功率半导体市场自给率偏低,中高端功率MOSFET和IGBT自给率不足10%,国产替代空间巨大。

行业发展趋势一:不需要追赶摩尔定律,倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代,整体趋向集成 化、模块化

功率半导体整体进步靠制程工艺、封装设计和新材料迭代。设计环节:功率半导体电路结构简单, 不需要像数字逻辑芯片在架构、IP、指令集、设计流程、软件工具等投入大量资本。 制造 环节: 因不需要追赶摩尔定律,产线对先进设备依赖度不高,整体资本支出较小。封装环节:可分为分 立器件封装和模块封装,由于功率器件对可靠性要求非常高,需采用特殊设计和材料,后道加工价值量占比达35%以上,远高于普通数字逻辑芯片的10%。

行业发展趋势二:新能源与5G通信推动第三代半导体兴起

新能源、5G等新兴应用加速第三代半导体材料产业化需求,我国市场空间巨大且有望在该领域快 速缩短和海外龙头差距。①天时:第三代材料在高功率、高频率应用场景具有取代硅材潜力,行业整体处于产业化起步阶段。②地利:受下游新能源车、5G、快充等新兴市场需求以及潜在的硅材替换市场驱动,目前深入研究和产业化方向以SiC和GaN为主,国内市场空间巨大。③人和:第三代半导体核心难点在材料制备,其他环节可实现国产化程度非常高,加持国家在政策和资金方 面大力支持。我们认为该行业技术追赶速度更快、门槛准入较低、国产化程度更高,中长期给国内功率半导体企业、衬底材料供应商带来更多发展空间确定性更强。

行业发展趋势三:IDM模式更适合功率半导体行业,代工可以提供产能、工艺技术补充

海外功率半导体龙头企业都采用IDM模式,国内功率半导体行业商业模式以IDM为主,设计+代工为辅。

国内上市公司

国内功率半导体发展分析

企业简介:

公司主营业务是以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产,并以IGBT模块形式对外实现销售。IGBT模块的核心是IGBT芯片和快恢复二极管芯片,公司自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是公司的核心竞争力之一。公司总部位于浙江嘉兴,在上海和欧洲均设有子公司,并在国内和欧洲均设有研发中心。

自2005年成立以来,公司一直致力于IGBT芯片和快恢复二极管芯片的设计和工艺及IGBT模块的设计、制造和测试,公司的主营业务及主要产品均未发生过变化。2019年,IGBT模块的销售收入占公司销售收入总额的95%以上,是公司的主要产品。

股权结构:

斯达的创始人,深耕 IGBT 领域十五年:

董事长兼创始人沈华(1963 年),于1995 年获得美国麻省理工学院(MIT)材料学博士学位,1995年7月至1999年7月任西门子半导体部门(英飞凌前身,1999 年成为英飞凌公司)高级研发工程师,1999 年 8 月至 2005 年任赛灵思公司高级项目经 理。

胡畏(1964 年),副总经理,1994年获美国斯坦福大学工程经济系统硕士学位。 1987年至1990年任北京市计算中心助理研究员,1994年至1995年任美国汉密尔顿证券商业分析师,1995 年至2001年任美国 ProvidianFinancial 公司市场总监,执行高级副总裁助理,公司战略策划部经理。2005 年回国创办公司。

从前十大流通股东来看,多只公募基金二季度新进前十大股东。2季度均价150。

财务介绍:

摸鱼打分73分,ROE8.21%,2020年上半年,公司实现营业收入41,647.84万元,较2019年上半年同期增长13.65%,实现归属于上市公司股东的净利润8,067.11万元,较2019年上半年同期增长25.30%,扣除非经常性损益的净利润6,903.77万元,较2019年上半年同期增长31.00%。同时,公司主营业务收入在各细分行业均实现稳步增长: (1)公司工业控制和电源行业的营业收入为32,924.94万元,较上年同期增长15.86%;(2)公司新能源行业营业收入为6,981.03万元,较上年同期增长6.03%;(3)公司变频白色家电及其他行业的营业收入为1,649.38万元,较上年同期增长12.35%。

PE200倍,处于 历史 66%位置,PB28.72倍, 历史 66%的位置。

公司看点:

公司采用以市场为导向,以技术为支撑,通过不断的研发创新,开发出满足客户需求的具有市场竞争力的功率半导体器件,为客户提供优质的产品和技术服务。

公司产品生产环节主要分为 芯片和模块设计、芯片外协制造、模块生产 三个阶段。

阶段一:芯片和模块设计。公司产品设计包含IGBT芯片、快恢复二极管芯片的设计和IGBT模块的设计。本阶段公司根据客户对IGBT关键参数的需求,设计出符合客户性能要求的芯片;根据客户对电路拓扑及模块结构的要求,结合IGBT模块的电性能以及可靠性标准,设计出满足各行业性能要求的IGBT模块。

阶段二:芯片外协制造。公司根据阶段 一 完成的芯片设计方案委托第三方晶圆代工厂如上海华虹、上海先进等外协厂商外协制造自主研发的芯片,公司在外协制造过程中提供芯片设计图纸和工艺制作流程,不承担芯片制造环节。

阶段三:模块生产。模块生产是应用模块原理,将单个或多个如IGBT芯片、快恢复二极管等功率芯片用先进的封装技术封装在一个绝缘外壳内的过程。由于模块外形尺寸和安装尺寸的标准化及芯片间的连接已在模块内部完成,因此和同容量的器件相比,具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高、外接线简单、互换性好等优点。公司主要产品IGBT模块集成度高,内部拓扑结构复杂,又需要在高电压、大电流、高温、高湿等恶劣环境中运行,对公司设计能力和生产工艺控制水平要求高。本阶段公司根据不同产品需要采购相应的芯片、DBC、散热基板等原材料,通过芯片贴片、回流焊接、铝线键合、测试等生产环节,最终生产出符合公司标准的IGBT模块。

公司销售主要采取直销的方式进行销售,根据下游客户的分布情况,除嘉兴总部外在全国建立了六个销售联络处,并于瑞士设立了控股子公司斯达欧洲,负责国际市场业务开拓和发展。

下游应用:

中国工控 IGBT 市场按照总体 150 亿 RMB 工控占比 29%计算大约在 44 亿 RMB。 按照国内复合增速 5%,则 2025 年国内工控的市场空间约为 60 亿元;这一块是斯达半导的基本盘,行业需求分散稳定且波动相对较小。英威腾和汇川技术等工控领域国内 领军公司一直都是斯达半导排名第一第二的大客户。

疫情加速了国内下游工控行业的国产替代进程,疫情同时阻碍了英飞凌等 IGBT 产品进入国内。斯达工控 IGBT 可能处于下游本 土需求增加+加速替代国外龙头提升份额的有利局面,预计在后疫情时代工控 IGBT 领 域持续提升市占率的过程也将持续。

IGBT 占新能源车成本近 8%,且是纯增量产品。 IGBT 模块在新能源 汽车 领域中发挥着至关重要的作用,被广泛应用于电机控制器、车载空调、充电桩等设备。IGBT 模块的作用是交流电和直流电的转换,同时IGBT模块还承担电压的高低转换的功能。新能源 汽车 外接充电时候是交流电,需要通过 IGBT模块转变成直流电然后给电池,同时要把交流电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。

在电动车领域主要应用分三类: 1)电驱动系统:IGBT 模块将直流变交流后驱动 汽车 电机(电控模块); 2)车载空调变频与制热:小功率直流/交流逆变,这个模块工作电压不高,单价相对也低一些; 3)充电桩中 IGBT模块被用作开关使用:直流充电桩中 IGBT模块的成本占比接 近 20%;

电池成本占比最大,一般来说可以占到约电动车总成本 40%以上;2)成本占比第二大的是电机驱动系统,可以达到电动车总成本的 15%~20%,而 IGBT则占到电机驱动系统成本 40%-50%,等价于 IGBT 占新能源车总成本接近 8%的比例。

并且,对于IGBT来说,新能源 汽车 对 IGBT 需求是纯增量,因为传统燃油车功率半导体器件电压低,只需要Si基的 MOSFET,而新能源 汽车 在 600V以上MOSFET无法达到要求,必须要换成 IGBT;因此 IGBT 是仅次于电池以外第二大受益的零部件。

斯达在家电 IPM 和光伏风电等都有相关布局,但是营收占比还相对较小,19 年占比在 4%左右,可能和市场空间相对较小,公司选择先攻克工控和新能源 汽车 的战略有关,在供应链安全因为外部环境受到威胁的大背景下,斯达未来在这一块不断增长的利基市场还是有比较大的替代潜力,是斯达的潜在期权增量领域。

行业地位:

由于IGBT对设计及工艺要求较高,而国内缺乏IGBT相关技术人才,工艺基础薄弱且企业产业化起步较晚,因此IGBT市场长期被大型国外跨国企业垄断,国内市场产品供应较不稳定;随着国内市场需求量逐步增大,供需矛盾愈发突显。我国政府于《中国制造2025》中明确提出核心元器件国产化的要求,“进口替代”已是刻不容缓。公司具备自主研发设计国际主流IGBT芯片和快恢复二极管芯片的能力和先进的模块设计及制造工艺水平,全面实现了IGBT和快恢复二极管芯片及模块的国产化,是国内IGBT行业的领军企业。

根据全球著名市场研究机构IHS在2019年发布的最新报告,2018年度公司在全球IGBT模块市场排名第八,市场占有率2.2%,是唯一进入前十的中国企业。

未来看点:

短期看工控IGBT :20年疫情背景加速了下游如汇川技术等客户变频器/伺服等产品的国产替代(汇川中报业绩预告高速增长),同时斯达竞争对手英飞凌等产能受限物流受阻,斯达工控IGBT目前处于客户高增长和竞争对手暂时受阻碍的有利局面,二三季度边际向好确定,未来2年工控IGBT是斯达的基本盘;

中期看车载IGBT :车载IGBT行业增速快于工控,且认证慢,安全性和产品性能要求高;斯达前期车载IGBT产品持续研发布局,累计给20家车企客户进行小批量配套供货,预计接下来将迎来收获期,且恰逢IPO扩产增加车载IGBT产能,预计车载IGBT将较快起量,是公司20-25年增长最快的细分领域;新能源 汽车 业务进展顺利,新增多个项目定点。上半年新能源乘用车销量大幅下滑的背景下,公司新能源领域营收仍小幅增长,估计公司已成为低功率电动车细分领域最大的IGBT模块供应商,同时斩获了多个国内外知名车型平台定点,将在2022年开始SOP。另外,48V功率器件开始大批量装车应用,出货量有望继续上升。

长期看SIC布局 :斯达对SIC持续投入研发,并和宇通等联合开发基于SIC的电机控制系统,预计2024年左右国内会迎来SIC器件渗透率拐点,测算不同SIC渗透率和斯达在IGBT/SIC器件不同市占率下斯达2025年的收入,显示2025年斯达收入在42亿-64亿之间,净利率20%左右。

开关稳压电源

0 引言

开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后,在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源,其主电路拓扑与线性电源相仿,但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制(PWM)技术的发展,PWM开关电源问世,它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制,电源的效率可达65%~70%,而线性电源的效率只有30%~40%。因此,用工作频率为20 kHz的PWM开关电源替代线性电源,可大幅度节约能源,从而引起了人们的广泛关注,在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。 随着超大规模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不断减小,电源的尺寸与微处理器相比要大得多;而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的电源。因此,对开关电源提出了小型轻量要求,包括磁性元件和电容的体积重量也要小。此外,还要求开关电源效率要更高,性能更好,可靠性更高等。这一切高新要求便促进了开关电源的不断发展和进步。

1 开关电源的三个重要发展阶段

40多年来,开关电源经历了三个重要发展阶段。

第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GT0)发展为MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等),使电力电子系统有可能实现高频化,并大幅度降低导通损耗,电路也更为简单。

第二个阶段自20世纪80年代开始,高频化和软开关技术的研究开发,使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。

第三个阶段从20世纪90年代中期开始,集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展,它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。

2 开关电源技术的亮点

2.1 功率半导体器件性能

1998年,Infineon公司推出冷MOS管,它采用“超级结”(Super-Junction)结构,故又称超结功率MOSFET。工作电压600~800V,通态电阻几乎降低了一个数量级,仍保持开关速度快的特点,是一种有发展前途的高频功率半导体器件。

IGBT刚出现时,电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内,耐压水平限于1200~1700V,经过长时间的探索研究和改进,现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A,高压IGBT单片耐压已达到6500V,一般IGBT的工作频率上限为20~40kHz,基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT,可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。

IGBT的技术进展实际上是通态压降,快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同,IGBT在20年的发展进程中,有以下几种类型:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

碳化硅(SiC)是功率半导体器件晶片的理想材料,其优点是禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。

可以预见,碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。

2.2 开关电源功率密度

提高开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是人们不断追求的目标。这对便携式电子设备(如移动电话,数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有以下几种。

一是高频化。为了实现电源高功率密度,必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。

二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量,其等效电路如同一个串并联谐振电路,是功率变换领域的研究热点之一。

三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量,须设法改进电容器的性能,提高能量密度,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻(ESR)小、体积小等。

2.3 高频磁性元件

电源系统中应用大量磁元件,高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件,有许多问题需要研究。对高频磁元件所用的磁性材料,要求其损耗小、散热性能好、磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注,纳米结晶软磁材料也已开发应用。

2.4 软开关技术

高频化以后,为了提高开关电源的效率,必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。

PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠),因而开关损耗大。高频化虽可以缩小体积重量,但开关损耗却更大了。为此,必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术,即所谓零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术,或称软开关技术,小功率软开关电源效率可提高到800%~85%。上世纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础。随后新的软开关技术不断涌现,如准谐振(上世纪80年代中)全桥移相ZVS-PWM,恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位;ZVT-PWM/ZCT-PWM(上世纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(上世纪90年代中)等。我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中,效率达93%。

2.5 同步整流技术

对于低电压、大电流输出的软开关变换器,进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流(SR)技术,即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管,代替萧特基二极管(SBD),可降低管压降,从而提高电路效率。

2.6 功率因数校正(PFC)变换器

由于AC/DC变换电路的输入端有整流器件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6-0.65。采用功率因数校正(PFC)变换器,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD<10%。既治理了对电网的谐波污染,又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正(APFC),单相APFC国内外开发较早,技术已较成熟;三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种,但还有待继续研究发展。

一般高功率因数AC/DC开关电源,由两级拓扑组成,对于小功率AC/DC开关电源来说,采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。如果对输入端功率因数要求不特别高时,将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑,构成单级高功率因数AC/DC开关电源,只用一个主开关管,可使功率因数校正到0.8以上,并使输出直流电压可调,这种拓扑结构称为单管单级PFC变换器。

2.7 全数字化控制

电源的控制已经由模拟控制,模数混合控制,进入到全数字控制阶段。全数字控制是发展趋势,已经在许多功率变换设备中得到应用。

全数字控制的优点是数字信号与混合模数信号相比可以标定更小的量,芯片价格也更低廉;对电流检测误差可以进行精确的数字校正,电压检测也更精确;可以实现快速,灵活的控制设计。

近两年来,高性能全数字控制芯片已经开发,费用也已降到比较合理的水平,欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。

2.8 电磁兼容性

高频开关电源的电磁兼容(EMC)问题有其特殊性。功率半导体器件在开关过程中所产生的di/dt和dv/dt,将引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰,以及强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境,对附近的电气设备造成电磁干扰,还可能危及附近 *** 作人员的安全。同时,电力电子电路(如开关变换器)内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰。上述特殊性,再加上EMI测量上的具体困难,在电力电子的电磁兼容领域里,存在着许多交叉学科的前沿课题有待人们研究。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究,并取得了不少可喜成果。

2.9 设计和测试技术

建模、仿真和CAD是一种新的设计研究工具。为了仿真电源系统,首先要建立仿真模型,包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等,还要考虑开关管的热模型、可靠性模型和EMC模型。各种模型差别很大,建模的发展方向是数字一模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组成一个统一的多层次模型等。

电源系统的CAD,包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI设计和印制电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD,可使所设计的系统性能最优,减少设计制造费用,并能做可制造性分析,是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一。此外,电源系统的热测试、EMI测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。

2.10 系统集成技术

电源设备的制造特点是非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高、可靠性低等,而用户要求制造厂生产的电源产品更加实用、可靠性更高、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力,迫切需要开展集成电源模块的研究开发,使电源产品的标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现。

实际上,在电源集成技术的发展进程中,已经经历了电力半导体器件模块化,功率与控制电路的集成化,集成无源元件(包括磁集成技术)等发展阶段。近年来的发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上,可以使电源产品更为紧凑,体积更小,也减小了引线长度,从而减小了寄生参数。在此基础上,可以实现一体化,所有元器件连同控制保护集成在一个模块中。

上世纪90年代,随着大规模分布电源系统的发展,一体化的设计观念被推广到更大容量、更高电压的电源系统集成,提高了集成度,出现了集成电力电子模块(IPEM)。IPEM将功率器件与电路、控制以及检测、执行等单元集成封装,得到标准的,可制造的模块,既可用于标准设计,也可用于专用、特殊设计。优点是可快速高效为用户提供产品,显著降低成本,提高可靠性。

3 结语

以上简要回顾了开关电源发展的历程和技术亮点,相信未来开关电源的理论与技术发展将会有更辉煌的成就


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