※1：Insulated Gate Bipolar Transistor
※2：High Power next Core
1．背景
近年來，鑒于防止全球變暖，鐵路作為一種能效出色的環(huán)保交通工具備受矚目， 但由于車輛行駛會(huì)大量耗電，因此又面臨如何實(shí)現(xiàn)車輛設(shè)備更加小型輕量化以及如何降低能耗等課題。功率半導(dǎo)體（IGBT模塊）搭載于鐵路車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主變頻器裝置以及為空調(diào)系統(tǒng)和車內(nèi)照明等供電的輔助電源裝置上，是一種通過高速開關(guān)（斷電和通電）對交流電、直流電等進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的電子零部件。
本公司此次研發(fā)出了能夠降低電耗的大容量IGBT模塊“HPnC”并投入量產(chǎn)。電氣化鐵路市場今后的年均增長率有望達(dá)到6％，市場規(guī)模在2023年有望達(dá)到500-600億日元※3，本公司將在全球范圍內(nèi)推廣本產(chǎn)品。
※3：本公司預(yù)測
①降低電耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能
本產(chǎn)品搭載了本社新的第7代IGBT元件，第7代IGBT元件擁有行業(yè)前沿的低損耗性能。此外，與老款產(chǎn)品相比，本產(chǎn)品通過優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)將限制高速開關(guān)的內(nèi)部電感降低了76％，從而降低了損耗。搭載本產(chǎn)品的變頻器的工作電耗較老款產(chǎn)品（本公司生產(chǎn)的“HPM”）降低了約8.6％，結(jié)合下述②（增強(qiáng)散熱性）的特點(diǎn)，本產(chǎn)品能夠更加有效地抑制發(fā)熱，較之老款產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了19％的小型化和13％的輕量化。
②改進(jìn)散熱底板材料，提高可靠性
引起IGBT模塊故障的一大主要原因是工作溫度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)使模塊內(nèi)部的連接部位發(fā)生劣化。為此，將模塊的散熱底板的材料從過去的鋁與碳化硅的復(fù)合材料（AlSiC）換成導(dǎo)熱性能更出色的鎂與碳化硅的復(fù)合材料（MgSiC），從而增強(qiáng)了散熱性能，有效抑制了溫度的變化。此外，老款產(chǎn)品是用焊料將絕緣基板與通電端子連接起來的，而新產(chǎn)品采用了超聲波焊接※4，從而降低了產(chǎn)品故障率。
※4：該方法通過超聲波振動(dòng)將對象物直接連接起來。
③方便功率半導(dǎo)體并聯(lián)
老款產(chǎn)品在組成電路時(shí)采用的是3層母排（通電導(dǎo)體）疊層組合的結(jié)構(gòu)，在功率半導(dǎo)體并聯(lián)使用時(shí)，線路結(jié)構(gòu)會(huì)變得很復(fù)雜（見圖）。本產(chǎn)品對端子的排列進(jìn)行了優(yōu)化，3層母排能夠沿相同方向統(tǒng)一配置，因此功率半導(dǎo)體的并聯(lián)（多個(gè)并聯(lián)）變得容易，使各種變頻器更易于組裝。
