英飛凌在中國高速發展IGBT模塊市場
據市場研究公司和行業協會較新發布的預測,全球半導體業2010年的銷售額有望達到約2550億美元,從而結束2008年和2009年連續兩年的持續下滑,這預示著半導體業將逐漸擺脫金融危機的影響。幾位分析師認為是中國引領了全球經濟和半導體產業走出低迷。
英飛凌半導體正是瞄準了這一點,大力發展中國市場。日前,中國電子應用網特意在深圳拜訪了英飛凌工業與多元化電子市場部門工業功率器件市場高級經理馬國偉博士。馬國偉表示,這主要表現在軌道交通、電動和混合動力客車以及機械工程、風能發電三個部分。
中國鐵路“十一五”規劃的四縱四橫鐵路網將會把鐵道總里程從2006年的76,000公里提高到2020年的120,000公里,加上未來5年內中國擁有城市軌道交通線路的城市將會達到25個,總里程達到1,000公里。業界預計,這一雄心勃勃的規劃加上新增的經濟刺激計劃,將會有20,000億元資金用于未來鐵道建設中去。并增加5,000輛電力以及柴油機車、2,000輛高速動車組以及3,000輛客車廂。還不包括至少1,000列以上的城軌地鐵車輛。這些車輛所使用的主牽引變流器及輔助變流器對IGBT模塊的需求是驚人的。舉例而言,每節地鐵車廂需要50個IGBT模塊,每節電力機車則需要100個,每節高速動車的需求量也不低于100個。
自“九五”開始到“十一五”,中國電動和混合動力客車產業已經經歷了10多年的發展。除了去年8月份啟動的科技部“863”計劃中有關節能和新能源汽車的內容之外,“十一五”第二階段中國還將投入4.13億用于技術研發,加上配套的23億資金,財政部于今年2月份啟動了旨在推動電動客車走向商運的10城千輛計劃。馬國偉指出,這同樣會催生市場對功率模塊產品的龐大需求。“發電機和馬達驅動的關鍵器件就是IGBT。”
英飛凌一直是綠色能源領域的倡導者。能源效率是英飛凌目前主攻的三個方向之一,它不僅是當今極端重要的一個問題,而且對子孫后代的生活環境和品質至關重要。
在風能領域,由于風電是一種極其不穩定的能源,風的強度每分種都在變化,一天中風力也不一樣,在一年四季中可能會面臨極端高溫、低溫以及颶風。作為風能的變換和控制關鍵器件,IGBT模塊會承受功率和溫度的頻繁變化,這會使得IGBT壽命縮短。在 IEC60747定義了相關壽命參數,即功率周次和溫度周次,這是IGBT模塊的重要可靠性指標。
英飛凌致力于IGBT模塊功率密度的提高。憑借十多年來在機車牽引中的IGBT模塊經驗,借助于第四代IGBT4芯片技術和對模塊工藝的改進,其較高工作結溫從125度提高到了150度,使得系統能效比有顯著提高,IGBT的壽命也大大增加,以滿足風力發電和電動汽車等新應用領域需求。目前采用IGBT4芯片的英飛凌的IGBT模塊功率周次比上一代產品在相同的工作條件下提高了5倍,新的封裝形式如PrimePack™ 溫度周次提高了7倍。
除了為風電市場提供IGBT產品,英飛凌也有功能完善的系統組件STACK 產品,包括IGBT模塊、驅動保護、濾波電容、直流母線、散熱器等一系列逆變器功率單元。我們成功地把這一產品引進到中國,使得國內風電廠商自主逆變器開發速度大大提高,解決風電供應鏈上較大的瓶頸。
能效是永恒的熱門話題,尤其是可回收能源以及更加高效的引擎驅動,而半導體是執行能效政策不可或缺的部分。
隨著可再生能源(譬如風力發電場和太陽能發電廠)不斷發展,分散發電將成為整個電力供應系統的重要組成部分。隨著常規資源的使用成本不斷上升,可再生能源的比例將繼續上漲。多家機構預計,到2030年,可再生能源在全球能源消費總量中所占的份額將大幅上升。其中,美國能源信息管理署估計這一比例約為8%,綠色和平組織和歐洲可再生能源委員會的預測更是高達30%。英飛凌的芯片和模塊為風力、太陽能等可再生能源的生產創造了條件。
在風能發電供應鏈中,除了葉片、齒輪箱以及發電機外,風電變流器已經成為主要瓶頸之一,而其主要組成部分也是IGBT模塊、IGBT系統組件以及雙極性模塊等。對于這些領域,英飛凌均有相應的IGBT模塊來滿足其發展需求。
針對上述三個在中國市場高速發展的重點領域,英飛凌已經做好了所有準備。馬國偉表示,該公司用于機車牽引的IGBT模塊目前主要有采用IHV封裝的6.5kV和3.3kV兩個電壓等級。此外,用于輔助變流器也有IHM封裝、電壓等級在1.7kV的IGBT模塊。而無論是哪種封裝,牽引級IGBT模塊都擁有更小巧的體積、更堅固的機械結構以及更低的熱阻。至于電動和混合動力客車方面,則有采用第四代IGBT芯片的PrimePACK大功率模塊,峰值功率可達180kW,較高結溫175℃。風能發電部分,較新的產品有基于成熟的ModSTACK平臺和PrimePACK IGBT模塊而開發的IGBT系統組件ModSTACK HD。據稱,采用模塊化設計的這種組件在相同的機箱面積中增加了54%的功率,較高輸出功率可達2MW。
來看此次PCIM上英飛凌特別帶來的MIPAQ Base量產模塊。據稱,MIPAQ系列包括三大類產品,除了內部集成電流取樣電阻的IGBT三相逆變橋MIPAQ base已經量產之外,還有又集成了全數字化電流測量功能、提供電流隔離輸出信號的MIPAQ sense以及集成了驅動、溫度檢測元件的MIPAQ serve模塊。后兩者目前僅提供樣片,預計09年Q3量產。
馬國偉介紹,MIPAQ base和MIPAQ sense都基于廣泛使用的EconoPACK3封裝,取樣電阻通過DCB襯底進行散熱,從而維持了高精度的電流采樣,免除了PCB高溫。特別的,MIPAQ sense在電流測量方面采用了英飛凌特有的無芯變壓器(CLT)技術,提供電器隔離,無需額外光耦,方便控制器直接讀取。
與其他兩類MIPAQ模塊不同,MIPAQ serve采用了全新的EconoPACK4封裝。其特點是采用螺栓型功率端子,交直流側在兩側分開,以便簡化母排設計,同時還采用了超聲波焊接技術和6單元電路結構。三電平電路的的設計有助于降低逆變器諧波。采用1200V IGBT4芯片。模塊較大電流200A。較后,馬國偉還特別強調了英飛凌在結構上的一項創新——該公司將驅動電路板置于了IGBT功率單元上方,這使得其結構更加緊湊,有助于減少系統尺寸。
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