中车时代电气成功研制大容量压接型IGBT

日期: 2017-12-26 11:28:36
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来源: 中车株洲所

近日,由中车时代电气完成的“3600A/4500V压接型IGBT及其关键技术”通过中国电子学会的鉴定,被认定为世界上功率等级最高的压接型IGBT。这一成果实现了国内压接型IGBT技术“从无到有”的跨越,打破了国外大功率压接型IGBT的技术和市场垄断。
 
高端装备领域再添核心利器
什么是压接型IGBT?它在外形上与晶闸管等器件类似,但是内部通过并联众多被称为“子单元”的部件来实现功率容量,芯片与电极之间的电气连接时,不采取常规引线或焊接的方式,而是通过压力实现。“在此基础上,我们还加入了大尺寸U形元胞压接型芯片、基于低温纳米银烧结的芯片强化、大面积方形陶瓷管壳并联均流封装等多项核心技术。”半导体事业部IGBT模块产品主管窦泽春介绍,如此一来,突破了芯片大规模并联压接封装中的压力均衡及电流均衡的技术难题,实现了器件特性与可靠性的双重提升。

与传统焊接型IGBT模块相比,压接型IGBT模块容量超大,具有高可靠性、失效短路模式等优点。

这样一款产品,到底能发挥多大的作用呢?目前,压接型IGBT器件主要应用在具有大功率容量、高可靠性要求的柔性直流输电、大型工业驱动、能源等高端装备行业。
以柔性直流输电领域为例。作为新一代直流输电技术,柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网增容改造、交流系统互联、大规模新能源并网等方面具有较强的技术优势。尤其是在探索新能源消纳方面,柔性直流输电已成为全球电力抢占的下一个制高点。目前,世界范围内至少有16个国家有柔性直流输电工程投运或在建。

压接型IGBT器件,就是柔性直流输电领域的核心器件,器件容量的大小,直接影响着柔性直流输电工程的输电效率。

正因如此,大容量压接型IGBT器件,可有效促进节能技术和低碳经济的可持续发展,也是支撑我国电网技术革新与产业发展的核心竞争力。

随着大规模分布式可再生能源接入、海上风电场并网送出、新型城市电网构建等应用领域的发展,压接型IGBT模块的市场需求快速增长。国内2016年投运了厦门柔直工程,2017年建设了渝鄂柔直工程,目前正在筹建和规划张北柔直工程和乌东德柔直工程,其中,仅张北工程容量可达3000兆瓦,需求3000A/4500V等级的压接型IGBT器件4万多只,总金额将达十几亿元。国内柔性直流输电市场容量将以每年500兆瓦的平均速度增长,未来五年间,世界范围内柔性直流输电的市场规模将达到1000亿元以上,市场规模巨大。

此次研发成功,势必将有效促进我国电力电子产业的发展升级和健康发展,提升国际竞争力。
 
突破国际巨头技术封锁实现国产化
能够攻克压接型IGBT的关键技术并成功试制,实属不易。

压接型IGBT的容量和技术发展,受制于常规芯片及压接式封装技术限制。目前,只有欧洲、日本等厂家拥有此类大容量压接型IGBT器件产品。

与这些国际巨头企业相比,中车时代电气研制的3600A/4500V 压接型IGBT模块,是目前市场可见产品中容量最大,且具备双面散热、长期稳定失效短路能力的器件,实现了国内大容量压接型IGBT技术“从无到有”的跨越,再次实现高端装备制造业“中国芯”的突破,一举打破国际巨头企业的技术垄断,引领和带动国内大容量压接型IGBT技术和产业的发展,并支撑了柔直电网技术和产业的革新发展。

这一切,皆源于中车时代电气一整套的研发创新技术平台。

多年来,该公司坚持自主技术创新,拥有中国株洲和英国林肯两地的功率半导体研发中心,整体研发团队超过200人,其中有30名博士以及70名硕士。中英两地研发中心开展广泛合作,共同推进IGBT芯片、模块和组件等方面的先进设计及工艺技术研发工作。

中车时代电气自主设计并建造的全球首条8英寸高压IGBT芯片专业生产线,攻克了高压IGBT制造关键技术和成套工艺,实现了1700V-6500V 系列IGBT芯片的产业化,打破国外技术垄断。此外,中车时代电气还具备3600A、6500V功率等级的IGBT模块测试及试验能力,以及完善的装置级可靠性试验平台,已打造出国内IGBT“芯片—模块—装置—应用”的完整产业链。

目前,由中车时代电气研制的大容量压接型IGBT模块,已在电网领域的多家企业的通过了柔直换流阀级的示范应用验证试验,达到了量产及工程化应用的要求。

针对压接式IGBT器件量产需求,目前中车时代电气已完成压接式IGBT中试生产线的布局规划及初期建设,预计2018年第一季度完成。

“3600A/4500V压接型IGBT及其关键技术”项目以国家工信部“倍增计划”、国家科技部“02专项”等重点项目为支撑,攻克了大容量压接型IGBT芯片及器件封装核心技术,完成3600A/4500V压接型IGBT器件(内部含反并联二极管)的研制,实现国内压接型IGBT技术和产品“从无到有”的跨越,并打破了国外大功率压接型IGBT的技术和市场垄断。

(通讯员:姜杨敏、刘伟、刘昳)

 

 

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