半導體基礎(chǔ)功率模塊因其相對于傳統(tǒng)離散元件的諸多優(yōu)勢而變得越來越突出。在不斷發(fā)展的功率電子領(lǐng)域，選擇半導體基礎(chǔ)功率模塊與離散元件對效率、可靠性和整體系統(tǒng)性能有著顯著的影響。

半導體基礎(chǔ)功率模塊的優(yōu)勢

半導體基礎(chǔ)功率模塊將多個組件集成到單一封裝中，與離散元件相比設(shè)計更為緊湊。模塊可以輕松集成從改善開關(guān)行為的電容器到電流測量的分流器和減少雜散電感的組件。

它們在尺寸受限和空間有限的電子系統(tǒng)中的空間效率至關(guān)重要，例如書籍大小的頻率逆變器、可再生能源系統(tǒng)和不間斷電源。半導體的放置確保了最大限度利用效率的小換流環(huán)路，并實現(xiàn)了一些用離散元件難以實現(xiàn)的功能。

另一個方面是提高了可靠性。在許多應(yīng)用中，可靠性比價格更重要。傳統(tǒng)的離散元件容易出現(xiàn)焊點故障和熱應(yīng)力等可靠性問題。另一方面，半導體基礎(chǔ)功率模塊采用先進的封裝技術(shù)設(shè)計，提高了熱性能并減少了元件故障的風險。它們提高的可靠性對于系統(tǒng)停機不是選項的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用至關(guān)重要。

可靠性包括熱性能。功率模塊通常采用先進的熱管理解決方案，如直接鍵合技術(shù)，以更高效地散熱。這降低了它們的工作溫度，延長了組件的使用壽命，并確保了長時間的穩(wěn)定性能。不同的直接銅鍵合(DCB)材料具有不同的熱屬性。雖然使用廣泛的材料是Al2O3，但AlN例如，提供了非常高的熱導率。因為更加脆弱，Si3N4是兩種材料的良好折衷。

簡化集成和降低組裝成本是一個重要話題。集成離散組件需要仔細考慮組件的放置、布線和熱管理。半導體基礎(chǔ)功率模塊通過將多個組件集成到單一封裝中簡化了集成過程。這降低了組裝成本，簡化了制造過程，使電子系統(tǒng)更快地上市。由于模塊帶有對散熱器的電氣絕緣，可以附帶一層預涂的熱界面材料，并且只需要有限數(shù)量的螺絲即可安裝，因此可以省略幾個步驟。

最后，與離散元件相比，功率模塊實現(xiàn)了更高的功率密度。通過在緊湊的形式因素中緊密包裝組件，半導體基礎(chǔ)模塊可以在更小的空間內(nèi)提供更多的功率。這在功率效率和尺寸限制關(guān)鍵的應(yīng)用中特別有優(yōu)勢，例如太陽能逆變器和便攜式電子設(shè)備如焊接機，以及嵌入式驅(qū)動應(yīng)用中更為關(guān)鍵。

機械比較

在離散元件和功率模塊的機械處理和組裝方面進行更深入的比較揭示了它們之間巨大的差異。模塊本質(zhì)上是預測試的子系統(tǒng)。它們的制造商保證所有發(fā)貨的部件都通過了嚴格的機械和電氣測試。

另一方面，離散元件需要許多額外的、大部分是手工的過程，這些過程影響它們的可靠性：需要彎曲引腳，應(yīng)用熱界面材料，在一些情況下，還需要在散熱器上增加額外的電氣隔離。要處理的組件包括需要組裝、固定和焊接到PCB上，然后安裝到散熱器上的通孔組件，如TO-220、TO-264等。

它們被連接以形成逆變器階段、PFC電路或剎車斬波器。驅(qū)動應(yīng)用通常使用橋式整流器。挑戰(zhàn)總是盡可能使組裝無壓力，這很難，因為離散組件有不同的高度。

電氣行為比較

它們的電氣行為比較進一步揭示了離散組件的缺點。一方面，離散組件不能被定位以在換流路徑的情況下最優(yōu)地運行。

另一方面，由于它們的物理尺寸，離散組件在PCB上需要更多空間，不能像功率模塊中使用的IGBT和二極管那樣彼此靠得很近。因此，與功率模塊相比，離散組件的功率密度較低。

圖3突出顯示了在小功率應(yīng)用中使用離散組件和功率模塊的差異。

此外，并聯(lián)離散組件需要考慮更多的組件，而功率模塊可以簡單地用下一個更大的外殼尺寸替換。為了進一步方便處理，模塊可以提供帶有焊接引腳、壓裝引腳，并且根據(jù)要求，帶有預涂相變材料。