半導(dǎo)體基礎(chǔ)功率模塊因其相對(duì)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(dǎo)體基礎(chǔ)功率模塊與離散元件對(duì)效率、可靠性和整體系統(tǒng)性能有著顯著的影響。

半導(dǎo)體基礎(chǔ)功率模塊的優(yōu)勢

半導(dǎo)體基礎(chǔ)功率模塊將多個(gè)組件集成到單一封裝中，與離散元件相比設(shè)計(jì)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?cè)诔叽缡芟藓涂臻g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(dǎo)體的放置確保了最大限度利用效率的小換流環(huán)路，并實(shí)現(xiàn)了一些用離散元件難以實(shí)現(xiàn)的功能。

另一個(gè)方面是提高了可靠性。在許多應(yīng)用中，可靠性比價(jià)格更重要。傳統(tǒng)的離散元件容易出現(xiàn)焊點(diǎn)故障和熱應(yīng)力等可靠性問題。另一方面，半導(dǎo)體基礎(chǔ)功率模塊采用先進(jìn)的封裝技術(shù)設(shè)計(jì)，提高了熱性能并減少了元件故障的風(fēng)險(xiǎn)。它們提高的可靠性對(duì)于系統(tǒng)停機(jī)不是選項(xiàng)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(jìn)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(shí)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(dǎo)率。因?yàn)楦哟嗳酰琒i3N4是兩種材料的良好折衷。

簡化集成和降低組裝成本是一個(gè)重要話題。集成離散組件需要仔細(xì)考慮組件的放置、布線和熱管理。半導(dǎo)體基礎(chǔ)功率模塊通過將多個(gè)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(duì)散熱器的電氣絕緣，可以附帶一層預(yù)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(gè)步驟。

最后，與離散元件相比，功率模塊實(shí)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(dǎo)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(jī)，以及嵌入式驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中更為關(guān)鍵。

機(jī)械比較

在離散元件和功率模塊的機(jī)械處理和組裝方面進(jìn)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(yù)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(yán)格的機(jī)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(dòng)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?yàn)殡x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(jìn)一步揭示了離散組件的缺點(diǎn)。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(yùn)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(gè)更大的外殼尺寸替換。為了進(jìn)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(yù)涂相變材料。