雙極模塊在工業工頻應用中仍然是一種穩健且具有成本效益的解決方案。盡管此類電路的基本操作方式沒有變化，但功率模塊的封裝技術卻在不斷進步。自1975年SEMIPACK隔離底板整流模塊問世以來，它已發展成為一個覆蓋多種電流和拓撲的大型產品系列，成為50/60Hz整流器和交流控制器的標準，并廣泛應用于電機驅動、不間斷電源(UPS)系統及過程控制等市場。

SEMIPACK產品系列(圖1)目前涵蓋了六種不同外殼，內置二極管和/或晶閘管，其額定電流從60A(SEMIPACK 1)到超過1300A(SEMIPACK 6)不等。

這些模塊被配置為非控整流(二極管/二極管)、半控整流(晶閘管/二極管)和全控整流(晶閘管/晶閘管)。晶閘管/晶閘管模塊還可以輕松配置為用于交流控制的反并聯連接。這些模塊的結構在整個系列中有所不同。低功率模塊采用線焊和焊接連接，而大功率模塊則采用類似于膠囊器件的壓力結構。

六種外殼尺寸中的每一種都經歷了各自的修訂。最初的型號SEMIPACK 1已經過五代改進，以保持其市場領先地位。目前，第六代SEMIPACK 1.6已推出，覆蓋了全系列電流額定值。這一改進為所有雙極應用帶來了更高的性能和電流能力。

模塊結構

SEMIPACK 1模塊采用了成熟的引線框架、芯片-基板和底板結構。這些20mm寬模塊中使用的銅底板不僅提高了熱擴散性能，還為不同類型的散熱器提供了堅固的安裝表面。在第六代SEMIPACK 1中，內部結構得到了優化。這些改進提高了熱性能并減少了材料使用量，大幅提升了成本/性能比。

首先，雙極半導體芯片下方的材料堆疊被大幅簡化(圖2，頂部)。這顯著降低了從芯片到底板的熱阻(Rth(j-c))。與上一代相比，SEMIPACK 1.6實現了器件穩態熱阻下降46%(圖2，底部)。

其次，SEMIPACK 1.6的底板尺寸有所減小。這不僅節約了寶貴的銅資源，使模塊的總重量從95克減至75克(減少18%)，而且在之前的SEMIPACK模塊中，底板需要通過螺絲孔提供安裝壓力以固定模塊到散熱器上，這要求底板有復雜的彎曲設計以在安裝后確保與散熱器的均勻接觸。在SEMIPACK 1.6的“混合”設計中，底板被增強塑料外殼包裹，并提供安裝壓力。這種改進大大簡化了底板幾何設計，從而顯著增加了芯片下方散熱器的有效接觸面積。底板與散熱器之間改進的金屬-金屬接觸面積還意味著需要的熱界面材料更少。與上一代相比，SEMIPACK 1.6的外殼到散熱器的整體熱阻Rth(c-s)減少了35%(圖3)，典型值為0.09K/W。

應用性能

第六代SEMIPACK的熱性能改進在典型電路運行中的半導體結溫表現上尤為明顯。工業中最常見的電路之一是由電網供電的三相橋式整流器。這種電路可以很容易地用三個SEMIPACK 1模塊在一個散熱器上構建。橋式整流器的輸入為典型的電網電壓(如400VAC，50Hz)，直流輸出被濾波后為典型負載(如逆變器)提供電流。這種電路可以使用Semikron Danfoss網站提供的在線SemiSel仿真工具輕松仿真。這個免費工具包含了所有SEMIPACK型號的仿真模型，可以快速提供特定條件下的半導體結溫。在此示例中，散熱器上的三個SEMIPACK模塊通過強制風冷散熱，入口空氣溫度為45°C。假設整流器輸出端的逆變器驅動電機，則通常需要考慮一次持續3秒的180%過載。

在這些條件下，可以比較第五代和第六代雙二極管(SKKD)SEMIPACK的性能(圖4)。首先對第五代SEMIPACK 1進行仿真，在三相整流橋的輸出電流使結溫在過載條件下達到推薦運行極限時記錄輸出電流值。如行業內常見的設計規則，推薦的運行結溫極限一般比數據表中的最大結溫低10°C。

例如，當三相整流器的輸出電流為207ADC(3秒過載條件)時，第五代SKKD 81幾乎達到其推薦的運行極限(115°C)。然而，在相同操作條件和輸出電流下，第六代等效器件(SKKD 95)的結溫僅達到103°C。此外，第六代SEMIPACK已通過認證，允許器件的最大結溫Tj,max達到130°C。相比第五代的大部分器件，這意味著結溫提升了5°C。在應用之前提到的10°C運行余量后，第六代器件可以在120°C的條件下連續運行。

產品系列

新推出的SEMIPACK 1.6系列(圖5)覆蓋了與第五代相同的電流范圍，同時擴展了上限電流能力。改進后的設計使雙二極管封裝在Tc = 85°C條件下可實現IFAV = 143A。對于裝備晶閘管的封裝(SKKH和SKKT)，其電流額定值為ITAV = 145A(Tc = 85°C)，在20mm封裝中達到了市場最高水平。浪涌電流能力也同樣處于行業領先水平，ITSM = 2210A @ Tj = 130°C。

鑒于400/480V網絡的廣泛使用，所有SEMIPACK 1.6均具有1600V的反向阻斷電壓。此外，還將提供1800V的器件。

總結

第六代SEMIPACK 1延續了從最初隔離型功率半導體模塊開始的創新傳統。通過減少材料使用，SEMIPACK 1.6為電子行業的可持續發展貢獻了力量，同時提高了熱性能。隨著每新一代SEMIPACK的推出，其成本/性能比持續提升，確保其繼續成為所有工業應用中首選的整流模塊。