最初，SKiM63/93模塊平臺使用硅IGBT和二極管芯片，采用燒結芯片連接技術使該產品具有出色的功率循環能力。今天，隨著頂部觸點采用AlCu綁定線連接，可靠性進一步提高，采用最新技術的SKiM63/93現已成為適用于要求苛刻的電源和負載循環應用的成熟解決方案。

SKiM63/93的獨特設計基于層壓母排結構和直流母線電容與基板之間的多個連接，提供非常低的雜散電感，使SKiM63/93適合使用SiC芯片組的高速開關操作，符合如電動汽車充電站等DC-DC轉換器所需。本文概述了芯片組和封裝的多功能組合以及由此產生的卓越性能。

圖1：模型設計和結構

SKiM63/93模塊的圖像如圖1所示。該模塊設計允許用戶簡單地將驅動印刷電路板組裝在SKiM63/93上，并用一組定位良好的螺釘固定IGBT驅動印刷電路板(PCB)。這些螺釘無需使用焊料即可將IGBT驅動器與SKiM63/93相連，它采用的是賽米控的獨特成熟的彈簧連接技術。這種無焊組件簡化了整個逆變器的設計，即使在現場進行維修和維護，也可以輕松接入驅動器。SKiM93的內部結構如圖2所示。顯示了低電感疊層母線的結構及其與基板的多個連接。通過使用三個單獨的實心母線將電源端子連接到Al2O3陶瓷基板，減少了從端子到功率半導體的靜態損耗和雜散電感。

圖2：SKiM93的內部結構

熱特性

‍在SKiM63/93產品的設計階段，另一個重要的焦點是熱性能。除了內部結構之外，產品還采用了高性能熱界面材料，形成了均勻分布的最佳厚度層。此外，選用低電感專用內部母線結構為IGBT和二極管芯片的定位提供了一定的自由度。利用這種靈活性，可以對IGBT和二極管芯片進行定位，使熱損耗在整個基板上分布更均勻。這樣可以避免局部損耗密度集中在陶瓷基板上而產生的限制熱性能的熱點。在IGBT和續流二極管芯片中產生的模擬損耗以及由此產生的整個陶瓷襯底上的峰值結溫分布減少了熱點的產生，同時使得利用廉價散熱器來設計功更大率的逆變器系統成為可能。

無銅底板的SKiM63/93的整體設計，在優化的水冷散熱器上采用預涂高性能導熱硅脂材料，消除了在現成產品中使用基板的額外熱阻—可以最大限度的使用芯片的功率，從而提高模塊的功率密度。這種優化配置所獲得的性能可媲美用于汽車應用的pin-finIGBT模塊的性能，但是避免了pin-fin結構中水泄漏的潛在風險，因為pin-fin結構需要將模塊與墊圈一起安裝到水冷散熱器上。

芯片技術

如今，SKiM63/93IGBT模塊平臺可以兼容多種芯片。電壓范圍從650伏到1200伏，阻斷電壓為1700伏。所用的IGBT芯片由領先的芯片供應商生產，在靜態損耗和關斷損耗之間實現不同的權衡，使用戶能夠根據具體應用條件來設計模塊。產品采用的二極管主要是最先進的賽米控CAL4二極管，在靜態損耗和動態損耗方面提供了前所未有的性能。作為產品組合的一部分，碳化硅二極管SKiM是高頻開關應用的理想選擇。

由于可用芯片和芯片組合的多樣性，SKiM模塊可以根據給定應用的需求進行定制，在某些應用中提供比標準模塊更好的性能。下圖比較了使用標準類型硅芯片的模塊與基于不同混合碳化硅(HSiC)芯片選擇的專用芯片組的性能。文中給出了在相同應用條件下的主要區別。

圖3：標準硅IGBT/硅二極管芯片組對比使用SKiM93的相同轉換器

圖3顯示了在fc=20kHz，VDC=600V，cosphi=0.8下運行的轉換器（使用基于標準硅IGBT/硅二極管芯片組的SKiM93）與相同轉換器（使用在基板上配備硅IGBT和硅二極管的SKiM93）之間的性能比較。

對于更苛刻的應用條件，例如在cos（φ）為-1的條件下運行，SKiM63/93提供了相應的靈活性來優化填充的二極管空間。圖4顯示了fc=20kHz，VDC=600V條件下運行時的優化結果。

圖4：在fc=20kHz，VDC=600V條件下運行時的優化結果

可靠性

熱循環效應在基板IGBT模塊中經常被提及，尤其是模塊本身的基板與陶瓷基板之間連接的老化效應.。隨著時間的推移，由于金屬基板和陶瓷基板的熱膨脹系數相差很大，溫度變化所產生的應力將會惡化熱連接的質量。這種效應往往是由金屬基板與陶瓷基板連接材料引起，主要是焊料。對于像SKiM63/93這樣設計時沒有基板的模塊族來說，這種失效模式已經完全消除了。

此外，賽米控IGBT模塊開發的任何可靠性增強技術都可以在SKiM63/93中使用。例如，十多年前賽米控引入了燒結工藝，這個工藝顯著地提高芯片背面與基板之間連接的可靠性。對于大多數基于Al2O3襯底的IGBT模塊，芯片和基板的連接是模塊過早失效的薄弱環節，采用燒結工藝則很好地解決了這個問題。

圖5：燒結模塊的強度約為焊接模塊的六倍

圖5顯示在80K的溫度波動下，燒結的SKiM63/93模塊的堅固性是焊接模塊的大約六倍。這種可選的燒結技術使得SKiM63/93比工業標準模塊對負載循環的魯棒性更強，使其成為大型伺服電機應用、電梯應用、電動汽車應用以及風力渦輪發電機轉換器應用的首選。

相較于普通的鋁綁定線，SKiM63/93也可與AlCu鍵合，可以滿足需要更多功率循環高魯棒性的應用場合。

圖6：AlCu焊線的橫截面

圖6顯示了AlCu焊線的橫截面，其中內部銅線完全被外部鋁護套覆蓋。如圖7所示，這種鋁包銅線以及精心選擇的引線焊接工藝參數，在80K的溫度波動下，魯棒性提高了4倍。

圖7：最先進的魯棒性和堅固性

結合這些核心技術，SKiM63/93平臺可在要求苛刻的負載條件變化時提供最先進的魯棒性和堅固性，其性能優于行業標準模塊。

產品概述:

SKiM63/93平臺可使用多種芯片技術和工藝。圖8顯示了該平臺的標準選項:

圖8：該平臺的標準選項

附件:

為SKiM63和SKiM93開發的柵極驅動適配器板如圖9所示。

圖9：為SKiM63和SKiM93開發的柵極驅動適配器板

SKiM63/93外殼概念采用了一個主印刷電路板（PCB），該主印刷電路板擰在支撐塑料圓頂上，提供模塊中的接觸彈簧系統和驅動器印刷電路板（PCB）之間的電氣連接。實際上，主印刷電路板（PCB）將IGBT驅動器固定到位，并為柵極電阻提供安裝空間。與SKiM63/93中使用的IGBT所需的柵極驅動性能相匹配，采用了最先進的混合信號ASIC來減少整體組件數量的工業標準SKYPER42 LJ 驅動器，非常適合安全地控制和保護SKiM典型應用中的模塊。該SKYPER42 LJ 如圖9所示，位于主印刷電路板（PCB）上。