三菱電機(jī)發(fā)布新型XB系列HVIGBT模塊

新品發(fā)布

XB系列HVIGBT模塊（3.3kV/1500A型）

三菱電機(jī)集團(tuán)近日宣布，將于5月1日開始供應(yīng)其新型XB系列高壓絕緣柵雙極型晶體管（HVIGBT）模塊的樣品。該模塊是一款3.3kV/1500A的大容量功率半導(dǎo)體，專為軌道交通車輛等大型工業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)。通過采用專有的二極管和IGBT元件，以及獨(dú)特的芯片終端結(jié)構(gòu)，該模塊的抗?jié)裥缘玫斤@著提升，有助于提高在多樣化環(huán)境中運(yùn)行的大型工業(yè)設(shè)備逆變器的效率和可靠性。三菱電機(jī)將在PCIM Expo&Conference 2025（5月6-8日，德國紐倫堡）展出這款XB系列HVIGBT模塊。

能實(shí)現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)換的功率半導(dǎo)體正日益廣泛應(yīng)用于脫碳領(lǐng)域。用于大型工業(yè)設(shè)備的功率半導(dǎo)體模塊主要應(yīng)用于電力相關(guān)系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換裝置，包括軌道交通牽引系統(tǒng)、電源設(shè)備和直流輸電等領(lǐng)域。為提升電能轉(zhuǎn)換效率以實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)，市場對(duì)大型工業(yè)設(shè)備用功率半導(dǎo)體模塊提出了更高功率和更高效率的要求。此類模塊還需具備優(yōu)異的抗?jié)裥阅?，以確保在溫濕度變化劇烈的嚴(yán)苛環(huán)境（包括戶外應(yīng)用場景）中穩(wěn)定運(yùn)行。功率半導(dǎo)體芯片可分為實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換與輸出的有源區(qū)（active region）和穩(wěn)定電壓的終端區(qū)（termination region）。在高濕度環(huán)境下，需要更寬的終端區(qū)結(jié)構(gòu)來防止因潮濕導(dǎo)致的耐電壓性能劣化。然而，這帶來了一個(gè)技術(shù)矛盾：擴(kuò)大終端區(qū)會(huì)導(dǎo)致有源區(qū)變窄，使得功率半導(dǎo)體芯片難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率、低損耗性能與抗?jié)裥阅艿钠胶狻?/p>

新型3.3kV/1500A XB系列HVIGBT模塊采用了三菱電機(jī)專有的RFC（Relaxed Field of Cathode）二極管和載流子存儲(chǔ)式溝槽柵雙極型晶體管（CSTBT1）結(jié)構(gòu)的IGBT元件。特別值得一提的是，該模塊的總開關(guān)損耗較前代產(chǎn)品降低了約15%2，有助于提高逆變器的效率。同時(shí)，其反向恢復(fù)安全工作區(qū)（RRSOA）容限較前代產(chǎn)品擴(kuò)大了約25%3，進(jìn)一步增強(qiáng)了逆變器的可靠性。

此外，通過在芯片終端區(qū)域采用新型電場弛豫結(jié)構(gòu)4和表面電荷控制結(jié)構(gòu)5，三菱電機(jī)成功將終端區(qū)域面積縮小約30%，同時(shí)使產(chǎn)品抗?jié)裥赃_(dá)到現(xiàn)有產(chǎn)品的約20倍6，有助于提升高濕度環(huán)境下逆變器的運(yùn)行穩(wěn)定性。通過進(jìn)一步提高各類環(huán)境下大型工業(yè)設(shè)備逆變器的效率和可靠性，該模塊有望為碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)。

產(chǎn) 品 特 點(diǎn)

采用專有RFC二極管、IGBT元件及CSTBT結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更高效率、更可靠的逆變器

搭載三菱電機(jī)專有RFC二極管和CSTBT結(jié)構(gòu)的IGBT元件，總開關(guān)損耗較現(xiàn)有產(chǎn)品降低約15%2，顯著提升逆變器能效

專有RFC二極管將反向恢復(fù)安全工作區(qū)（RRSOA）容限較前代產(chǎn)品擴(kuò)大約25%3，通過抑制開關(guān)過程中反向恢復(fù)電流7和反向電壓8對(duì)器件的損壞，提高逆變器可靠性

專有芯片終端結(jié)構(gòu)提升抗?jié)裥?，保障逆變器穩(wěn)定運(yùn)行

芯片終端區(qū)域采用新型電場弛豫結(jié)構(gòu)和表面電荷控制結(jié)構(gòu)，較現(xiàn)有產(chǎn)品終端面積縮小約30%，抗?jié)裥阅芴嵘?0倍6，確保高濕度環(huán)境下逆變器穩(wěn)定運(yùn)行

外形尺寸與現(xiàn)有產(chǎn)品兼容，簡化逆變器設(shè)計(jì)

新模塊保持與現(xiàn)有產(chǎn)品9相同的外部尺寸，便于直接替換，從而簡化和縮短新逆變器的設(shè)計(jì)流程

主要規(guī)格

網(wǎng)站

1 采用載流子存儲(chǔ)效應(yīng)的專有IGBT結(jié)構(gòu)；CSTBT是三菱電機(jī)株式會(huì)社的商標(biāo)

2 在Tj=150℃、VCC=1800V、IC=1500A條件下，現(xiàn)有型號(hào)CM1500HC-66R與新產(chǎn)品在Eon+Eoff+Erec指標(biāo)上的對(duì)比

3 現(xiàn)有型號(hào)CM1500HC-66R與新產(chǎn)品在RRSOA區(qū)域內(nèi)VCE與Irr乘積Prr指標(biāo)上的對(duì)比

4 采用具有優(yōu)化布局的p型半導(dǎo)體區(qū)域且間距逐漸擴(kuò)大的專有結(jié)構(gòu)

5 采用半絕緣膜與半導(dǎo)體區(qū)域直接接觸的專有結(jié)構(gòu)，確保電荷穩(wěn)定耗散

6 XB系列與現(xiàn)有H系列產(chǎn)品的凝結(jié)阻力驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果（額定電壓3.3kV/額定電流1200A條件下）

7 二極管從正向切換至反向時(shí)產(chǎn)生的暫時(shí)反向電流

8 施加于二極管的反向電壓

9 與現(xiàn)有H系列3.3kV/1200A產(chǎn)品及R系列3.3kV/1500A產(chǎn)品的對(duì)比

關(guān)于三菱電機(jī)

三菱電機(jī)創(chuàng)立于1921年，是全球知名的綜合性企業(yè)。截止2024年3月31日的財(cái)年，集團(tuán)營收52579億日元（約合美元348億）。作為一家技術(shù)主導(dǎo)型企業(yè)，三菱電機(jī)擁有多項(xiàng)專利技術(shù)，并憑借強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和良好的企業(yè)信譽(yù)在全球的電力設(shè)備、通信設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化、電子元器件、家電等市場占據(jù)重要地位。尤其在電子元器件市場，三菱電機(jī)從事開發(fā)和生產(chǎn)半導(dǎo)體已有69年。其半導(dǎo)體產(chǎn)品更是在變頻家電、軌道牽引、工業(yè)與新能源、電動(dòng)汽車、模擬/數(shù)字通訊以及有線/無線通訊等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。