轨道交通用功率半导体器件应用技术研究

曹志芳

摘 要：功率半导体技术是发展大功率逆变器技术的主要技术。随着现有的基于硅的功率半导体器件的不断迭代优化，以及用于制造宽带半导体器件的新材料的工艺逐步成熟，其为轨道交通资源产业的持续发展作出了贡献，文章集中于功率半导体芯片技术，包括对模块封装组件进行了分析，主要分析了当前各种应用技术的最新发展，如冷却和散热、电磁兼容性等，以及能量转换效率和高可靠性。

关键词：轨道交通;功率半导体器件;应用技术

中图分类号：U270.38 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）04-001-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.001

大功率逆变器牵引技术的飞速发展正在加速中国轨道交通产业的飞跃。到2019年底，我国铁路总长度为13.9万km，建成了世界上第一条里程数达3.5万km的铁路。当前，我国成为轨道交通传输密度最高，网络状况世界上最困难的国家。根据复杂而高性能的工作环境，我国对轨道交通牵引装备的要求将逐渐提高。

1 轨道交通用功率半导体硅基芯片技术应用

通过过去30年的不断发展，硅裸片的单元尺寸稳步减小，裸片厚度稳步减小，并且性能参数已逐步优化。以英飞凌为例，其成功推出了第七代IGBT产品，该产品具有高电流密度、低功耗、高可靠性，以及将从125℃升高到175℃并向200℃发展。开发人员基于硅半导体芯片也开发了许多新材料，而且新工艺和新结构技术仍在创造中，此过程使用了许多先进技术，包括离子注入和微光刻。IGBT微电路制造工艺特征的最小尺寸从5μm更改为3μm，然后再到1μm，达到亚微米级别。……