Vous devez être connecté
-
revenirX
-
Composants
-
-
Category
-
Semi-conducteurs
- La diode
- Les thyristors
- Modules de puissance isolés
- Ponts redresseurs
-
Transistors
- Transistors | GeneSiC
- Modules MOSFET SiC | Mitsubishi
- Modules MOSFET SiC | STARPOWER
- Modules MOSFET SiC ABB
- Modules IGBT | MITSUBISHI
- Modules de transistors | MITSUBISHI
- Modules MOSFET | MITSUBISHI
- Modules de transistors | ABB
- Modules IGBT | POWEREX
- Modules IGBT | INFINEON (EUPEC)
- Composants semiconducteurs en carbure de silicium
- Aller à la sous-catégorie
- Circuits de commande
- Blocs de puissance
- Aller à la sous-catégorie
-
Transducteurs électriques
-
Transducteurs de courant LEM
- Transducteur de courant avec boucle de retour fermée (C/L)
- Transducteur de courant avec boucle de retour ouverte (O/L)
- Transducteur de courant alimenté en tension unipolaire
- Transducteurs en technologie Eta
- Transducteurs de courant de haute précision série LF xx10
- Transducteurs de courant série LH
- HOYS i HOYL – dédié au montage directement sur le jeu de barres
- Transducteurs de courant en technologie SMD série GO-SME et GO-SMS
- Capteurs de courant AUTOMOBILE
- Aller à la sous-catégorie
-
Transducteurs de tension | LEM
- Transducteurs de tension série LV
- Transducteurs de tension série DVL
- Transducteurs de tension de précision à double noyau magnétique CV
- Transducteur de tension de traction DV 4200/SP4
- Transducteurs de tension série DVM
- Transducteurs de tension DVC 1000-P
- Transducteurs de tension - Série DVC 1000
- Aller à la sous-catégorie
- Transducteurs de courant de précision | LEM
- Aller à la sous-catégorie
-
Transducteurs de courant LEM
-
Composants passifs (condensateurs, résistances, fusibles, filtres)
- Résistances
-
Fusibles
- Fusibles miniatures pour c.imp. série ABC et AGC
- Fusible rapides tubulaires
- Cartouches de courbe GL/GG et AM
- Cartouches ultrarapides
- Fusibles à action rapide (norme britannique et américaine)
- Fusibles à action rapide (norme européenne)
- Fusibles de traction
- Cartouche de haute tension
- Aller à la sous-catégorie
-
Condensateurs
- Condensateurs pour moteurs
- Condensateurs électrolitiques
- Condensateurs de type snubbers
- Condensateurs de puissance
- Condensateurs pour circuits continus
- Condensateurs de compensation de puissance
- Condensateurs de haute tension
- Condensateurs pour chauffage par induction
- Condensateurs pour impulsions
- Condensateurs DC LINK
- Condensateurs pour circuits AC/DC
- Aller à la sous-catégorie
- Filtres anti-interférences
- Supercondensateurs
-
Protection contre les surtensions
- Protection contre les surtensions pour les applications coaxiales
- Protection contre les surtensions pour les systèmes de vidéosurveillance
- Parafoudres de ligne électrique
- Protection contre surtensions pour LED
- Parafoudres pour le photovoltaïque
- Protection du système de pesage
- Protection contre les surtensions pour bus de terrain
- Aller à la sous-catégorie
- Aller à la sous-catégorie
-
Relais et contacteurs
- Théorie relais et contacteurs
- Relais statiques triphasés
- Relais statiques CC
- Régulateurs, circuits de commande et accessoires
- Démarrages progressifs et contacteurs inverseurs
- Relais electromécaniques
- Contacteurs
- Commutateurs rotatifs
-
Relais statiques monophasés
- Relais semi-conducteurs AC monophasés, série 1 | D2425 | D2450
- Relais à semi-conducteurs CA monophasés, séries CWA et CWD
- Relais à semi-conducteurs CA monophasés des séries CMRA et CMRD
- Relais à semi-conducteurs CA monophasés, série PS
- Relais semi-conducteurs AC double et quadruple, série D24 D, TD24 Q, H12D48 D
- Relais statiques monophasés, série GN
- Relais à semi-conducteurs CA monophasés, série CKR
- Relais AC monophasés SÉRIES ERDA ET ERAA pour rail DIN
- Relais CA monophasés pour courant 150A
- Relais à semi-conducteurs doubles intégrés à un dissipateur thermique pour un rail DIN
- Aller à la sous-catégorie
- Relais statiques monophasé pour c.imp.
- Relais d'interface
- Aller à la sous-catégorie
- Composants inductifs
- Radiateurs, varistances, protections thermiques
- Ventilateurs
- Climatiseurs et accessoires d'armoires électriques
-
Batteries, chargeurs, blocs d'alimentation tampon et onduleurs
- Batteries et Chargeurs - théorie
- Batteries Li-ion et non-standards. Systèmes de gestion des batteries (BMS)
- Batteries
- Chargeurs de batteries et accessoires
- Alimentation de secours UPS et alimentation tampon
- Convertisseurs de tension et accessoires pour photovoltaïque
- Stockage d'Energie
- Réservoirs de carburant
- Batteries lithium-ion
- Aller à la sous-catégorie
-
Automatique industrielle
- Futaba Drone Parts
- Interrupteurs de fin de course, micro-rupteurs
- Capteurs et convertisseurs
- Pyromètres
- Compteurs, Relais temporisés, Indicateurs de tableau
- Appareils industriels de protection
- Signalisation lumineuse et sonore
- Caméra thermique
- Afficheurs à LED
- Boutons et commutateurs
-
Enregistreurs
- Enregistreur de température à bande et afficheur numérique - AL3000
- Enregistreurs à microprocesseur avec ecran LCD série KR2000
- Enregistreur KR5000
- Indicateur avec fonction enregistrement de température et humidité HN-CH
- Matériaux consommables pour enregistreurs
- Enregistreur graphique compact 71VR1
- Enregistreur KR3000
- Enregistreur PC série R1M
- Enregistreur PC série R2M
- Enregistreur PC, 12 entrés isolées – RZMS
- Enregistreur PC, USB, 12 entrées isolées – RZUS
- Aller à la sous-catégorie
- Aller à la sous-catégorie
-
Câbles et chemins de câbles
- Fils
- Fils de Litz
- Câbles pour les applications spéciales
- Gaines
-
Tresses
- Tresses plates
- Tresses rondes
- Tresses très souples - plates
- Tresses très souples - rondes
- Tresses cuivre cylindriques
- Tresses cuivre cylindriques et protection
- Bandes de mise à la terre souples
- Tresses en acier zingué et inox
- Tresses isolantes en PVC - temp. 85°C
- Tresses plates en aluminium
- Kit de liaison - tresses et gaines
- Aller à la sous-catégorie
- Equipement pour la traction
- Cosses
- Barres flexible isolées
- Barre flexibles multicouches
- Systèmes de traçage des câbles
- Gaines annelées, tuyaux
- Aller à la sous-catégorie
- Voir toutes les catégories
-
Semi-conducteurs
-
-
- Fournisseurs
-
Applications
- Alimentations (UPS) et systèmes de redressement
- Automatisation HVAC
- Chauffage par induction
- Composants pour atmosphères potentiellement explosives (EX)
- Dispositifs de protection industriels
- Energy bank
- Équipements pour armoires de distribution, de contrôle et de télécommunications
- Impression
- L'automatisation industrielle
- L'automatisation industrielle
- Machines à souder et machines à souder
- Machines de séchage et de traitement du bois
- Machines pour le thermoformage des plastiques
- Machines-outils CNC
- Mesure et régulation de la température
- Mesure et régulation de la température
- Mines, métallurgie et fondation
- Moteurs et transformateurs
- Traction de tram et de chemin de fer
- Variateurs CA et CC (onduleurs)
-
Installation
-
-
Montaż urządzeń
- Montage d'armoires
- Conception et assemblage d'armoires
- Installation de systèmes électriques
- Composants
- Machines construites sur commande
- Travaux de recherche et développement R&D
-
Banc de test industriels
- Banc de test de semi-conducteurs de puissance
- Banc de test d'appareils électriques
- Banc de test de varistances et parafoudres
- Banc de test de fusibles d'automobile
- Banc de mesure de charge transitoire Qrr de thyristor et diodes
- Banc de test de rotor d'interruptuer série FD
- Banc de test de disjoncteurs différentiels de courant
- Banc d'étalonnage de relais
- Testeur d'essais visuels de tiges de piston de ressorts à gaz
- Commutateur à thyristor haute intensité
- Testeur de rupture de maille
- Aller à la sous-catégorie
- Voir toutes les catégories
-
-
-
Inducteurs
-
-
Modernizacja induktorów
- Réparation d'inducteurs usagés
- Modernisation des inducteurs
-
Production de nouveaux inducteurs
- Durcissement des vilebrequins
- Durcissement des dents de scie à ruban
- Chauffage des éléments avant collage
- Durcissement des chemins de roulement des roulements de moyeu de roue automobile
- Durcissement des composants de transmission d'entraînement
- Durcissement des arbres étagés
- Chauffage dans les joints de contraction
- Scanning durcissement
- Soudure tendre
- Chauffe-billettes
- Aller à la sous-catégorie
- Base de connaissances
- Voir toutes les catégories
-
-
-
Appareils à induction
-
-
Urządzenia indukcyjne
-
Générateurs pour chauffage par induction
-
Générateurs de chauffage par induction Ambrell
- Générateurs: puissance 500 W, fréquence 150-400 kHz
- Générateurs: puissance 1,2 - 2,4 kW, fréquence 150 - 400 kHz
- Générateurs: puissance 4,2 - 10 kW, fréquence 150 - 400 kHz
- Générateurs: puissance 10-15 kW, fréquence 50-150 kHz
- Générateurs: puissance 30-45 kW, fréquence 50-150 kHz
- Générateurs: puissance 65-135 kW, fréquence 50-150 kHz
- Générateurs: puissance 180-270 kW, fréquence 50-150 kHz
- Générateurs: puissance 20-35-50 kW, fréquence 15-45 kHz
- Générateurs: puissance 75-150 kW, fréquence 15-45 kHz
- Générateurs: puissance 200-500 kW, fréquence 15-45 kHz
- Générateurs: puissance 20-50 kW, fréquence 5-15 kHz
- Aller à la sous-catégorie
- Générateurs de chauffage par induction Denki Kogyo
-
Générateurs de chauffage par induction JKZ
- Générateurs de la série CX, fréquence: 50-120kHz, puissance: 5-25kW
- Générateurs de la série SWS, fréquence: 15-30kHz, puissance: 25-260kW
- Générateurs (fours) pour le formage et le forgeage série MFS (0,5-10 kHz)
- Fours de fusion MFS, fréquence: 0,5-10 kHz, puissance: 70-200kW
- Générateurs série UHT, fréquence: 200-400kHz, puissance: 10-160kW
- Aller à la sous-catégorie
- Générateurs de lampes pour le chauffage par induction
- Générateurs de chauffage par induction Himmelwerk
- Aller à la sous-catégorie
-
Générateurs de chauffage par induction Ambrell
- Réparations et modernisation
- Périphériques
-
Applications
- Applications médicales
- Applications pour l'industrie automobile
- Soudure tendre
- Brasage
- Brasage fort d'aluminium
- Brasage dur d'outils magnétiques en acier inoxydable
- Soudure de précision
- Soudure dans l'atmosphère
- Soudure des bouchons de dissipateurs thermiques en laiton et en acier
- Brasage des carbures frittés
- Souder la pointe de cuivre et le fil
- Aller à la sous-catégorie
- Base de connaissances
- Voir toutes les catégories
-
Générateurs pour chauffage par induction
-
-
-
Service
-
-
asd
- Service de refroidisseurs d'eau et de climatiseurs industriels
- Rénovation et modernisation des machines
-
Réparation d'appareils électroniques
- Service des onduleurs, servo variateurs et régulateurs DC
- Service d'onduleurs photovoltaïques
- Service des redresseurs de galvanoplastie FLEXKRAFT
- Offre de réparation d'équipement
- Liste des appareils desservis
- Réparation de filmeuse de billets
- Conditions pour les réparations et formulaire de demande de réparation
- Aller à la sous-catégorie
- Alimentation haute tension pour électrofiltres
- Imprimantes industrielles et étiqueteuses
- Certificats / agréments
- Voir toutes les catégories
-
-
- Contact
- Zobacz wszystkie kategorie
Robust High Voltage IGBT Power Modules Against Humidity and Condensation
Robust High Voltage IGBT Power Modules Against Humidity and Condensation
Mitsubishi Electric continuously improve the power device robustness even considering different environmental conditions like humidity and condensation.
By Eugen Wiesner, MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B. V.K. Nakamura, K. Hatori, MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION
Introduction
The power electronics is exposed to extreme environmental conditions during the operation like dust, temperature, humidity, vibrations or chemicals. The mission profile of the temperature and relative humidity has a wide range dependent on application and the location of operation.
In some mining applications the relative humidity level reach even almost 100% with condensation, drip and high pressure water spray for dust control [1].
Figure 1: Principle chip guard ring area with gel polarization effect
The IGBT power module as a key components of power electronics is suspended even to such harsh environment. Although the temperature influence on power semiconductor life-time was investigated quite intensively, the humidity was not taken into the account so far due to the missing life-time models or knowledge about failure mechanisms. Especially for case type high voltage IGBT power modules the humidity becomes important parameter due to the non-hermetic package design and the high electric field at semiconductor interfaces, like passivation area. As a result it was necessary to investigate the humidity caused failure mechanisms more deeply and to establish the needed life-time models.
In this article the Mitsubishi Electric investigation results are presented in regards to the humidity and condensation influence on high voltage IGBT power modules durability.
Humidity failure mechanisms and life-time model
The electromechanical migration (ECM) and aluminum corrosion are two possible and well described [2] failure mechanisms of power semiconductors caused by humidity. In the first case (ECM) a dendrite grow of Cu or Ag can be detected on the chip passivation area. In the second case the Aluminum metallization is corroded on the guard-ring.
Besides above described two failure mechanisms caused by humidity and requiring a long time influence Mitsubishi Electric found and published one other failure mechanism that may happen even after short humidity or condensation impact [4]. This failure may appear in case of gel polarization and surface charge accumulation at high voltage above guard ring area. In the figure 1 the principle structure of chip guard ring area with the gel polarization effect is shown. The moisture absorption in the module accelerates the polarization. From the polarization resulting surface charge accumulation above the chip’s guard ring area causes the blocking capability degradation of the device. This may finally lead to device failure.
Figure 2: Leakage current increase after condensation event
This phenomenon can be detected by leakage current increase after condensation event. The leakage current increase happens not immediately. It takes several seconds before the current rises after voltage is applied. In figure 2 the comparison of the leakage current characteristic between dry condition and after condensation is shown.
The knowledge of failure mechanism only is not enough to decide whether the power device will operate the desired time under given conditions. That’s why Mitsubishi Electric developed and proposed a life time model considering the humidity as below [2]:
LI is the estimated life time of the power device. The coefficients πH, πT and πV are the acceleration factors proposed by [3]. These factors, can be defined by HV-H3TRB measurements at different conditions. The LTb is the basic life time. It can be calculated from the transformation of different conditions used during the HV-H3TRB evaluation to only one reference condition for example 75%RH, 25°C and 1500V (for 3300V IGBT-Module)
In the following example it is shown how the humidity related parameters can be defined and calculated using 3300V IGBT Module. In the first step the humidity acceleration factor πH can be calculated using the results from two HV-H3TRB tests. One test (test A) was performed at 85% RH the second test (test B) was performed at 95% RH.
For this calculation the 50% Weibull distribution values were used. Other test parameters like temperature and voltage were kept same for both tests. Detailed evaluation result are shown in figure 3 below.
Figure 3: HV-H3TRB evaluation result with 3300V IGBT
Figure 4: Estimation of basic life-time from HV-H3TRB evaluation test results for 3300V IGBT
In the second step the empirical factor x using Peck’s model can be calculated as below:
In the final third step each testing point from HV-H3TRB evaluation can be transformed to the base line at reference conditions (75%RH, 25°C, 1500V) to define the basic life time (LTb).
All the transferred testing points from different HV-H3TRB test can be plotted into one Weibull diagram as shown in figure 4. As a result the basic life time can be estimated at the reference conditions fo example considering 10% probability value from this Weibull distribution.
From the established humidity life-time model the user can learn a lot. For example the IGBT-Module life-time curves can be drawn in humidity vs. temperature diagram to investigate the impact of temperature increase on the life-time as shown in figure 5. During the operation the absolute humidity is almost constant on the other hand the temperature is fluctuating. The diagram in figure 5 shows that even small increase of temperature by 4 °C at the same absolute humidity can increase the device life time by 30 times. That is why the starting of the inverter should be carefully considered because of low temperature.
Figure 5: Impact of temperature increase on the module life-time
IGBT-Module condensation test method
The original condensation test method to check power device robustness against condensation was proposed by Mitsubishi Electric in 2015 [4]. Before condensation event the power module was placed into the humidity chamber at the conditions of 85°C and 85%RH for 36 hours. This time is required to ensure that the humidity reached all parts inside the IGBT module. The power device will be like “saturated” with humidity. After the storage in the humidity chamber the samples will be cooled down rapidly from 85°C to 10°C using a heat sink outside the climate chamber. This rapid cooling event causes the condensation inside the power module. Finally the leakage current will be monitored after the condensation and compared with t characteristic before condensation. The worst case field conditions are usually not so hard as used during the performed condensation testing. According to IEC 60721-3-5 5K2 standard the pre-condition for rapid temperature change is 35°C and 95%RH. The testing with the conventional approach at such conditions would be very time consuming.
A new automatic condensation test approach was proposed by Mitsubishi Electric to perform the cycling condensation test more efficient using the humidity chamber [5]. This automatic test is helpful t derive the acceleration factors between the field conditions and the hard qualification tests. The proposed new test sequence for condensation test is shown in figure 6. Instead of cooling down the power module externally using the heatsink the climate chamber is used to generate the condensation. The advantage is that the comparable results to the conventional test can be achieved more efficient and quicker.
Figure 6: New test sequence for cycling condensation test
Latest high voltage IGBT module technologies
During the humidity investigation of the existing power modules the most sensitive design components were identified. The big influence on the device robustness against humidity had the selection of the proper silicone gel and the design of the chip passivation structure (guard-ring). Especially the passivation structure improvement leads to an enhancements of the device robustness against humidity. The invented by Mitsubishi Electric surface charge control (SCC) technology of the passivation area is the key factor to improve power device durability. It contains a semi-insulation layer above the Si guard ring structure as shown in figure 7.
Figure 7: Surface charge control technology
This semi-insulation layer avoids the accumulation of surface charges [6]. The latest X-Series high voltage power modules from Mitsubishi Electric use the SCC - technology.
The X-Series power device capability against condensation was tested using the above described cycling condensation test and compared to the conventional module. When evaluating the conventional module an acceleration factor of 80 was found between 85°C/85%RH and 36°C/95%RH. When comparing the new X-series with conventional design at 85°C/85%RH an improvement by more than 100 times was confirmed by testing. From these test results an unprecedented robustness against 8000 condensation events under IEC 60721-3-5 5K2 reference conditions can be derived for the new X-series, see Fig.8
Figure 8: X-Series technology against humidity and condensation in comparison to the conventional product
Conclusion
With the latest X-Series high voltage IGBT modules the device capability could be improved against the humidity and condensation. Also the basic approach to define the life time model for the humidity is established providing to the user the confidence of the proper inverter operation. On the other hand the upcoming SiC technology is still challenging especially considering the smaller structures and new materials. The lessons learned in the past with Si IGBT can be partially utilized and used also for SiC high voltage power modules in the future.
References
[1] Dustin Selvey, “Overview of the Unique Requirements and Challenges for Power Electronics in Mining Equipment” APEC, Long Beach, California, 2016.
[2] Y. Kitajima et al., “Lifetime Estimation Model of HVIGBT Considering Humidity,” PCIM Europe 2017, Nuremberg, Germany, 2017.
[3] C. Zorn and N. Kaminski, “Temperature Humidity Bias (THB) Testing on IGBT Modules at High Bias Levels,” CIPS 2014; Nuremberg, Germany, 2014.
[4] N. Tanaka, “Robust IVIGBT module design against high humidity”, PCIM 2015.
[5] K. Nakamura, “The test method to confirm robustness against condensation”, EPE 2019.
[6] S. Honda, T. Harada, A. Nishii, Z. Chen and K. Shimizu, “High voltage device edge termination for wide temperature range plus humidity with surface charge control (SCC) technology,” ISPSD 2016, Prague, 2016.
Laissez un commentaire