Ви повинні увійти в систему
-
WróćX
-
компоненти
-
-
Category
-
Напівпровідники
- Діоди
- Тиристори
-
Електро-ізольовані модулі
- Електроізольовані модулі | ВІШАЙ (ІЧ)
- Електроізольовані модулі | INFINEON (EUPEC)
- Електроізольовані модулі | Семікрон
- Електроізольовані модулі | POWEREX
- Електроізольовані модулі | IXYS
- Електроізольовані модулі | ПОСЕЙКО
- Електроізольовані модулі | ABB
- Електроізольовані модулі | ТЕХСЕМ
- Przejdź do podkategorii
- Випрямні мости
-
Транзистори
- Транзистори | GeneSiC
- Модулі SiC MOSFET | Mitsubishi
- Модулі SiC MOSFET | STARPOWER
- Модулі ABB SiC MOSFET
- Модулі IGBT | MITSUBISHI
- Транзисторні модулі | MITSUBISHI
- Модулі MOSFET | MITSUBISHI
- Транзисторні модулі | ABB
- Модулі IGBT | POWEREX
- Модулі IGBT | INFINEON (EUPEC)
- Напівпровідникові елементи з карбіду кремнію (SiC)
- Przejdź do podkategorii
- Драйвери
- Блоки потужності
- Przejdź do podkategorii
-
Електричні перетворювачі
-
Перетворювачі струму / датчики струму ф. LEM
- Перетворювачі струму із зворотним зв'язком (C/L) ф. LEM
- Перетворювачі струму із зворотним зв'язком (O/L) ф. LEM
- Перетворювачі струму з уніполярним живленням ф.LEM
- Перетворювачі по технології Eta ф. LEM
- Високоточні перетворювачі струму серії LF xx10
- Перетворювачі струму серії LH
- HOYS і HOYL - призначені для кріплення безпосередньо на провідниковій рейці
- Перетворювачі струму в технології SMD серій GO-SME та GO-SMS
- АВТОМОБІЛЬНІ перетворювачі струму
- Przejdź do podkategorii
-
Перетворювачі напруги | ЛЕМ
- Перетворювачі напруги серії LV
- Перетворювачі напруги серії DVL
- Прецизійні перетворювачі струму з подвійним магнітним осердям серії CV
- Тяговий перетворювач напруги DV 4200/SP4
- Перетворювачі напруги серії DVM
- Перетворювач напруги - DVC 1000-P
- Перетворювачі напруги - серія DVC 1000
- Przejdź do podkategorii
- Точні перетворювачі струму | LEM
- Przejdź do podkategorii
-
Перетворювачі струму / датчики струму ф. LEM
-
Пасивні компоненти (конденсатори, резистори, запобіжники, фільтри)
- Резистори
-
Запобіжники
- Мініатюрні запобіжники для електронних плат серії ABC і AGC
- Швидкі трубчасті запобіжники
- Повільні запобіжники з характеристиками GL / GG і AM
- Ультрашвидкі плавкі запобіжники
- Швидкі запобіжники: британський та американський стандарт
- Швидкі запобіжники. Європейський стандарт
- Тягові запобіжники
- Високовольтні запобіжні
- Przejdź do podkategorii
-
Конденсатори
- Конденсатори для електродвигунів
- Електролітичні конденсатори
- Снабберні конденсатори
- Конденсатори потужності
- Конденсатори для DC ланцюгів
- Конденсатори для компенсації пасивної потужності
- Високовольтні конденсатори
- Конденсатори великої потужності для індукційного нагріву
- Конденсатори для зберігання імпульсів та енергії
- Конденсатори DC LINK
- Конденсатори для ланцюгів змінного / постійного струму
- Przejdź do podkategorii
- EMI фільтри
- Іоністори (супер-конденсатори)
-
Захист від стрибків напруги
- Захист від перенапруги для коаксіального застосування
- Захист від перенапруг для систем відеоспостереження
- Захист від перенапруги для силових кабелів
- Розрядники перенапруги для світлодіодів
- Розрядники перенапруги для фотоелектрики
- Захист системи зважування
- Захист від перенапруги для Fieldbus
- Przejdź do podkategorii
- Przejdź do podkategorii
-
Реле та контактори
- Реле та контактори - теорія
- Напівпровідникові реле AC 3-фазні
- Напівпровідникові реле DC
- Контролери, системи управління та аксесуари
- Системи плавного пуску і реверсивні контактори
- Електромеханічні реле
- Контактори
- Оборотні перемикачі
-
Напівпровідникові реле AC 1-фазні
- РЕЛЕ AC 1-ФАЗНЫЕ СЕРИИ 1 D2425 | D2450
- Однофазное реле AC серии CWA и CWD
- Однофазное реле AC серии CMRA и CMRD
- Однофазное реле AC серии PS
- Реле AC двойное и четверное серии D24 D, TD24 Q, H12D48 D
- Однофазні твердотільні реле серії gn
- Однофазні напівпровідникові реле змінного струму, серія ckr
- Однофазні реле змінного струму ERDA та ERAA для DIN-рейки
- Однофазні реле змінного струму для струму 150А
- Подвійні твердотільні реле, інтегровані з радіатором для DIN-рейки
- Przejdź do podkategorii
- Напівпровідникові реле AC 1-фазні для друкованих плат
- Інтерфейсні реле
- Przejdź do podkategorii
- Індукційні компоненти
- Радіатори, варистори, термічний захист
- Вентилятори
- Кондиціонери, обладнання для шаф електричних, охолоджувачі
-
Батареї, зарядні пристрої, буферні блоки живлення та інвертори
- Батареї, зарядні пристрої - теоретичний опис
- Літій-іонні батареї. Спеціальні батареї. Система управління акумулятором (BMS)
- Батареї
- Зарядні пристрої та аксесуари
- Резервне джерело живлення ДБЖ та буферні джерела живлення
- Перетворювачі та аксесуари для фотоелектрики
- Зберігання енергії
- Паливні елементи
- Літій-іонні акумулятори
- Przejdź do podkategorii
-
Автоматика
- Futaba Drone Parts
- Кінцеві вимикачі, Мікровимикачі
- Датчики Перетворювачі
- Пірометри
- Лічильники, Реле часу, Панельні вимірювальні прилади
- Промислові захисні пристрої
- Світлові і звукові сигнальні установки
- Термокамери, Тепловізори
- LED-екрани
- Керуюча апаратура
-
Реєстратори
- Реєстратори температури з записом на стрічку і з цифровим індикатором - AL3000
- Мікропроцесорні реєстратори з екраном LCD серія KR2000
- Реєстратор KR5000
- Вимірювач з функцією реєстрації вологості і температури HN-CH
- Експлуатаційні матеріали для реєстраторів
- Компактний графічний реєстратор 71VR1
- Реєстратор KR 3000
- Реєстратор PC серії R1M
- Реєстратор PC серії R2M
- Реєстратор PC, USB, 12 ізольованих входів – RZMS
- Реєстратор PC, USB, 12 ізольованих входів – RZUS
- Przejdź do podkategorii
- Przejdź do podkategorii
-
Провід, літцендрат, гофровані рукави, гнучкі з'єднання
- Дроти
- Багатожильні дроти Lica
-
Кабелі і дроти для спеціальних застосувань
- Подовжувальні та компенсаційні дроти
- Дроти для термопар
- Приєднувальні дроти для датчиків PT
- Багатожильні дроти темп. -60C до +1400C
- Дроти середньої напруги
- Дроти запалювання
- Нагрівальні дроти
- Одножильні дроти темп. -60C до +450C
- Залізничні дроти
- Нагрівальні дроти для вибухонебезпечних зон
- Przejdź do podkategorii
- Оболонки
-
Плетені кабелі
- Плоскі плетені кабелі
- Круглі плетені кабелі
- Дуже гнучкі плетені кабелі - плоскі
- Дуже гнучкі плетені кабелі - круглі
- Мідні циліндричні плетені кабелі
- Мідні циліндричні плетені кабелі і кожуха
- Гнучкі заземлювальні стрічки
- Циліндричні плетені дроти з лудженої і нержавіючої сталі
- Мідні ізольовані плетені дроти PCV - температура до 85 градусів C
- Плоскі алюмінієві плетені дроти
- З'єднувальний набір - плетені дроти і трубки
- Przejdź do podkategorii
- Аксесуари для тяги
- Кабельні наконечники
- Ізольовані еластичні шини
- Багатошарові гнучкі шини
- Системи прокладки кабелю (PESZLE)
- Шланги
- Przejdź do podkategorii
- Zobacz wszystkie kategorie
-
Напівпровідники
-
-
- Постачальники
-
додатки
- Energy bank
- ІНДУКЦІЙНИЙ НАГРІВ
- Автоматизація HVAC
- Верстати з ЧПУ
- ВИМІРЮВАННЯ ТА РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ
- Вимірювання та регулювання температури
- ГІРНИЧОДОБУВНА ПРОМИСЛОВІСТЬ, СТАЛЕЛИВАРНІ КОМБІНАТИ, ГЗК
- ДВИГУНИ І ТРАНСФОРМАТОРИ
- ЕНЕРГЕТИКА
- ЗВАРЮВАЛЬНІ АПАРАТИ
- КОМПЛЕКТУЮЧІ ДЛЯ РОЗПОДІЛЬНИХ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ ШАФ І ШАФ УПРАВЛІННЯ
- МАШИНИ ДЛЯ ДЕРЕВООБРОБКИ ТА СУШІННЯ ДЕРЕВИНИ
- ПОЛІГРАФІЯ
- ПРИВІД ПОСТІЙНОГО І ЗМІННОГО СТРУМУ
- ПРИЛАДИ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИХ ЗОН (EX)
- ПРИСТРОЇ БЕЗПЕРЕБІЙНОГО ЖИВЛЕННЯ (UPS) І ВИПРЯМЛЯЧІ
- ПРОМИСЛОВІ ЗАСОБИ ЗАХИСТУ
- ПРОМИСЛОВА АВТОМАТИКА
- ТЕРМОФОРМОВОЧНІ МАШИНИ
- ТЯГОВИЙ ПРИВІД
-
монтаж
-
-
Montaż urządzeń
- Встановлення шаф
- Проектування та складання шаф
- Монтаж систем електропостачання
- Компоненти
-
Машини, створені на замовлення
- Автомобільна промисловість
- Фармацевтична промисловість
- Целюлозно-паперова промисловість
- Харчова промисловість і виробництво напоїв
- Гірничо-добувна промисловість
- Хімічна та нафтохімічна промисловість
- Ливарне виробництво
- Промисловість деревини та виробів з неї
- Промислова очистка води
- Przejdź do podkategorii
- НДДКР
-
Промислові тестери
- Силові напівпровідникові тестери
- Тестери електричних апаратів
- Тестери варисторів та розрядників перенапруг
- Автомобільний тестер запобіжників
- Тестер Qrr для вимірювання перехідного заряду в тиристорах та силових діодах
- Випробувач ротора автоматичних вимикачів серії FD
- Тестер перевірки пристроїв залишкового струму
- Тестер калібрування реле
- Випробувач візуальних випробувань поршневих штоків газових пружин
- Силовий тиристорний вимикач
- Тестер розбиття сітки
- Przejdź do podkategorii
- Zobacz wszystkie kategorie
-
-
-
Індуктори
-
-
Modernizacja induktorów
- Ремонт використаних дроселів
- Модернізація дроселів
-
Виробництво нових індукторів
- Загартовування колінчастих валів
- Загартовування зубів стрічкової пилки
- Нагрівання елементів перед прилипанням
- Загартовування колійних доріжок підшипників маточини коліс
- Загартовування компонентів трансмісії приводу
- Загартовування ступінчастих валів
- Нагрівання в стисних швах
- Скануюче затвердіння
- М'яка пайка
- Нагрівачі заготовок
- Przejdź do podkategorii
- База знань
- Zobacz wszystkie kategorie
-
-
-
Індукційні прилади
-
-
Urządzenia indukcyjne
-
Індукційні генератори опалення
-
Індукційні генератори опалення Ambrell
- Генератори: Потужність 500 Вт, частота 150-400 кГц
- Генератори: Потужність 1,2 - 2,4 кВт, частота 150 - 400 кГц
- Генератори: Потужність 4,2 - 10 кВт, частота 150 - 400 кГц
- Генератори: Потужність 10 - 15 кВт, частота 50 - 150 кГц
- Генератори: Потужність 30-45 кВт, частота 50-150 кГц
- Генератори: Потужність 65-135 кВт, частота 50-150 кГц
- Генератори: Потужність 180-270 кВт, частота 50-150 кГц
- Генератори: Потужність 20-35-50 кВт, частота 15-45 кГц
- Генератори: Потужність 75-150 кВт, частота 15-45 кГц
- Генератори: Потужність 200-500 кВт, частота 15-45 кГц
- Генератори: Потужність 20-50 кВт, частота 5-15 кГц
- Przejdź do podkategorii
- Індукційні генератори опалення Denki Kogyo
-
Індукційні генератори нагріву JKZ
- Генератори серії CX, частота: 50-120 кГц, потужність: 5-25 кВт
- Генератори SWS, частота: 15-30 кГц, потужність: 25-260 кВт
- Генератори (печі) для формування та ковки серії MFS, частота: 0,5-10 кГц, потужність: 80-500 кВт
- Плавильні печі MFS, частота: 0,5-10кГц, потужність: 70-200кВт
- Генератори UHT-серії, частота: 200-400 кГц, потужність: 10-160 кВт
- Przejdź do podkategorii
- Генератори ламп для індукційного нагріву
- Індукційні генератори опалення Himmelwerk
- Przejdź do podkategorii
-
Індукційні генератори опалення Ambrell
- Ремонт та модернізація
- Периферія
-
Програми
- Медичні програми
- Застосування для автомобільної промисловості
- М'яка пайка
- Паяння
- Паяння алюмінію
- Пайка магнітних інструментів з нержавіючої сталі
- Точна пайка
- Паяння в захисній атмосфері
- Пайка латунних та сталевих пробок радіатора
- Паяння спечених карбідів
- Пайка мідного наконечника і дроту
- Przejdź do podkategorii
- База знань
- Zobacz wszystkie kategorie
-
Індукційні генератори опалення
-
-
-
Сервіс
-
-
asd
- Сервісне обслуговування промислових охолоджувачів води та кондиціонерів
- Ремонт і модернізація машин
-
Ремонт и обслуживание силовой электроники, электроники и устройств промышленной автоматики
- Сервісне обслуговування інверторів, сервоприводів та регуляторів постійного струму
- Сервісне обслуговування фотоелектричних інверторів
- Сервіс гальванічних випрямлячів FLEXKRAFT
- Пропозиція ремонту обладнання
- Список відремонтованих пристроїв
- Ремонт машин для виготовлення банкнотних фольг
- Правила ремонту приладів
- Przejdź do podkategorii
- Високовольтні джерела живлення для електрофільтрів
- Промислові принтери і етикетировочні машини
- Certyfikaty / uprawnienia
- Zobacz wszystkie kategorie
-
-
- Контакт
- 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.
Leave a comment