Fabricación de Carcasas para Módulos de Potencia - Módulos IGBT, SiC, MOSFET y GaN

 

 

Introducción a los módulos de potencia

Los módulos de potencia son elementos esenciales del circuito que suministran energía a los dispositivos semiconductores mientras ofrecen una refrigeración eficiente y conexión a circuitos externos. Estos módulos están optimizados mecánica y térmicamente para facilitar el ensamblaje y una operación más confiable. Las estructuras comunes incluyen Módulos de Transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT), Carburo de Silicio (SiC), Transistor de Efecto de Campo de Semiconductor de Óxido Metálico (MOSFET) y módulos de Nitrógeno de Galio (GaN). La elección depende del rango de potencia y la frecuencia de operación. Los fabricantes de módulos de potencia diseñan estos componentes para satisfacer las necesidades específicas de diversas aplicaciones, desde electrónica de consumo hasta sistemas de energía renovable. Algunos de los proveedores OEM de Electrónica de Potencia más reconocidos del mundo confían en Layana Company para la fabricación de la carcasa del módulo de potencia, también conocida como envolvente del módulo de potencia, carcasas del módulo de potencia, carcasas de módulos de potencia, cajas de módulos de potencia, cubiertas de módulos de potencia, contenedores de módulos de potencia o incluso unidades de módulos de potencia, para módulos IGBT, SiC, MOSFET y GaN, incluyendo partes de moldeo por inserción incrustadas durante inyección de plástico, además de otros componentes como las placas base.

 

  

Las diferencias entre módulos de potencia IGBT, SiC, MOSFET y GaN

 

 

Nota: Esta tabla está destinada únicamente para fines de referencia, ya que proporciona una visión simplificada de estándares y tipologías. Layana ofrece esta información como una guía general. Se requiere una evaluación profesional completa para determinar qué tipo de módulo de potencia se adapta mejor a las necesidades específicas de su proyecto.

 

En el campo de la electrónica de potencia, los módulos SiC, MOSFET, GaN e IGBT tienen características únicas que los hacen adecuados para diferentes escenarios de aplicación, con diferencias distintivas en rendimiento, eficiencia y propiedades térmicas.

 

 

Módulos SiC: Autos deportivos de alto rendimiento con fuerte resistencia al calor

Los módulos SiC (Carburo de Silicio) son como autos deportivos que mantienen una alta velocidad siendo eficientes en combustible, presentando una eficiencia de conducción y rendimiento térmico muy altos. Exhiben bajas pérdidas de energía, lo que los hace ideales para lograr un rendimiento eficiente durante operaciones estables. Además, los módulos SiC tienen una excelente conductividad térmica y pueden soportar temperaturas de hasta 200°C o incluso más, permitiéndoles operar de manera confiable en entornos de alta temperatura. Esto los hace muy adecuados para aplicaciones de alta potencia y alta eficiencia, como vehículos eléctricos y equipos industriales.

 

Módulos MOSFET: Autos de aceleración rápida con manejo de temperatura limitado

Los módulos MOSFET (Transistor de Efecto de Campo de Semiconductor de Óxido Metálico) se pueden comparar con autos que aceleran muy rápidamente, sobresaliendo en escenarios que requieren operaciones de inicio y parada rápidas. Los MOSFETs tienen bajas pérdidas de conmutación y alta eficiencia, lo que los hace particularmente adecuados para aplicaciones de baja a media frecuencia, como convertidores DC-DC y módulos de gestión de energía. Sin embargo, su conductividad térmica es menor y solo pueden manejar temperaturas de hasta alrededor de 175°C, lo que los hace menos estables en aplicaciones de alta temperatura en comparación con SiC o GaN. La tecnología detrás de los MOSFETs es madura y su costo relativamente bajo los convierte en una opción ideal para muchas aplicaciones de potencia y frecuencia medias.

 

Módulos GaN: Autos de carreras miniatura Ágiles para aplicaciones de alta frecuencia y entornos con espacio limitado

Los módulos GaN (Nitrógeno de Galio) son como autos de carreras de alto rendimiento que pueden responder rápidamente y son muy ágiles. Tienen pérdidas de conmutación extremadamente bajas y velocidades de conmutación muy rápidas, lo que los hace efectivos en conmutación de alta frecuencia. Por lo tanto, los módulos GaN sobresalen en aplicaciones de alta frecuencia, como carga inalámbrica, fuentes de alimentación de alta frecuencia y amplificadores RF. Además, los módulos GaN ofrecen alta eficiencia y excelentes características térmicas, lo que les permite operar a temperaturas de hasta 200°C. También son adecuados para la miniaturización de módulos de potencia, adaptándose a dispositivos con espacio limitado como la electrónica de consumo. Estas propiedades hacen que los módulos GaN sean altamente competitivos en aplicaciones que requieren alto rendimiento y alta densidad de potencia.

 

Módulos IGBT: Camiones de largo alcance estables y confiables con eficiencia y conductividad térmica moderadas

Los módulos IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) se pueden comparar con camiones de largo alcance que ofrecen un rendimiento estable y una eficiencia decente. Tienen pérdidas de conmutación más altas, pero son muy efectivos durante la conducción continua de grandes corrientes (estado encendido), lo que los hace adecuados para aplicaciones que involucran alta corriente con baja frecuencia de conmutación, como accionamientos industriales y grandes fuentes de alimentación. La eficiencia de los módulos IGBT es moderada y su rendimiento térmico es promedio, pero aún juegan un papel indispensable en aplicaciones de alta potencia, donde la operación estable es crucial.

 

Resumen

1. Módulos SiC: Alta eficiencia, resistente al calor (más de 200°C), adecuado para aplicaciones de alta potencia y alto rendimiento.
2. Módulos MOSFET: Alta eficiencia, conmutación rápida, adecuado para aplicaciones de baja a media frecuencia, pero con manejo de temperatura relativamente menor (hasta 175°C).
3. Módulos GaN: Alta eficiencia, excelente rendimiento de conmutación de alta frecuencia, resistente al calor (hasta 200°C), ideal para miniaturización y aplicaciones con espacio limitado.
4. Módulos IGBT: Eficiencia y conductividad térmica moderadas, adecuado para aplicaciones estables que involucran alta corriente y baja frecuencia de conmutación.

 

Aplicaciones de los módulos de potencia

 

Tomando como ejemplo el IGBT, las aplicaciones relevantes son las siguientes:

1. Industria de semiconductores: Los módulos de potencia se utilizan comúnmente para producir y utilizar componentes electrónicos de potencia integrando dispositivos clave como MOSFETs e IGBTs para impulsar la eficiencia y la miniaturización, proporcionando un control de energía preciso en equipos de fabricación para asegurar la estabilidad de la producción, optimizando el uso de energía para ahorrar costos y abordando desafíos de disipación de calor debido al aumento de la densidad de potencia reduciendo la generación de calor y extendiendo la vida útil de los dispositivos.
2. Electrificación del transporte: En el sector del transporte, los módulos de potencia son fundamentales para Vehículos Eléctricos (EVs), vehículos híbridos y otras nuevas soluciones de transporte ecológicas. Los módulos de potencia optimizan el rendimiento, extienden el alcance y mejoran la eficiencia de carga. De hecho, el desarrollo de módulos de potencia es un gran contribuyente al éxito de las nuevas soluciones de movilidad y un gran impulsor para una adopción más rápida y amplia de nuevos tipos de productos y tecnologías ecológicas. Por ejemplo, también son un elemento crucial de las estaciones de carga y carga rápida. Al asegurar una conversión eficiente de energía y control de potencia, los módulos de potencia contribuyen a reducir los tiempos de carga, mejorar la utilización general de la energía y, por lo tanto, acelerar la electrificación de la flota de vehículos del mundo.

3. Robótica y automatización: Los módulos de potencia son esenciales en la robótica para alimentar brazos robóticos automáticos, robots habilitados para aprendizaje automático y otros sistemas de automatización industrial. Aseguran una operación eficiente y confiable, crucial para mantener un control preciso y alta productividad.
4. Energía renovable y sostenibilidad: En los sistemas de energía renovable, como paneles solares, inversores solares, turbinas eólicas, los módulos de potencia son críticos para convertir, transmitir y distribuir energía limpia de manera eficiente. Apoyan la transición global hacia un futuro más sostenible mejorando la confiabilidad y eficiencia de las fuentes de energía renovable.
5. Sistemas HVAC: En los sistemas HVAC, los módulos de potencia controlan y optimizan el funcionamiento de unidades de calefacción, ventilación y aire acondicionado. La gestión energética de estos dispositivos y sistemas depende en gran medida de los módulos de potencia, haciéndolos más eficientes y efectivos, reduciendo el consumo total de energía.

 

Especialmente el módulo IGBT es un componente crucial en los sistemas electrónicos de potencia modernos, diseñado para manejar corrientes y voltajes altos de manera eficiente. Comprender qué es un módulo de potencia y sus componentes clave es esencial para una integración efectiva del módulo de potencia y el desarrollo de soluciones completas de módulos de potencia.

 

 

Componentes clave de un módulo de potencia

Tomando como ejemplo el IGBT, la estructura del módulo de potencia es la siguiente:

1. Cable: Asegura conexiones eléctricas eficientes y transmisión de señales entre los componentes internos.
2. Placa Base (también llamada placa de refrigeración o placa base): Funciona como un disipador de calor para disipar el calor generado por los componentes internos.
3. Chip (Diodo): Actúa como un rectificador y protege el IGBT de picos de voltaje.
4. Chip (IGBT): Componente central responsable de la conmutación de potencia y el control de la energía eléctrica.
5. Cubierta: Proporciona protección externa y resguarda los componentes internos.
6. DBC (Direct Bonded Copper): Proporciona aislamiento eléctrico y conductividad térmica.
7. Carcasa: Protege los componentes internos de factores ambientales como calor, humedad y daños físicos.
8. Soldadura (Unión DBC): Mantiene la integridad estructural y la conectividad eléctrica entre el DBC y otros componentes.
9. Terminales:

• • Terminales de potencia: Se conectan a la fuente de alimentación externa.
  • Terminales de control: Reciben señales de control para la operación del módulo.

 

 

Nuestras capacidades de moldeo por inserción e inyección de plástico

 

Al combinar nuestra experiencia en subensamblaje, moldeo por inserción y estampado de chapa de metal, Layana proporciona soluciones completas de módulos de potencia para clientes, atendiendo las necesidades de empresas de clase mundial en la industria de electrónica de potencia, especialmente con la creciente demanda global de nueva energía, vehículos eléctricos y dispositivos inteligentes, el mercado de módulos de potencia está experimentando oportunidades sin precedentes. Layana se mantendrá a la vanguardia de los desarrollos tecnológicos, invirtiendo más recursos en la investigación y desarrollo de productos eficientes, confiables y de ahorro energético para satisfacer las necesidades en evolución de nuestros clientes.