MITSUBISHI MOSFET User Manual

Changes for the Better 三菱 MOSFET 模块使用指南

MOSFET

装载 Trench（沟槽）MOSFET 硅片

模块使用指南

07A/2A/3A 系列

MOSFET 模块

FMH-0606-A

(1-47)

应用技术资料

Changes for the Better 三菱 MOSFET 模块使用指南

目 录

MOSFET　 模块的特点············································································································· 3
　品种一览表····························································································································· 4
　术语说明································································································································· 5
　型号的命名方法 ····················································································································· 7
　构造········································································································································· 8
　关于安全规格（UL） ············································································································ 9
　如何正确并安全使用功率模块····························································································· 11
　功率模块的安装配置 ············································································································ 13

1. 电容器的安装配置

2. 安装上的注意事项

3. 热阻考虑 ···················································································································· 14

4. 导热硅脂的涂抹方法（例） ····················································································· 16

测试电路和波形 ···················································································································· 17
　功率模块的可靠性 ················································································································ 18

1. 前言

2. 半导体器件的可靠性概论

2.2 电力用半导体功率模块的失效原因 ········································································· 19

2.3 电力用半导体功率模块的热疲劳现象 ····································································· 20

3. 关于品质保证活动 ···································································································· 23

4. 可靠性测试 ················································································································ 25

5. 失效分析···················································································································· 26

6. 降额及可靠性的预测

7. 结论

MOSFET　 模块的使用方法···································································································· 27

1. MOSFET 模块的特性

2. 防静电破坏的注意事项

3.

关于降额

4. 实际使用中的注意事项····························································································· 28

5. 开关损耗 ···················································································································· 35

6. 并联···························································································································· 37

7. 功率损耗和结温 ········································································································ 39

平均功耗简易计算式 ············································································································ 43
　安全设计注意事项 ················································································································ 45

使用此手册时的注意事项

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MOSFET 模块的优点

1. 装载新的 Trench（沟槽）MOSFET 硅片

 与以往的功率 MOSFET 相比，导通电阻

大约降低了 20%

 采用 0.35µm 细微化技术。
 外延层的最优化伴随着元胞的狭窄化，提

高了 V

，降低了与 V

DSS

呈相反关系的

DSS

导电电阻。

 MOS 沟道的浅化

通过 MOS 沟道的浅化降低了沟道电阻。

注：以前没有装载 Trench（沟槽）MOSFET

硅片的模块产品。

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品种一览表

 MOSFET 模块

FM200TU-07A FM200TU-2A FM200TU-3A

FM400TU-07A FM400TU-2A FM400TU-3A

FM600TU-07A FM600TU-2A FM600TU-3A

关联产品

 混合集成电路（谏早电子株式会社制造，咨询网址：http://www.idc-com.co.jp/

）

VLA513-01

Changes for the Better 三菱 MOSFET 模块使用指南

术语说明
一般 1

项目 说明

MOSFET Metal Oxide Semiconductor FET 金属氧化膜半导体场效应晶体管
IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅双极晶体管
FWDi Free Wheeling Diode 续流二极管
IPM Intelligent Power Module 智能功率模块
tdead 死区时间 设置在上下桥臂晶体管之间的休止（无信号）时间
IPM（电动机） Interior Permanent Magnet Motor 内置永磁式电动机
PC Programable Controller 三菱电机的序列发生器的总称。一般情况下使用 PLC。
PLC Programable Logic Controller
PC Opto-coupler 光耦
CMR Common Mode Noise Reduction 光耦的输入输出之间共模电压的最大上升率。
CMH 可以维持既定的高电平，输入输出之间共模电压的最大上升率。
CML 可以维持既定的低电平，输入输出之间共模电压的最大上升率。

DBC® Direct Bond Copper 是一种直接将铜电路板直接烧结在陶瓷基板上面的技术，是东

芝材料株式会社（株式会社东芝显示器、零部件材料总括）的
注册商标。
通过硬焊材将陶瓷与铜电路板结合在一起的称作活性金属铜电
路（Active Metal Brazed Copper:AMC）基板。

HIC Hybrid Integrated Circuit 生产混合集成电路的村田制作所株式会社的注册商标。
UL Underwriters Laboratories 美国的安全标准之一。美国保险业者安全试验所认定。三菱功

率模块的 UL 认定品符合 UL1557。

RoHS Ristriction of Hazardous Substances 禁止在电气产品中使用 4 种重金属与 2 种溴类阻燃剂的规定。

“基本概念是，原则上在 2006 年 7 月 1 日之后禁止在电气设备
的新产品上使用铅、水银、镉、六价铬的重金属、溴化物阻燃
剂 PBB 和 PBDE，目标是在电气产品中不含有这些物质。”

WEEE：waste electrical and electronic equipment
http://www.tuvps.co.jp/what/n

2002win/weee.html

一般 2

符号 项目 定义或说明

Ta 环境温度 以自冷或风冷的方式使用的情况下不受发热体的影响的点的空气温度。
Tc 外壳温度 模块的外壳（底板）上规定点的温度。
Tf 散热器温度 散热器（散热器或散热片）。
Tc’ 外壳温度 与 Tc规定点不同的点定义的温度。

绝对最大额定

符号 项目 定义或说明

V

漏极源极间电压 在额定结温范围内在栅源极短路的状态下，漏源极间允许短时间施加的最高

DSS

电压。

V

栅源极间电压 在额定结温范围内在漏源极短路的状态下，栅源极间允许短时间施加的最高

GSS

电压。

ID 漏极电流 在额定结温范围内，漏源极间允许连续流过的最大电流。
IDM 漏极电流 在指定的外壳温度下，漏源极间允许短时间流过的最大电流。
IS 源极电流 在内置的反向续流二极管的额定结温范围内，允许从源极流向漏极的最大电

流。

ISM 源极电流 在指定的外壳温度下，允许内置的反向续流二极管短时间从源极流向漏极的

最大电流。

PD 漏极损耗 在指定的外壳温度下，模块允许的最大功耗。
Tch 沟道温度 硅片能够允许的温度范围。
T

存放温度 在不通电进行存放的情况下允许的环境最高温度与最低温度。

stg

V

绝缘耐压 在主端子全部短路的状态下，在端子与底板之间允许施加的最高电压。

iso

- 安装扭矩 端子螺钉、安装螺钉的最大允许扭矩。

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电气特性

符号 项目 定义或说明

I

漏极漏电流 在栅源极短路的状态下，在漏极源极间输入了规定的电压

DSS

之后流动的漏极电流。

V

栅极阀值电压 在规定的条件下，通过规定的漏极电流所必需的栅源极间

GS(th)

电压。

I

栅极漏电流 在漏源极短路的状态下，在栅源极间输入了规定的电压之

GSS

后流过的栅极电流。

V

C

C

C

t

tr 开通上升时间 开通时，漏极电流从最终值的 10％上升到 90％所需要的

t

tf 关断下降时间 关断时，从初始的漏极电流下降到 90％到下降到 10％所

Eon 开通损耗 开通时，从漏极电流上升到最终值的 10％起，至漏极-源

E

trr 反向恢复时间 在规定的条件下，内置的反向续流二极管的电流从正向切

Qrr 反向恢复电荷 在规定的条件下，内置的反向续流二极管的电流从正向切

Err 反向恢复损耗 内置的反向续流二极管恢复时的反向恢复电流与漏极-源

VSD 源极-漏极电压 内置的反向续流二极管流过规定电流产生的后降。
Rth 热阻 硅片消耗功率并达到热平衡状态时，消耗单位功率导致结

R
R
RG 外接栅极电阻 连接在模块与驱动电路之间的栅极电阻的允许范围。
Ta 环境温度 使用自冷或风冷的情况下不受发热体的影响的环境温度。
Tc 外壳温度 模块的外壳（底板）上规定点的温度。
Tc’ 外壳温度 与 Tc规定点不同的点定义的温度。

漏极-源极饱和电压 按照规定的条件通过规定的漏极电流之后的漏极源极间

DS(ON)

的电压。

小信号输入电容 按照规定的条件将漏极源极间进行了交流短路的情况下

iss

从栅源极间测得的模块内部的电容。

小信号输出电容 按照规定的条件将栅源极间进行了交流短路的情况下从

oss

漏极源极间测得的模块内部的电容。

小信号反馈电容 按照规定的条件将漏极源极间进行了交流短路的情况下

rss

从漏极源极端子间测得的模块内部的电容。

开通延迟时间 开通时，从栅极电压的 0％到漏极电流上升到最终值的 10

d(on)

％所需要的时间。

时间。

关断延迟时间 关断时，从栅极电压下降到 90%到漏极电流下降到 90％

d(off)

所需要的时间。

需要的时间。

极电压下降到关断时的 10％止，漏极电流与漏极-源极电
压的积的时间积分值。

关断损耗 关断时，从漏极-源极电压上升到最终值的 10％起，至漏

off

极电流下降到导通时的 2％止，漏极电流与漏极-源极电
压的积的时间积分值。

换到反向时，反向恢复电流流动的时间。

换到反向时，被蓄积在模块内部的电荷。即反向恢复电流
的时间积分。

极电压的积的时间积分值。

温相对于外部指定点的温度上升的值

热阻 从硅片到底板表面之间的热阻。

th(ch-c)

热阻 从模块底板表面到散热器之间的热阻。

th(c-f)

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型号的命名方法

耐压等级

耐压等级 VDSS（V） 推荐电源（V）

07 75 ～48

2 100 ～48
3 150 ～96

接线：6in1 没有在铭牌上面标注

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构造

MOSFET

旧产品

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关于安全规格（UL）

三菱功率模块通过 UL1557 认证。（文件号 E80271）
认证的型号名称，请在 UL 的主页上面进行确认。
（黄卡 E80276 目前尚未发行）

1. 点击下面的认证产品检索页面（2004.9.21 至今）的 UL File Number，在 UL File №栏中

输入卡片编号 E80276，然后点击 SEARCH 按钮。

http://database.ul.com/cgi-bin/XYV/temlate/LISEXT/1FRAME/index.htm

2. 由于显示下面的检索结果画面，所以如果点击 Link to File 栏中的 QQQX2.E80276，认

证产品的一览表（参照次页）就会显示出来。

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3. 认证产品一览表（部分）

4. 型号名称的读取方法

FM200TU-3A 的情况下，从四角的方框中的 Type FM Followed by 200，400，…-07A，

2A 或 3A 中出现 FM，200，TU，-3A 的组合。

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如何正确并安全使用功率模块

根据不同的使用条件（电气、机械性的应力、使用方法等），功率模块有时会受到损坏。

为了保证您能够安全地使用本公司的功率模块，请您遵守下列注意事项，正确使用。

注意

运输及搬运方法

存放方法

长期存放

使用环境

阻燃性能说明

防静电措施

(1) 在运输中请按照正确的方向放置包装箱。如果施加不自然的外力，

如倒放、竖放，就会造成电极端子的变形或树脂盒的损坏。

(2) 如果抛掷或坠落，就会造成模块的损坏。
(3) 如果潮湿，在使用时就会发生故障。在雨雪天气中进行运输的时候

请采取措施防止潮湿。

存放本产品的场所的温度及湿度比较理想的是 5-35℃，45-75％的
常温常湿范围内，如果在过于偏离这样的温度和湿度的环境下，那么模
块的性能和可靠性就会降低。

如果长期（超过 1 年）存放本产品，请采取除湿措施。另外，在经
过长期存放之后，在使用的时候请确认外观无损伤、污损及生锈等变化。

在直接附着水或者有机溶剂的场所、产生腐蚀性气体的场所或者有
爆炸性气体、粉尘的等的场所使用可能引发重大事故，因此请务必避开。

虽然在填充环氧树脂及外壳材料中使用的是 UL 标准的 94－V0 认
证产品，但并非绝对不会燃烧。

在功率模块产品中，对于具有 MOS 栅构造的产品请务必遵守下列
要求，以防止静电所造成的破坏。

(1) 对于静电平衡的注意事项

如果在人体或包装材料上面带有的静电或栅源极之间输入过高的
电压（超过±20V），那么模块就有可能损坏。预防静电的基本措施中比
较重要的是，只要存在产生静电的可能性就要进行控制，以及迅速放掉
带电的电荷。
① 搬运和存放时请勿使用容易带静电的容器。
② 绝对不要用手在端子之间触摸。
③ 进行安装的时候，请将使用的设备或人体接地之后再进行作业。另

外，我们推荐作业台的表面及作业台周围的地板要铺上具有导电性
能的垫子，进行接地处理。

④ 如果安装了模块的印刷电路板上面栅源极间处于开路状态，那么印

刷电路板上面带有的静电就会造成破坏，所以必须注意。

⑤ 在使用焊烙铁的情况下，请将焊头接地。

(2) 栅源极间开路时的注意事项

① 在栅源极间开路的状态下，请勿向漏极源极间输入电压。
② 如果要拆卸模块，拆卸之前请将栅源极短路。

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注意

安装方法 将模块往散热器等上面安装的时候，如果一边安装过紧，那么应力

就会施加在模块内用于绝缘的陶瓷基板或硅片上面，从而造成模块的损
坏或性能降低。图 1 中对紧固的顺序进行举例说明。
（a）4 点紧固模块

预拧紧 ①→②→③→④
最后拧紧 ④→③→②→①

图 1 安装螺钉的紧固顺序

*：请将预拧紧的紧固力矩设定为最大额定的 20-30％。

为了最大限度地获得散热效果，需要最大限度地扩大接触面积，并

且将热阻设置到最低值。

在模块的安装面（参照图 2）请将散热器的平整度（翘曲、凹凸）

设置为－100µm-＋100µm 。另外，请将表面精加工设置在 Rz12 以内。

请在模块与散热器的接触面上面均匀地涂抹一层 100µm-200µm 左

右的热传导性能比较好的导热硅脂。

如果在模块与散热器的接触面上面涂抹导热硅脂，还可以对于防止
接触部位的腐蚀起到作用。但是涂抹的导热硅脂要选用在使用工作温度
范围内不变质、质量方面没有时效变化的产品。

紧固的时候要使用力矩扳手紧固到规定的力矩。如果紧固力矩过
大，就会和前述一样引起模块的损坏或性能的降低。

图 2 散热器的平面度

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功率模块的安装配置

1. 电容器的安装配置

在进行开关的时候，高频电流从电容器通过开关模块再返回到电容器的闭路中通过，发生高
di/dt。在该电路的配线比较长的情况下，配线电感所造成的 L·di/dt 电压就会作为关断浪涌电压被
施加到模块上面，如果它超过耐压值，就会达到雪崩电压，生成钳位电压。如果在这种状态下工
作，关断开关损耗就会增加。减少这种损耗的方法有以下几种：

(1) 使电解电容器与模块尽量靠近，以减少配线电感。
(2) 在模块的附近连接薄膜类的电容器，使高频电流形成旁路。
(3) 选择低阻抗型电解电容器。
(4) 使用模块吸收电路，对浪涌电压进行吸收。
(5) 降低模块的开关速度，使 di/dt 降低。

在上述方法中，对 MOSET 模块最为有效的是(1)和(5)。这是因为，采用 MOSFET 模块的场
合一般是高速运转，为了构成复杂的电路，不可无视吸收电路自身的配线所产生的电感。另外，
(1)尽管非常有效，但是由于目前的安装技术水平有限，只能尽量把配线缩短，不能完全抑制住
的浪涌电压则采用(2)、(4)、(5)的方法。但是，在采用方法(2)产生振荡的时候，有时将(2)中的电
容器设置为 RC，RCDi 吸收电路比较有效。

L

：连接电解电容器与 MOSFET 模块的配线电感。因为它是往返线路，所以配线越短，间隔

1

越窄，配线断面的周长越长，则配线电感越小。

L

：旁路电容器的引线电感。如果该电感比较大，电容的吸收效果就消失了。

2

L

：连接负载的配线电感。

3

2. 安装上的注意事项

在将模块安装到散热器上时，如果进行极端的单边紧固，那么就会在模块内用于绝缘的陶瓷
基板和硅片上面施加应力，会造成模块的损坏或性能的降低。

另外，为了最大限度地获得散热效果，有必要尽可能扩大其接触面积，将热阻降为最小。请
使用表面精加工 Rz6-Rz12、翘曲小于 100µm（表面粗糙度低于 10µm、相对于 100mm 长度的翘
曲低于 20µm）的散热器。

如果在模块与散热器的接触面上面涂抹导热硅脂，还可以对于防止接触部位的腐蚀起到作
用。但是涂抹的导热硅脂要选用在使用工作温度范围内不变质、质量方面没有时效变化的产品（表
1）。

请在底板上面薄薄地全面涂抹一层导热硅脂。考虑到底板及散热器的精度，涂抹的厚度
50-100µm 比较合适。

紧固的时候要使用力矩扳手紧固到规定的力矩。如果紧固力矩过大，就会和前述一样引起模
块的损坏或性能的降低。请尽量使用手工紧固。如果使用电动螺丝刀进行安装，有时会造成模块
的变形或损坏。
※关于螺紧的顺序等的详细说明请参照“如何正确并安全使用功率模块

”中的“安装方法”。

备注：数据表中记载的热阻为参考值。因为该值会随着导热硅脂的种类和涂抹的量而变化，
所以请根据实际使用的导热硅脂及散热器进行确认。目录中记载的热阻标准值是使用信越化学工
业株式会社的 G-746 时的数值。（G-746 虽然没有在信越化学工业株式会社发行的目录“散热用
硅”中刊登，但是在使用同目录中刊登的 G-747 的情况下对标准值也没有影响）

表 1 半导体用导热硅脂（例）

厂商 产品名称 备注

信越化学工业株式会社（信越 Silicon） G-746，G-747 等

详细情况请向厂商咨询。

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3．热阻考虑

模块规定的是硅片与外壳（底板）之间的热阻 R

之间的接触热阻 R

th(c-f)

。

及外壳与散热片（散热器或散热片）

th(ch-c)

热阻的基准点（外壳温度）一直以来定为底板的侧面，但现参照欧洲标准将其变更为硅

片的正下方。

各种产品的硅片的基准点请参照表 2。将热传导率为 0.92W/m·℃的散热用导热硅脂在模
块与散热器的接触面上面均匀地涂抹 50-100µm 左右，然后按照规定的力矩强度用规定的螺
钉进行紧固。接着在途中标示的位置安装热电偶，对底板及散热器的温度进行测量。（开一
个 0.8Ø 深度 3mm 左右的孔，插入 0.3Ø 的热电偶，用冲头从两侧开始打孔。）

z 注意事项

※ 热阻有时会由于使用的散热器的材料、面积和厚度的不同而有所变化。同一材料的散热

器面积越小、厚度越薄热阻就越大。

※ 热阻有时会由于导热硅脂的种类及涂抹量的不同而有所变化。

表 2 外壳温度测量基准点

FM200TU-07A，FM200TU-2A，FM200TU-3A（+：MOSFET）

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表 2（续）

FM400TU-07A，FM400TU-2A，FM400TU-3A（+：MOSFET）

FM600TU-07A，FM600TU-2A，FM600TU-3A（+：MOSFET）

注意：以前的安装螺钉是由客户自备的，主端子螺钉也由于种种原因中止了随带，这一点请您了解。

表 3

螺钉尺寸 种类 咨询地址（例） （2004/09/30 至今）

M6 x 12

带有垫圈和十字孔的六角螺栓 FC 技术株式会社 052-991-7311

M6 x 14

六角螺栓：符合 JIS B 1187 的产品。