逆變焊機技術(shù)在在過去二十多年，經(jīng)歷了晶閘管，大功率晶體管，MOSFET場效應(yīng)管，最終IGBT方案占據(jù)了主導地位，在單相手提式逆變焊機中，600V (650V) IGBT成為設(shè)計主流，各大焊機廠商也想方設(shè)法利用IGBT方案提高焊機功率密度，降低成本，減輕焊機重量。在單管IGBT中，尤其以TO-247封裝650V單管產(chǎn)品為主流，各大廠商都推出了相應(yīng)的適用于焊機應(yīng)用的產(chǎn)品，其中英飛凌的上一代600V H3和T系列產(chǎn)品已經(jīng)在焊機市場上占有很大的份額，英飛凌最新一代的TrenchstopTM 5系列產(chǎn)品中，H5（適合開關(guān)頻率30-70KHz）和S5（適合開關(guān)頻率15-40KHz）系列產(chǎn)品又在上一代600V IGBT芯片技術(shù)上進一步性能優(yōu)化，設(shè)計也逐漸占據(jù)焊機市場主流。

D2PAK貼片式封裝的應(yīng)用，在各種設(shè)計中也非常流行，非常適合大規(guī)模自動化生產(chǎn)。另外，由于是表貼式焊接，IGBT芯片到散熱器的熱阻Rthj-h比TO-247傳統(tǒng)封裝采用導熱硅脂和散熱器安裝的方式Rthj-h要小很多。下圖1是IMS（絕緣金屬基板）的典型三層結(jié)構(gòu)，由于在上下兩層金屬之間，已經(jīng)包含有絕緣材料，兼具導熱功能， 所以D2PAK用回流焊方式表貼焊接在IMS板上的散熱要好很多，這樣也能節(jié)省散熱器的體積和重量，見圖4。成本方面，同等電流的D2PAK封裝比TO-247封裝要便宜，另外由于其管腳短，雜散電感要比TO-247封裝低得多

圖1. IMS（絕緣金屬基板）材料典型三層結(jié)構(gòu)

下圖2對比了IKB40N65EH5（D2PAK）和IKW40N65H5（TO-247）的關(guān)斷電壓波形.由于D2PAK封裝雜散電感（5nH）要比TO-247封裝（15nH）低得多，因此IKB40N65EH5在關(guān)斷時候，電壓過沖小了很多（VCE控制在500V之內(nèi)），大大降低了關(guān)斷過程中由于VCE電壓過沖太高引起IGBT失效的風險。同時相比TO-247封裝，開關(guān)損耗也降低了，進一步降低了散熱器重量，提升了功率密度。

圖2. D2PAK和TO247封裝IGBT，在關(guān)斷過程中VCE電壓過沖對比

英飛凌繼650V TrenchstopTM 5 IGBT推出后，適時的把650V TrenchstopTM 5 IGBT芯片和Rapid1二極管封裝在D2PAK中，是目前市場上功率密度最大的650V D2PAK產(chǎn)品。例如，帶滿電流續(xù)流二極管的產(chǎn)品，標稱電流達到40A，不帶續(xù)流二極管的單IGBT產(chǎn)品，標稱電流最大達到50A?；赥renchstopTM 5系列芯片封裝在D2PAK中的新產(chǎn)品，在英飛凌工業(yè)半導體官方微信公眾號上已經(jīng)有過介紹（650V IGBT采用表面貼裝D2PAK封裝實現(xiàn)超大功率密度），這里就不再贅述，或者參考英飛凌官網(wǎng)鏈接：（https://www.infineon.com/cms/en/product/power/igbt/igbt-discretes/trenchstop-5/trenchstop-5-in-d2pak/）

下面介紹一種用40A/650V D2PAK封裝產(chǎn)品（帶滿電流續(xù)流二極管）設(shè)計的160ADC MMA手提式單相焊機。

下圖3為焊機電路拓撲，采用半橋式逆變。

圖3. 160ADC MMA手提式單相焊機拓撲

圖4為焊機逆變功率部分（135*50*40mm），是由2片40A/650V D2PAK封裝IGBT IKB40N65EH5直接焊接在IMS電路板上。圖5為整個160ADC MMA手提式焊機的樣機設(shè)計，非常輕巧便攜！

圖4. 利用40A/650V D2PAK （IKB40N65EH5）設(shè)計的半橋逆變功率部分（貼片安裝在IMS板上），以及散熱器尺寸

圖5. 用40A/650V D2PAK （IKB40N65EH5）設(shè)計的160ADC MMA手提式焊機樣機

總結(jié)

英飛凌推出的基于650V TrenchstopTM5 IGBT技術(shù)封裝在D2PAK中，是目前市面上電流等級最高的產(chǎn)品，帶二極管封裝，IGBT標稱電流40A，不帶二極管封裝，IGBT標稱電流達到50A。

D2PAK封裝相比于TO-247封裝，雜散電感小， 開關(guān)損耗小，電壓過沖低，價格便宜，表貼安裝于IMS材料上，熱阻低，易于自動化焊接生產(chǎn)，故障率低，可靠性高。非常適合做小巧，輕便，低價，高可靠性的單相手提式焊機。