A fin de cumplir estos requisitos, la nueva serie R emplea FP-LPT-HVIGBT (Fine Planar MOSgate Light Punch Through HVIGBT) y estructuras SR-HVDi (Soft Reverse Recovery HV-Diode). Estos reducen las pérdidas totales y aumentan la corriente nominal a la vez que mantienen la compatibilidad mecánica con la serie H. La serie R se fabrica en un encapsulado con una tensión específica de aislamiento Vaisl= 10,2 kV que puede utilizarse en un amplio rango de temperaturas de funcionamiento comprendido entre -50 °C y 150 °C.

La serie R de IGBT de alta potencia ha sido desarrollada con objeto de cumplir los requisitos exigidos en aplicaciones en las cuales se exige un alto grado de fiabilidad en zonas geográficas frías, y de aumentar la potencia de salida del inversor sin tener que incrementar su volumen.
Los módulos IGBT de alta potencia de 4,5 kV y 6,5 kV aseguran, gracias a su estructura chip-LPT, una reducida potencia de disipación, además de una amplia RBSOA (Reverse Bias Safe Operating Area). Con una tensión de bloqueo de hasta 6,5 kV, los módulos IGBT de alta potencia de la serie R son unos de los módulos más potentes que existen actualmente en el mercado.

La tecnología de los chips de la serie R ofrece, entre otras, las siguientes ventajas:

-    Chip IGBT: pérdidas reducidas, controlabilidad de di/dt y dv/dt.
-    Chip del diodo: reducción de la corriente de recuperación inversa Irr.
-    Mayor robustez del SOA (SOA: Safe Operating Area, área de trabajo segura), coeficiente de temperatura positivo (PTC), para posibilitar una fácil conexión en paralelo.

La densidad de corriente del nuevo chip IGBT es un 94% de la densidad de corriente de un IGBT convencional, mientras que la del chip del diodo permanece inalterada. A corriente nominal y 125 °C, el nuevo IGBT trabaja a una tensión de saturación entre colector y emisor VCE(sat) un 30% más baja que los IGBT convencionales. Además, se reduce un 20% la corriente de pico del colector (o sea, la Irr del diodo) y, por consiguiente, un 10% la energía de encendido Eon del IGBT.

En suma, el nuevo IGBT mejora un 25% el compromiso entre VCE(sat) y Eoff sin que ello vaya en detrimento de la robustez. Con ayuda del nuevo diodo se mejora Eon al reducirse Irr, mientras que el comportamiento de recuperación inversa suave (Soft Reverse Recovery) hace que se conserven las propiedades de robustez de los diseños convencionales de diodos. Aparte de ello, se incrementa la temperatura máxima de funcionamiento de 125 °C a 150 °C, mientras que la temperatura mínima de almacenamiento aumenta de -40 °C a -55 °C. Pese al aumento de la temperatura de funcionamiento, los nuevos módulos alcanzan, además, la misma vida útil que los módulos convencionales de la serie H aun produciéndose las mismas oscilaciones de temperatura en la placa base del módulo. A diferencia de los módulos convencionales de IGBT de alta potencia de 4,5 y 6,5 kV, la nueva tecnología de soldadura de hilo (Wire Bonding) mejora, además, la capacidad de ciclos de potencia.

Mitsubishi Electric ofrece los módulos IGBT de alta potencia de la serie R en configuración “single” de 1200 A/4,5 kV  en encapsulado estándar (tensión de aislamiento Vaisl = 6 kV), así como 800 A/4,5 kV y 1200 A/4,5 kV en encapsulado de alto aislamiento (tensión de aislamiento Vaisl = 10,2 kV). Igualmente disponible está el módulo dual con diodo de libre circulación correspondiente y encapsulado de alto aislamiento. El módulo “single” de 750 A/6,5 kV de la serie R de 6,5 kV ya ha pasado de la fase de desarrollo a la producción en serie.

Mitsubishi Electric ha alcanzado un hito en el ámbito de los módulos de alta tensión al obtener la certificación IRIS (International Railway Industry Standard). Esta certificación le fue otorgada a Mitsubishi Electric como primera empresa japonesa en marzo de 2009. En las fábricas de dispositivos de potencia de Mitsubishi Electric Corporation en Fukuoka y Kumamoto, así como en la fábrica Sun-A en Nijo se auditaron con éxito las instalaciones de investigación, producción y ensayo de elementos de semiconductores. Con ello se confirma que Mitsubishi Electric suministra servicios y productos certificados de alta calidad para la industria ferroviaria. IRIS es un estándar de calidad establecido por la Asociación Europea de la Industria Ferroviaria UNIFE (Union des Industries Ferroviaires Européenes) para los proveedores del sector ferroviario que cubre las siguientes áreas: Gestión de proyectos (desde la concepción pasando por el desarrollo hasta la atención postventa, gestión de concursos públicos y gestión de cambios, fiabilidad y mantenimiento, así como el nivel de seguridad de los productos).

Autor: Dr. Prasad Bhalerao, especialista en marketing de productos para módulos IGBT de alta potencia en la División Europea de Semiconductores de Mitsubishi Electric.

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