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IGBT功率模块

2023-05-02 14:54阅读:
IGBT芯片:历经7代发展 , 英飞凌绝对领先 , 国产企业一家进入前十
1.2. IGBT 的分类
IGBT 在应用层面通常根据电压等级划分:
低压 IGBT:指电压等级在1000V以内的IGBT器件,例如常见的650V应用于新能源汽车、家电、工业变频等领域。
中压 IGBT:指电压等级在1000-1700V区间的 IGBT 器件,例如1200V应用于光伏、电磁炉、家电、电焊机、工业变频器和新能源汽车领域,1700V应用于光伏和风电领域。
高压 IGBT:指电压等级3300V及以上的IGBT器件,比如3300V和6500V应用于高铁、动车、智能电网,以及工业电机等领域。
在产品层面通常根据封装方式分类:
IGBT 单管:封装规模较小,一般指封装单颗IGBT芯片,电流通常在50A以下,适用于消费、工业家电领域。
IGBT 模块:是IGBT最常见的形式,将多个IGBT芯片集成封装在一起,功率更大、散热能力更强,适用于高压大功率平台,如新能源车、主流光伏、高铁等。
功率集成(IPM):指把IGBT模块加上散热器、电容等外围组件,组成一个功能较为完整和复杂的智能功率模块。
IGBT功率模块
1.3. IGBT技术发展历程及趋势
IGBT 技术的整体发展趋势是大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性。
从20世纪80年代至今,IGBT芯片经历了7代升级,从平面穿通型(PT)到沟槽型电场—截止型(FS-Trench),芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等
各项指标经历了不断的优化,断态电压也从600V提高到6500V以上。
IGBT功率模块
第一代:PT-IGBT,使用重掺杂的P+衬底作为起始层,在此之上依次生长N+ buffer,N- base 外延,最后在外延层表面形成原胞结构,由于体内晶体结构本身原因造成“负温度系数”,各 IGBT原胞通态压降不一致,不利于并联运行,第一代IGBT电流只有25A,且容量小速度低,目前已基本退出市场。
第二代:改进版PT-IGBT,采用精细平面栅结构,增加一个“缓冲层”,在相同的击穿电压下实现了更薄的晶片厚度,从而降低了 IGBT 导通电阻,降低了 IGBT 工作过程中的损耗,提高了 IGBT 的耐压程度。
第三代:Trench-IGBT,采用 Trench 结构,通过挖槽工艺去掉栅极下面的 JFET 区,把沟道从表面变到垂直面,基区的 PIN 效应增强,栅极附近载流子浓度增大,提高了电导调制效应减小了导通电阻,有效降低导通压降及导通损耗。
第四代:NPT-IGBT,使用低掺杂的 N-衬底作为起始层,先在 N-漂移区的正面做成 MOS 结构,然后从背面减薄到 IGBT 电压规格需要的厚度,再从背面用离子注入工艺形成P+集电极,在截止时电场没有贯穿N-漂移区,因此称为NPT“非穿通”型IGBT。
可以精准的控制结深而控制发射效率,尽可能地增快载流子抽取速度来降低关断损耗,保持基区原有的载流子寿命而不会影响稳态功耗,同时具有正温度系数特点。
第五代:FS-IGBT,采用先进的薄片技术并且在薄片上形成电场终止层,大大的减小了芯片的总厚度,使得导通压降和动态损耗都有大幅的下降,从而进一步降低IGBT工作中过程中的损耗。
第六代:FS-Trench-IGBT,是在第五代基础上改进沟槽栅结构,进一步增加芯片的电流导通能力,优化芯片内的载流子浓度和分布,减小了芯片的综合损耗。
第七代:微沟槽栅-场截止型 IGBT,沟槽密度更高,原胞间距也经过精心设计,并且优化了寄生电容参数,从而实现 5kv/us 下的最佳开关性能
作者:财经远瞻
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来源:雪球
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