什么是IGBT
所謂IGBT(絕緣柵雙極型晶體管),是由 BJT(雙極結(jié)型晶體三極管) 和 MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管) 組成的復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動式-功率半導(dǎo)體器件,其具有自關(guān)斷的特征。
簡單講,是一個非通即斷的開關(guān),IGBT沒有放大電壓的功能,導(dǎo)通時可以看做導(dǎo)線,斷開時當做開路。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優(yōu)點,如驅(qū)動功率小和飽和壓降低等。
而平時我們在實際中使用的IGBT模塊是由IGBT與FWD(續(xù)流二極管芯片)通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品,具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點。
為什么要重視IGBT?
IGBT是能源轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)暮诵钠骷?,?a target="_blank">電力電子裝置的“CPU” 。采用IGBT進行功率變換,能夠提高用電效率和質(zhì)量,具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點,是解決能源短缺問題和降低碳排放的關(guān)鍵支撐技術(shù)。
IGBT的應(yīng)用領(lǐng)域
按電壓分布的應(yīng)用領(lǐng)域
IGBT各代之間的技術(shù)差異
要了解這個,我們先看一下IGBT的發(fā)展歷程。
工程師在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),需要一種新功率器件能同時滿足:·驅(qū)動電路簡單,以降低成本與開關(guān)功耗;通態(tài)壓降較低,以減小器件自身的功耗。
回顧他們在1950-60年代發(fā)明的雙極型器件SCR,GTR和GTO通態(tài)電阻很??;電流控制,控制電路復(fù)雜且功耗大;1970年代推出的單極型器件VD-MOSFET通態(tài)電阻很大;電壓控制,控制電路簡單且功耗??;因此到了1980年代,他們試圖把MOS與BJT技術(shù)集成起來的研究,導(dǎo)致了IGBT的發(fā)明。1985年前后美國GE成功試制工業(yè)樣品(可惜后來放棄)。自此以后, IGBT主要經(jīng)歷了6代技術(shù)及工藝改進。
而經(jīng)過這么多年的發(fā)展,我們清楚明白到,從結(jié)構(gòu)上看,IGBT主要有三個發(fā)展方向,分別是IGBT縱向結(jié)構(gòu)、IGBT柵極結(jié)構(gòu)和IGBT硅片加工工藝。而在這三個方面的改良過程中,廠商聚焦在降低損耗和降低生產(chǎn)成本兩個方面。
在一代代工程師的努力下,IGBT芯片在六代的演變過程中,經(jīng)歷了許多變化。
而前面我們已經(jīng)提到,開發(fā)者一般在實際設(shè)計中都是使用IGBT模塊應(yīng)用到實際產(chǎn)品中,所以我們簡略對這個介紹一下。
IGBT模塊按封裝工藝來看主要可分為焊接式與壓接式兩類。高壓IGBT模塊一般以標準焊接式封裝為主,中低壓IGBT模塊則出現(xiàn)了很多新技術(shù),如燒結(jié)取代焊接,壓力接觸取代引線鍵合的壓接式封裝工藝。
隨著IGBT芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,芯片的最高工作結(jié)溫與功率密度不斷提高, IGBT模塊技術(shù)也要與之相適應(yīng)。未來IGBT模塊技術(shù)將圍繞 芯片背面焊接固定 與 正面電極互連 兩方面改進。模塊技術(shù)發(fā)展趨勢:無焊接、 無引線鍵合及無襯板/基板封裝技術(shù);內(nèi)部集成溫度傳感器、電流傳感器及驅(qū)動電路等功能元件,不斷提高IGBT模塊的功率密度、集成度及智能度。
審核編輯黃昊宇
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