RC-IGBT的結(jié)構(gòu)、工作原理及優(yōu)勢

以下文章來源于海信功率半導(dǎo)體

RC-IGBT的結(jié)構(gòu)

因為IGBT大部分應(yīng)用場景都是感性負載，在IGBT關(guān)斷的時候，感性負載會產(chǎn)生很大的反向電流，IGBT不能反向?qū)?，需要在IGBT的兩端并聯(lián)一個快速恢復(fù)二極管（FRD）來續(xù)流反向電流，這導(dǎo)致傳統(tǒng)IGBT模塊體積較大，難以滿足當今市場對大功率、小型化功率器件及模塊產(chǎn)品的迫切需求。為了解決上述問題，一種將“IGBT和FRD的功能集成至同一芯片”的新型IGBT器件成為了各大廠商研究的重點，這種集成FRD的IGBT被稱為逆導(dǎo)型IGBT（RC-IGBT）。RC-IGBT因為需要集成二極管，芯片背面需要引入二極管通路。從設(shè)計或工藝的角度看，就是要在IGBT背面的P+集電極區(qū)中制作部分N+摻雜區(qū)，作為FRD的陰極，這樣的結(jié)構(gòu)同時擁有正向和反向?qū)芰Γ鐖D1所示。

圖1 IGBT、FRD和RC-IGBT的示意圖

RC-IGBT的工作原理

正向?qū)щ姇r，柵極電壓VGE超過閾值電壓，集電極電壓VCE超過開啟電壓，IGBT導(dǎo)通，IGBT發(fā)射極N+區(qū)通過溝道向N-漂移區(qū)注入電子，背面P+集電極區(qū)向N-漂移區(qū)注入空穴，形成一個電流從集電極（背面）流向發(fā)射極（正面）的導(dǎo)電通路。

反向?qū)щ姇r，柵極電壓低于閾值電壓，發(fā)射極電壓VEC超過開啟電壓，內(nèi)集成二極管開始工作并導(dǎo)通，正面的P阱作為二極管陽極向N-漂移區(qū)注入空穴，背面的N+摻雜區(qū)作為陰極向N-漂移區(qū)注入電子，形成一個電流從發(fā)射極（正面）流向集電極（背面）的導(dǎo)電通路。

RC-IGBT的技術(shù)優(yōu)勢

RC-IGBT相較IGBT+FRD的技術(shù)優(yōu)勢如圖2所示。

圖2 RC-IGBT的技術(shù)優(yōu)勢

優(yōu)勢1：減小芯片尺寸，簡化封裝，提升功率密度

●IGBT&FRD器件共用終端，減小芯片總面積

●芯片數(shù)量減小一半，節(jié)省封裝鍵合成本

●總芯片面積縮減，封裝尺寸減小，提升功率密度

優(yōu)勢2：降低結(jié)溫波動，提升可靠性

●器件產(chǎn)生的熱量合成一個熱源，散熱途徑一致

●可大幅降低芯片的結(jié)溫波動，提升器件可靠性

優(yōu)勢3：降低熱阻，提高散熱效率，降低工作結(jié)溫

●單顆芯片面積增大，熱阻降低，利于散熱

●芯片散熱面積增大，利于降低實際工作結(jié)溫