芯电易：要了解IGBT,看懂这篇文章就够了.doc

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1、文档芯电易：要了解IGBT，看懂这篇文章就够了IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由BJT(双极结型晶体三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征。简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。

2、15/15文档IGBT模块简图IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。其外部有三个电极，分别为G-栅极，C-集电极，E-发射极。15/15文档在IGBT使用过程中，可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。1）当IGBT栅-

3、射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。2）当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。3）当集-射极电压UCE＞0时，分两种情况：15/15文档②若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。②若栅-射极电压UGE＞Uth，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降低。IGBT各世代的技术差异回顾功率器件过去几十年的发展，1950-60年

4、代双极型器件SCR,GTR,GTO，该时段的产品通态电阻很小；电流控制，控制电路复杂且功耗大；1970年代单极型器件VD-MOSFET。但随着终端应用的需求，需要一种新功率器件能同时满足：驱动电路简单,以降低成本与开关功耗、通态压降较低，以减小器件自身的功耗。1980年代初,试图把MOS与BJT技术集成起来的研究，导致了IGBT的发明。 15/15文档1985年前后美国GE成功试制工业样品（可惜后来放弃）。自此以后，IGBT主要经历了6代技术及工艺改进。从结构上讲，IGBT主要有三个发展方向：15/15文档1

5、）IGBT纵向结构：非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型；2）IGBT栅极结构：平面栅机构、Trench沟槽型结构；3）硅片加工工艺：外延生长技术、区熔硅单晶；其发展趋势是：①降低损耗②降低生产成本总功耗＝通态损耗(与饱和电压VCEsat有关)+开关损耗(EoffEon)。同一代技术中通态损耗与开关损耗两者相互矛盾,互为消长。IGBT模块按封装工艺来看主要可分为焊接式与压接式两类。高压IGBT模块一般以标准焊接式封装为主，中低压IGBT模块则出现了很多新技术，如烧结取代焊

6、接，压力接触取代引线键合的压接式封装工艺。15/15文档随着IGBT芯片技术的不断发展，芯片的最高工作结温与功率密度不断提高，IGBT模块技术也要与之相适应。未来IGBT模块技术将围绕芯片背面焊接固定与正面电极互连两方面改进。模块技术发展趋势：·无焊接、无引线键合及无衬板/基板封装技术；·内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功能元件，不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。IGBT的主要应用领域15/15文档作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT已广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子

7、、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。1）新能源汽车IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用，是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。IGBT模块占电动汽车成本将近10%，占充电桩成本约20%。IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面：A）电动控制系统大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机；B）车载空调控制系统小功率直流/交流(DC/AC)逆变，使用电流较小的IGBT和FRD；15/15文档C）充电桩智能充电桩中IGB

8、T模块被作为开关元件使用；2）智能电网IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端：·从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。15/15文档·从输电端来看，特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。·从变电端来看，IGBT是电力电子变压器（PET）的关键器件。·从用电端来看，家用白电、微波炉、LED照明驱动等都对IGBT有大