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2022-12-29 10:10:08 yqs888 9

首页-傲世皇朝平台-傲世皇朝注册报道,IGBT,中文全名为绝缘栅双极型晶体管,是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应 管(MOS)组成的功率半导体器件,为第三代功率半导体技术革命的代表性产品,具有高频、 高电压、大电流,易于开关等优良性能,被业界誉为电力电子装置的“CPU”,广泛应用于 工业控制、轨道交通、白色家电、新能源发电、新能源汽车等领域。

产品结构形式不同,IGBT 有单管、IGBT 模块和智能功率模块 IPM 三种类型。IGBT 单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器等领域;IGBT 模块主 要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车(电机控制器、车载空调、充电桩)等领 域(当前市场上销售的多为此类模块化产品);智能功率模块 IPM 主要在变频空调、变频洗 衣机等白色家电领域有广泛应用。

根据应用场景的电压不同,IGBT 有超低压、低压、中压和高压等类型,其中新能源汽 车、工业控制、家用电器等使用的 IGBT 以中压为主,而轨道交通、新能源发电和智能电网 等对电压要求较高,主要使用高压 IGBT。

IGBT 多以模块形式出现,IHS 数据显示模块和单管的比例为 3:1。模块是由 IGBT 芯片 与 FWD(续流二极管芯片)通过定制化的电路桥接,并通过塑料框架、衬底及基板等封装 而成的模块化半导体产品。基础工作原理在于,以最小能量损耗实现电流转换,是一种具有 隔离栅极结构的双极晶体管;栅极自身就是 MOSFET,因此结合了双极晶体管的高载流能 力和高阻断电压的优点。

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1.2. IGBT 的发展史

自 20 世纪 80 年代发展至今,IGBT 芯片经历了 7 代技术及工艺的升级,从平面穿通 型(PT)到微沟槽场截止型,IGBT 从芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功 率损耗等各项指标都进行了不断的优化,断态电压从 600V 提高到 7000V,关断时间从 0.5 微秒降低至 0.12 微秒,工艺线宽由 5um 降低至 0.3um。此外,由于 IGBT 产品对可靠性 和质量稳定性要求较高,下游客户认证周期较长,所以产品的生命周期较一般集成电路产品 较长,对不同代际的 IGBT 产品,由于性能和需求差异导致应用领域略有不同,目前市场上 应用最广泛的仍是 IGBT 第 4 代工艺产品。

从 IGBT 模块芯片的内部纵向结构来看,IGBT 可分为穿通型(PT,punch through), 非穿通型(NPT,non-punch through)。PT(punch through)结构是最“古老”的 IGBT 技术, 在 1980~1990 年间占据主导地位,英飞凌第一代 IGBT 就是采用的 PT 技术。NPT(nonpunch through)结构是德国西门子公司 1987 年推出,为上世纪 90 年代的主流产品。FS (field stop):2000 年,西门子公司研制出新的 IGBT 结构,fieldstop-IGBT(FS-IGBT),它 同时具有 PT-IGBT 和 NPT-IGBT 的优点,至今一直居于主导地位。英飞凌第三代及以后的 IGBT,均采用了 FS 技术。

1.3.IGBT 的技术发展趋势

自从二十世纪八十年代中期研发出第一只 IGBT 器件以来,IGBT 技术经历了几个不同 发展阶段,这些技术都是用来平衡 IGBT 自身的各种特性的,这些特性如下所示:1)降低 导通损耗;2)降低开通和关断时的开关损耗(开关速度快);3)器件开关的软特性;4)提 高电流密度;5)提升电压等级;6)减少半导体材料(降低成本);7 )提高最高工作结温; 8)扩展 SOA(安全工作区)。


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