英飞凌各代IGBT模块技术详解.docx

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT是绝缘门极双极型晶体管(IsolatedGateBipolarTransistor)的英文缩写。它是八十年代末,九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身,既有输入阻抗高,速度快,热稳定性好,电压驱动(MOSFET的优点,克服GTR缺点);又具有通态压降低,可以向高电压、大电流方向发展(GTR的优点,克服MOSFET的缺点)等综合优点,因此IGBT发展很快,在开关频率大于1KHz,功率大于5KW的应用场合具有优势。随着以MOSFET、IGBT为代表的电压控制型器件的出现,电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段,并使电力电子技术发展得更加丰富,同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。英飞凌/EUPECIGBT芯片发展经历了三代,下面将具体介绍。一、IGBT1-平面栅穿通(PT)型IGBT(19881995) 西门子第一代IGBT芯片也是采用平面栅、PT型IGBT工艺,这是最初的IGBT概念原型产品。生产时间是1990年-1995年。西门子第一代IGBT以后缀为“DN1”来区分。如BSM150GB120DN1。 -IGBT结构图PT型IGBT是在厚度约为300-500μm的硅衬底上外延生长有源层,在外延层上制作IGBT元胞。PT-IGBT具有类GTR特性,在向1200V以上高压方向发展时,遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。因此,PT-IGBT适合生产低压器件,600V系列IGBT有优势。二、IGBT2-第二代平面栅NPT-IGBT西门子公司经过了潜心研究,于1989年在IEEE功率电子专家会议(PESC)上率先提出了NPT-IGBT概念。由于随着IGBT耐压的提高,如电压VCE≥1200V,要求IGBT承受耐压的基区厚度dB>100μm,在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法,不仅成本高,而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。1995年,西门子率先不用外延工艺,采用区熔单晶硅批量生产NPT-IGBT产品。西门子的NPT-IGBT在全电流工作区范围内具有饱和压降正温度系数,具有类MOSFET的输出特性。-IGBT结构图西门子/EUPECIGBT2最典型的代表是后缀为“DN2”系列。如BSM200GB120DN2。“DN2”系列最佳适用频率为15KHz-20KHz,饱和压降VCE(sat)=。“DN2”系列几乎适用于所有的应用领域。西门子在“DN2”系列的基础上通过优化工艺,开发出“DLC”系列。“DLC”系列是低饱和压降,(VCE(sat)=),最佳开关频率范围为1KHz-8KHz。“DLC”系列是适用于变频器等频率较低的应用场合。后来Infineon/EUPEC又推出短拖尾电流、高频“KS4”系列。“KS4”系列是在“DN2”的基础上,开关频率得到进一步提高,最佳使用开关频率为15KHz-30KHz。最适合于逆变焊机,UPS,通信电源,开关电源,感应加热等开关频率比较高(fK≥20KHz)的应用场合。在这些应用领域,将逐步取代“DN2”系列。EUPEC用“KS4”芯片开发出H—桥(四单元)IGB