英飞凌各代IGBT模块技术详细讲解.pdf

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。图1.1PT-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19891/7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。图1.2NPT-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>=2.5V。"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>=2.1V〕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〕IGBT模块其特征是内部封装电感低成本低可直接焊在PCB版上〔注：这种结构在变频器应用中早已成熟并大量使用〕。总之EUPECIGBT