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      如何改進IGBT模塊?有哪些技術方法呢?

      2021-08-14 04:26:53

      現在及未來IGBT可控硅技術改進的方向有下面幾點:

      1,減小通態壓降。達到增加電流密度、降低通態功率損耗的目的。

      2,降低開關時間,特別是關斷時間。達到提高應用時使用頻率、降低開關損耗的目的。

      3,組成IGBT的大量“原胞”在工作時是并聯運行,要求每個原胞在工作溫度允許范圍內

      溫度變化時保持壓降一致,達到均流目的。否則會造成IGBT器件因個別原胞過流損壞而損壞。

      4,提高斷態耐壓水平,以滿足應用需要。

      根據IGBT應用數據表明:

      1,在同樣工作電流下芯片面積、通態飽和壓降、功率損耗逐代下降。關斷時間也是逐代下降。而且下降幅度很大。達到了增加電流密度、降低功率損耗的目的。

      2,表上列出的“斷態電壓”即是Vceo,發射極和集電極之間耐壓。這是應用需要提出的越來越高的要求,

      IGBT的技術改進措施和方向

      在硅晶片上做文章,有很多新技術、新工藝。IGBT技術改進措施主要有下面幾個方面:

      1,為了提高工作頻率降低關斷時間,di一代、第二代早期產品曾采用過“輻照”手段,但卻有增加通態壓降(會增加通態功耗)的反作用危險。

      2,di一代與第二代由于體內晶體結構本身原因造成“負溫度系數”,造成各IGBT原胞通態壓降不一致,不利于并聯運行,因此當時的IGBT電流做不大。此問題在第四代產品中采用了“透明集電區技術”,產生正溫度系數效果后基本解決了,保證了(四)3中目標的實現。

      3,第二代產品采用“電場中止技術”,增加一個“緩沖層”,這樣可以用較薄的晶片實現相同的耐壓(擊穿電壓)。因為晶片越薄,,飽和壓降越小,導通功耗越低。此技術往往在耐壓較高的IGBT上運用效果明顯。耐壓較低的如幾百伏的IGBT產品,晶片本來就薄,再減薄到如100到150微米的話,加工過程極容易損壞晶片。

      4,第三代產品是把前兩代平面絕緣柵設計改為溝槽柵結構,即在晶片表面柵極位置垂直刻槽深入晶片制成絕緣柵。柵極面積加大但占用晶片位置減小,增加了柵極密度。工作時增強了電流導通能力,降低了導通壓降。

      5,第四代非穿通型IGBT(NPT)產品不再采用“外延”技術,代之以“硼離子注入”方法生成集電極,這就是(五)2中提到的“透明集電區技術”。除已提到的產生正溫度系數、便于并聯運行的功能外,主要還有:

      5.1不必用輻照技術去減少關斷時間,因為“透明集電區技術”也有此功能。因此不存在輻照使通態壓降增加而增加通態損耗的可能。即(五)1中提到的“危險”。

      5.2不采用“外延”工藝和“輻照”工藝,可以減低制造成本。

      6,表中所列的第五、第六代產品是在IGBT經歷了上述四次技術改進實踐后對各種技術措施的重新組合。第五代IGBT是第四代產品“透明集電區技術”與“電場中止技術”的組合。第六代產品是在第五代基礎上改進了溝槽柵結構,并以新的面貌出現。

      請注意表中第五季第六代產品的各項指標改進十分明顯,尤其是承受工作電壓水平從第四代的3300V提高到6500V,這是一個極大的飛躍。

      上述幾項改進技術已經在各國產品中普遍采用,只是側重面有所不同。除此以外,有報道介紹了一些其它技術措施如:內透明集電極、砷摻雜緩沖層、基板薄膜化、軟穿通技術等。

      相關閱讀-------世界各IGBT制造公司的技術動態

      1、低功率IGBT

      摩托羅拉、ST半導體、三菱等公司推出低功率IGBT產品,應用范圍一般都在600V、1KA、1KHz以上區域。

      2、NPT-IGBT

      在設計600—1200V的IGBT時,NPT—IGBT可靠性zui高,正成為IGBT發展方向。西門子公司可提供600V、1200V、1700V系列產品和6500V高壓IGBT,并推出低飽和壓降DLC型NPT—IGBT,依克賽斯、哈里斯、英特西爾、東芝等公司也相繼研制出NPT—IGBT及其模塊系列,富士電機、摩托羅拉等在研制之中。

      3、SDB--IGBT

      三星、快捷等公司采用SDB(硅片直接鍵合)技術,在IC生產線上制作第四代高速IGBT及模塊系列產品,特點為高速,低飽和壓降,低拖尾電流,正溫度系數易于并聯,在600V和1200V電壓范圍性能優良,分為UF、RUF兩大系統。

      4、超快速IGBT

      國際整流器IR公司研制的超快速IGBT可zui大限度地減少拖尾效應,關斷時間不超過2000ns,采用特殊高能照射分層技術,關斷時間可在100ns以下,拖尾更短,重點產品有6種型號。

      5、IGBT功率模塊

      IGBT功率模塊從復合功率模塊PIM發展到智能功率模塊IPM、電力電子積木PEBB、電力模塊IPEM。PIM向高壓大電流發展,其產品水平為1200—1800A/1800—3300V,IPM600A/2000V。大電流IGBT模塊,有源器件PEBB采用平面低電感封裝技術。IPEM采用共燒瓷片多芯片模塊技術,組裝的PEBB大大降低電路接線電感,提高系統效率。智能化、模塊化成。采購可控硅歡迎來電咨詢。


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