新型结构IGBT功率模块

IGBT模块的使用和安装1.简介IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）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，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。

IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。

GBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)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, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。

IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。

IGBT非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。

N+ 区称为漏区。

器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。

沟道在紧靠栅区边界形成。

在漏、源之间的P 型区(包括P+ 和P 一区)(沟道在该区域形成)，称为亚沟道区( Subchannel region )。

而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区( Drain injector )，它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。

附于漏注入区上的电极称为漏极。

IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。

电力电子技术的新进展及其应用电力电子技术是当今社会中非常重要的一个领域。

近年来，随着科技的不断进步和人们对环保、节能和高效的需求不断提高，电力电子技术也在不断发展与创新。

本文旨在介绍电力电子技术的新进展以及其在现代社会中的应用。

一、电力电子技术的新进展1、新型IGBT模块的研发IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是电力电子技术中非常重要的一种器件，广泛应用于交流变直流、电机控制、变频调速等领域。

为提高IGBT模块的效率和稳定性，在多项研究中，人们开始关注IGBT模块的结构、工艺和材料等方面的改进。

一种新的IGBT模块是全极面键合技术（full-surface wire bonding technology）制造的。

与传统机械键合技术相比较，全极面键合技术能够提供更大的可靠性和更强的耐久性，其结构也更为简单，更容易集成其他模块或器件。

同时，全极面键合技术也能够提供更高的解决方案种类，以及单一模块上高达12个IGBT芯片的压缩。

这种新型IGBT模块的问世极大程度地提高了电力电子设备的效率与可靠性。

2、新型功率半导体器件的应用功率半导体器件是电力电子技术中最常用的器件之一。

最近在这方面的研究中，可以看到针对某些特殊的应用场合，出现了一些新型的功率半导体器件。

例如，一款新型的硅基氮化镓（GaN）晶体管已经被研制出来，该器件相比传统硅制器件具备更高的开关速度、更高的工作频率、更低的开关噪声、更高的开关效率和更低的导通电阻等优点。

这种器件还能够在800V DC电压、15A的高压、高温环境下稳定工作。

这种新型功率半导体器件的应用，大大提高了电力电子设备的创新能力和发展速度。

二、电力电子技术的应用1、交流变直流电源在交流变直流电源的应用方面，在工业制造和家庭用电方面都有广泛的应用。

利用交流斩波技术，交流电源可以转化成稳定的直流电源，从而为电子设备的正常功能提供电力支持。

IGBT模块项目实施方案一、项目背景与目标IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块作为一种新型的功率半导体器件，在电力传输、驱动器、逆变器等领域具有广泛的应用前景。

本项目旨在开发一种高性能、高可靠性的IGBT模块，并实施相关的生产工艺与质量控制措施，以满足市场需求。

二、项目内容与任务1.IGBT模块设计与开发：通过对市场需求的调研与技术分析，确定IGBT模块的性能指标与规格。

基于现有技术和经验，进行电路设计、元器件选型与模块结构设计，并制作样品进行验证与测试。

2.生产工艺流程的优化：在模块设计的基础上，建立相应的生产工艺流程，涉及到芯片切割、焊接、封装等环节。

通过优化工艺流程，提高生产效率和质量水平。

3.质量控制体系的建立：建立一套严格的质量控制体系，包括原材料入库检验、中间环节质量把控、成品质量检验等。

制定一系列标准和程序，并建立相关检测设备与仪器，以确保生产过程和产品质量的稳定性和可靠性。

4.试生产与批量生产：在工艺流程和质量控制体系验证的基础上，进行试生产，并对生产过程和产品质量进行评估和调整。

在试生产成功后，逐步实施批量生产，确保产品的供应能够满足市场需求。

三、项目实施计划1.招募项目团队：成立由电气工程师、机械工程师、工艺工程师、质量工程师等专业人员组成的项目团队。

团队成员要求具备相关领域的技术背景和实践经验。

2.进行前期调研与需求分析：对市场需求和竞争格局进行全面的调研和分析，明确项目目标、技术指标和产品规格。

3.设计与开发阶段：基于前期的调研和需求分析，进行IGBT模块的电路设计和结构设计。

并制作样品进行验证和测试。

4.工艺流程优化：根据设计结果，建立生产工艺流程，包括材料准备、生产设备选择和工序设置等。

并进行试验验证与调整，确保流程的合理性和可行性。

5.质量控制体系建立：制定质量控制标准和程序，并建立相应的检测设备和仪器。

进行质量控制体系的试运行和调整，确保质量控制的科学性和有效性。

1引⾔ 在⼤功率电⼒电⼦器件应⽤中，IGBT 已取代GTR 或MOsF 龃成为主流。

⼼盯的优点在予输⼊阻抗⾼、开关损耗⼩、饱和压降低、通断速度快、热稳定性能好、耐⾼压且承受⼤电流、驱动电路简单。

⽬前，由妇BT 单元构成的功率模块在智能化⽅⾯得到了迅速发展，智能功率模块(IPM)不仅包括基本组合单元和驱动电路，还具有保护和报警功能。

IPM 以其完善的功能和⾼可靠性创造了很好的应⽤条件，利⽤IPM 的控制功能，与微处理器相结合，可⽅便地构成智能功率控制系统。

IGBT ⼀IPM 模块适⽤变频器、直流调速系统、DC—DC 变换器以及有源电⼒滤波器等，其中富⼠R 系列IGBT ⼀IPM 是应⽤较⼴泛的产品之⼀。

2 IGBll_IPM 的结构 IPM Ⅱ模块有6单元或7单元结构，⽤陶瓷基板作绝缘构造，基板可直接安装在散热器上，控制输⼊端为2.54m 标准单排封装，可⽤⼀个通⽤连接器直接与印刷电路板相连。

主电源输⼊(P ，N)、制动输出(B)及输出端(u ，v ，w)分别就近配置，主配线⽅便;主端⼦⽤M5螺钉，可实现电流传输。

IPM 的结构框图如图l 所⽰，其基本结构为IGBT 单元组成的三相桥臂;内含续流⼆极管、制动⽤IG 明和制动⽤续流⼆极管;内置驱动电路、保护电路和报警输出电路。

IPM 共有6个主回路端(P ，N ，B ，u ，v ，w)、16个控制端，其中vccu 、vccv 、vccw 分别为u 、v 、w 相上桥臂控制电源输⼊的+端，GNDU 、GNDV 、GNDW 分别为对应的⼀端;Vinu 、vinV 、vinW 分别为上桥臂u 、v 、w 相控制信号输⼊端，vcc 、GND 为下桥臂公⽤控制电源输⼊;vinX 、vinY 、vinZ 分别为下桥臂x 、Y 、z 相控制信号输⼊端;vinDB 为制动单元控制信号输⼊端;ALM 为保护电路动作时的报警信号输出端。

图1 IPM 结构框图 R 系列IGBT—IPM 产品包括：中容量600v 系列50A ～150A 、1200v 系列25A ～75A;⼤容量600v 系列200A ～300A 、1200v 系列100A ⼀150A 。

英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）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／EUPEC IGBT 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 （1988 1995）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 1.1 PT-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。

IGBT模块工作原理及使用中的注意事项来源： | 发表于：2009年04月13日1 IGBT模块简介IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

IGBT的等效电路如图1所示。

由图1可知，若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。

IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极G—发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。

实物图图1 IGBT的等效电路2 IGBT模块的选择IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。

其相互关系见下表。

使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。

同时，开关损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。

特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降温等使用。

3 使用中的注意事项由于IGBT模块为MOSFET结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。

由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20～30V。

因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。

因此使用中要注意以下几点：1.在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触摸；2.在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块；3.尽量在底板良好接地的情况下操作。