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车规IGBT模块封装趋势1引目前电动汽车主逆变器功率半导体技术，代表着中等功率模块技术的先进水平；电动车应用对功率半导体（目前主要为IGBT）模块的要求较高，总的来说：•高可靠性•高功率密度•成本优势要想搞清楚并且形象化电动汽车上用的功率模块到底追求什么，不妨先看看现在市场上应用的状况，正所谓八仙过海，各显神通2各显神通目前汽车厂商主流的几种模块应用解决方案，大概分为以下几种：分立器件；1 in 1；2in1 ；6in1；All in 1（这里4in1主逆变器用的少，先不说）下边，挨个捋一下：•分立器件：典型案例：Tesla Model X等设计非常经典巧妙，IGBT单管夹在散热水道两边，立体式设计节省空间；并且方便叠层母排布局，减小杂散电感；优点：成本低，集成度高，通用产品；缺点：设计复杂，热阻较大，散热效率不高•1 in 1典型案例一：Tesla Model 3比较新颖的封装形式，1 in 1这个名字很奇怪，为什么这种封装看起来像分立器件却被称为模块，直接叫分立器件不就完了。
其实这种说法的原因是其采用了模块的封装技术Model 3 单个小模块包含一个开关，内部两个SiC芯片并联，使用时多个小模块并联优点：散热效率高，设计布局灵活缺点：量产工艺要求很高典型案例二：德尔福Viper双面水冷散热Viper让德尔福在小型化上尝到了不少甜头，除了双面水冷之外，这款模块还取消了绑定线设计，提升了循环可靠性使用时，采用双面水冷典型的夹心饼干散热模式，非常诱人•2in1 模块包含两种：一种是灌胶模块封装，早期应用较多，例如下边这种，工业上也比较常见第二种是塑封，也是国际上有经验的厂商倾向于选择的形式，一方面功率密度较大，便于小型化设计；另一方面具有一定的成本优势早期使用单面间接水冷的半桥模块，博世产品上可以看到，后续主要的发展方向是双面水冷和单面直接水冷以丰田普锐斯4代PCU为例，摒弃之前的All-in-1结构，采用双面水冷半桥模块“插卡”式结构，设计巧妙的同时，极大提升散热效率，由此提升系统功率密度双面水冷内部结构：优点: 结构紧凑，散热效率高，塑封的可靠性高缺点：没有集成散热绝缘陶瓷，设计时跟散热器之前需要加隔离垫片•6 in 1目前应用最广泛的模块，尤其是国内汽车厂商，设计相对简单说到这，不能不提英飞凌的明星产品：HP DrivePin-Fin设计直接散热底板，显著提高功率模块散热效率，提高模块的功率密度，再加上模块化设计简单，很快在汽车领域风靡开来优点：设计简单，功率密度高，应用门槛低缺点：成本高针对Pin-Fin针翅成本高的问题，模块厂商正在开发低成本的直接水冷板，例如英飞凌的wave散热底板，在成本和散热性能之间做了折中•All in 1典型应用：丰田普锐斯系列以普锐斯第三代PCU为例，这款电装为丰田定制的功率系统，所有的IGBT和Diode被集成到一个AlN陶瓷板上，外观上看像一个大的功率模块3趋势1） 6 in 1模块虽然6In1模块对汽车来说并不是最优设计，但由于其设计应用的方便性，在短期内还将占据主流，技术上主要会在散热技术和可靠性尚下功夫改进点：•高导热陶瓷材料的应用，例如主流的Al2O3陶瓷更新Si3N4陶瓷•高导热材料底板的应用，例如高导热系数铝硅碳底板代替铜底板•银烧结技术的使用（Die与DBC、DBC与散热板）•铜绑定线乃至铜带绑定技术2）双面水冷封装双面水冷封装技术的优点一方面提升散热效率，另一方面夹心式的散热系统设计易于拓展，同时，相对于硅胶灌封模块，塑封的半桥模块又具有一定的量产成本优势相信未来一段时间会成为一个主流方向半桥单管3）单面直接水冷封装丹佛斯在PCIM Europe 2017上展示的Shower Power 3D技术，据称比Pin-Fin的散热能力还要优秀4）双面直接水冷封装如日立的插式双面水冷散热，已在奥迪e-tron量产，理论上，这种形式的封装散热效果相对于单面直接水冷是显而易见的4结各家模块厂商都有拿得出手的看家本领，不过多介绍汽车对功率模块可靠性、功率密度的高要求，催生车规级模块封装技术的不断进步并量产落地，相信到碳化硅时代，适应于碳化硅的新型封装技术会成为一个新的方向。
虽然相较于MOSFET、电源管理IC来说，IGBT占中国功率半导体市场份额很小。
但下游需求的持续扩张刺激了中国IGBT市场保持快速增长。
2005年中国IGBT市场销量达到1.33亿个，销售额达到23.0亿元。
目前IGBT主要应用领域包括工业控制、消费电子、计算机、网络通信、汽车电子。
在汽车电子市场中IGBT已经代替达林顿管成为汽车点火器的首选器件。
随着IGBT在汽车点火器中的应用从一个或两个IGBT作为几个汽缸的若干线圈点火，转变为每个汽缸都有一个IGBT和线圈，IGBT使用数量快速增长。
在计算机和网络通信领域中IGBT 广泛应用在大功率服务器（大于1000W）、UPS电源以及大功率基站中（大于1000W）。
1、工业控制和消费电子是IGBT应用的两大支柱领域凭借着较高的单价，工业控制用IGBT在销售量低于消费电子的情况下销售额实现反超IGBT是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。
IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。
鉴于IGBT的参数特性，IGBT开发之初主要应用在电机、变换器（逆变器）、变频器、UPS、EPS电源、风力发电设备等工业控制领域。
在上述应用领域中IGBT凭借着电压控制、驱动简单，开关频率高、开关损耗小，可实现短路保护等优点在600V及以上中压应用领域中竞争力逐步显现，在UPS、开关电源、电车、交流电机控制中已逐步替代GTO、GTR。
由于SCR和GTO具有极高的耐压能力和较大的通过电流，目前在高压大电流应用中SCR和GTO仍占有统治地位。
但由于风力发电设备、电机、变频器、UPS电源等IGBT主要应用产品产量远不能和消费电子产品相比，所以工业控制领域中对IGBT的需求量远低于消费电子位于第二位。
但工业产品中要求IGBT具有较高的耐压性、较大的工作电流以及高稳定性。
同时工控产品对于价格压力要远小于消费电子产品，工业控制用IGBT的价格相对较高。
◆文/山东 刘春晖IGBT 在新能源汽车中的应用(上)近年来，新型功率开关器件IGBT(图1)已逐渐被人们所认识，IGBT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(图2)，IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写形式，是绝缘栅双极型晶体管。
与以前的各种电力电子器件相比，IGBT具有以下特点：①高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路；②高速开关特性，导通状态低损耗。
IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看作导线，断开时当作开路。
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，是一种适合于中、大功率应用的电力电子器件，IGBT在综合性能方面占有明显优势，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 IGBT外形一、IGBT的应用领域及现状1.IGBT的应用领域IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。
IGBT是一种大功率的电力电子器件，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看作导线，断开时当作开路。
三大特点就是高压、大电流、高速。
它是电力电子领域非常理想的开关器件，不同公司的IGBT如图3所示。
采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
IGBT的应用领域很广，如工业领域中的变频器，家用电器领域的变频空调、洗衣机、冰箱，轨道交通领域的高铁、地铁、轻轨，军工航天领域的飞机、舰艇以及新能源领域的新能源汽车、风力发电等都有非常广泛的应用。
IGBT的主要应用领域_IGBT国内外市场规模IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由BJT(双极结型晶体三极管) 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,其具有自关断的特征。
简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。
IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。
IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。
▲IGBT模块简图IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。
采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。
其外部有三个电极，分别为G-栅极，C-集电极，E-发射极。
在IGBT使用过程中，可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。
1）当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。
2）当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。
3）当集-射极电压UCE＞0时，分两种情况：②若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。
②若栅-射极电压UGE＞Uth ，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。
此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降。
igbt功率模块IGBT 功率模块是一种多功能的机电一体化模块，具有良好的电磁兼容性、高效率和稳定性以及控制和驱动特性。
它以功率模块的形式包含了半导体芯片，封装在一个可以直接安装于PCB的小模块里。
1、优势(1)紧凑的封装：IGBT功率模块集成了IGBT和可选的整流模块，在将封装紧凑地组装到PCB板上，可极大地简化设备设计。
(2)高效率：IGBT器件有良好的参数控制能力，可实现高效率转换。
夹层技术可提高其内部结构，确保高效传输效果。
(3)高可用性：IGBT功率模块提供可靠的备份设施，可降低故障转移时间，提升系统可用性。
(4)电流控制：IGBT功率模块集成了高速脉冲数字驱动技术，具备极高的频率和电流调速能力，可有效提高系统控制和切换效率。
2、应用(1)汽车制动：由于汽车减速需要大量电力，IGBT功率模块能快速响应从对减速以及反应从对刹车控制，确保汽车安全行驶。
(2)电动工具：由于IGBT功率模块的可靠性和安全性，电动工具普遍采用它来控制驱动器，以实现快速和可靠地电机驱动。
(3)逆变器：由于IGBT功率模块可以实现高精度的数字控制，因此可以用来控制各种变频技术，如风力发电、太阳能发电等，实现转换效率最大化。
3、使用(1)正确连接：在安装IGBT功率模块前，首先要确认设备之间的连接是否正确，确保输入输出器件接地线的连接是否有效。
(2)设置电流保护：根据IGBT功率模块的参数配置设备电流保护，可以降低电流突变对模块造成的损伤。
(3)测量绝缘：使用电磁绝缘测试仪，对IGBT电路进行测量，确保绝缘强度达到安全标准。
(4)检测参数：根据IGBT参数检测设备，确保设备参数稳定，从而提升系统可用性。
IGBT模块是什么？主要应用在那些领域？以及IGBT市场规模和发展方向IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由BJT(双极结型晶体三极管) 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,其具有自关断的特征。
简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。
IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。
IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。
IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。
采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。
其外部有三个电极，分别为G-栅极，C-集电极，E-发射极。
在IGBT使用过程中，可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。
1）当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。
2）当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。
3）当集-射极电压UCE＞0时，分两种情况：②若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。
②若栅-射极电压UGE＞Uth ，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。
此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降。
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