IGBT功率模塊的發(fā)展趨勢

在科學技術高度發(fā)達的今天，各種各樣的高科技出現(xiàn)在我們的生活中，為我們的生活帶來便利。

功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等，是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心。功率半導體器件種類眾多，按集成度可分為功率IC、功率模塊和功率分立器件三大類，其中功率分立器件中MOSFET、功率二極管、IGBT占比較大，是最主要的品類。

絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是在金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）和雙極晶體管（Bipolar）基礎上發(fā)展起來的一種新型復合功率器件，具有MOS輸入、雙極輸出功能。IGBT集Bipolar器件通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率MOSFET驅動功率小、開關速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點于一身。作為電力電子變換器的核心器件，為應用裝置的高頻化、小型化、高性能和高可靠性奠定了基礎。

IGBT功率模塊的發(fā)展趨勢主要有：

1.更高的功率密度：隨著技術的發(fā)展，IGBT功率模塊的功率密度將不斷提高；

2.更低的功耗：隨著技術的發(fā)展，IGBT功率模塊的功耗將不斷降低；

3.更高的可靠性：隨著技術的發(fā)展，IGBT功率模塊的可靠性將不斷提高；

4.更低的成本：隨著技術的發(fā)展，IGBT功率模塊的成本將不斷降低。

自IGBT商業(yè)化應用以來，作為新型功率半導體器件的主型器件，IGBT在1—100kHz的頻率應用范圍內占據重要地位，其電壓范圍為600V—6500V，電流范圍為1A—3600A（140mm x 190mm模塊）。IGBT廣泛應用于工業(yè)、4C（通信、計算機、消費電子、汽車電子）、航空航天、國防軍工等傳統(tǒng)產業(yè)領域以及軌道交通、新能源、智能電網、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產業(yè)領域。

多功能型的大功率 igbt 驅動保護電路除了提供直接驅動 igbt 的功能之外，還可以提供 完善的保護功能，如 hcpl-316j， m57962 等，如圖 2和圖 3所示，它們一般采用混合厚膜 封裝技術或者采用集成封裝技術， 可以直接兼容 cmos/ttl 電平。工程師進行設計時一般只需 要配上隔離電源電路，死區(qū)控制電路，邏輯處理電路，門極驅動電阻等，就可以成為一個較 為完整的大功率 igbt 驅動保護電路。

目前，世界各大功率半導體公司對IGBT的研發(fā)熱潮日益高漲，研究步伐和技術革新日益加快，IGBT芯片的設計與生產廠家有英飛凌（Infineon）、 ABB、三菱（Mitsubishi Electric）、Dynex（中國南車，CSR）、IXYS Corporation、International Rectifier、Powerex、Philips、Motorola、Fuji Electric、Hitachi、Toshiba等，主要集中在歐、美、日等國家。因為種種原因，國內在IGBT技術研究開發(fā)方面雖然起步較早，但進展緩慢，特別是在IGBT產業(yè)化方面尚處于起步階段，作為全球最大的IGBT應用市場，IGBT模塊主要依賴進口。

目前 igbt 的開通電壓一般采用+15v 電壓源驅動， 有人已經提出發(fā)展恒流源驅動的方法， 認為可以克服 igbt 的“米勒”電容效應，使 igbt 的導通更加可靠.igbt 的關斷電壓從最初的 0 v，到后來的-7v 左右，低頻下普遍使用-15v.

商用IGBT的體結構設計技術的發(fā)展經歷了從穿通（Punch Through，PT）到非穿通（Non Punch Through，NPT），再到軟穿通（Soft Punch Through，SPT）的過程，而在穿通結構之前，IGBT的體結構是基于厚晶圓擴散工藝的非穿通結構，背部空穴的注入效率很高，由于器件內部的寄生晶閘管結構，IGBT在工作時容易發(fā)生閂鎖，因此很難實現(xiàn)商用。隨著外延技術的發(fā)展，引入了N型緩沖層形成穿通結構，降低了背部空穴注入效率，并實現(xiàn)了批量應用，但由于外延工藝的特點，限制了高壓IGBT的發(fā)展，其最高電壓等級為1700V。