IGBT的特點(diǎn)、應(yīng)用及未來(lái)的研究方向
近年來(lái),IGBT被廣泛關(guān)注,隨著技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用前景被廣泛看好,作為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)IGBT,在很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201807/383306.htm什么是IGBT?
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小,開(kāi)關(guān)速度快,但導(dǎo)通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn),驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
IGBT的原理
IGBT是將強(qiáng)電流、高壓應(yīng)用和快速終端設(shè)備用垂直功率MOSFET的自然進(jìn)化。由于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的擊穿電壓BVDSS需要一個(gè)源漏通道,而這個(gè)通道卻具有很高的電阻率,因而造成功率MOSFET具有RDS(on)數(shù)值高的特征,IGBT消除了現(xiàn)有功率MOSFET的這些主要缺點(diǎn)。雖然最新一代功率MOSFET 器件大幅度改進(jìn)了RDS(on)特性,但是在高電平時(shí),功率導(dǎo)通損耗仍然要比IGBT 技術(shù)高出很多。較低的壓降,轉(zhuǎn)換成一個(gè)低VCE(sat)的能力,以及IGBT的結(jié)構(gòu),同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比,可支持更高電流密度,并簡(jiǎn)化IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理圖。
IGBT模塊的特點(diǎn)與應(yīng)用
IGBT模塊是由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管芯片)與FWD(續(xù)流二極管芯片)通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品;封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上;IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點(diǎn);當(dāng)前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的多為此類(lèi)模塊化產(chǎn)品,一般所說(shuō)的IGBT也指IGBT模塊;隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進(jìn),此類(lèi)產(chǎn)品在市場(chǎng)上將越來(lái)越多見(jiàn);
IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?,俗稱(chēng)電力電子裝置的“CPU”,作為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車(chē)與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。
IGBT技術(shù)的幾大發(fā)展方向
1、低功率IGBT
IGBT應(yīng)用范圍一般都在600V、1KA、1KHz以上區(qū)域,為滿足家電行業(yè)的發(fā)展需求,摩托羅拉、ST半導(dǎo)體、三菱等公司推出低功率IGBT產(chǎn)品,實(shí)用于家電行業(yè)的微波爐、洗衣機(jī)、電磁灶、電子整流器、照相機(jī)等產(chǎn)品的應(yīng)用。
2、U-IGBT
U(溝槽結(jié)構(gòu))--IGBT是在管芯上刻槽,芯片元胞內(nèi)部形成溝槽式柵極。采用溝道結(jié)構(gòu)后,可進(jìn)一步縮小元胞尺寸,減少溝道電阻,進(jìn)步電流密度,制造相同額定電流而芯片尺寸最少的產(chǎn)品?,F(xiàn)有多家公司生產(chǎn)各種U—IGBT產(chǎn)品,適用低電壓驅(qū)動(dòng)、表面貼裝的要求。
3、NPT-IGBT
NPT(非穿通型)--IGBT采用薄硅片技術(shù),以離子注進(jìn)發(fā)射區(qū)代替高復(fù)雜、高本錢(qián)的厚層高阻外延,可降低生產(chǎn)本錢(qián)25%左右,耐壓越高本錢(qián)差越大,在性能上更具有特色,高速、低損耗、正溫度系數(shù),無(wú)鎖定效應(yīng),在設(shè)計(jì)600—1200V的IGBT時(shí),NPT—IGBT可靠性最高。西門(mén)子公司可提供600V、1200V、1700V系列產(chǎn)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(jī)、摩托羅拉等在研制之中,NPT型正成為IGBT發(fā)展方向。
4、SDB--IGBT
鑒于目前廠家對(duì)IGBT的開(kāi)發(fā)非常重視,三星、快捷等公司采用SDB(硅片直接鍵合)技術(shù),在IC生產(chǎn)線上制作第四代高速I(mǎi)GBT及模塊系列產(chǎn)品,特點(diǎn)為高速,低飽和壓降,低拖尾電流,正溫度系數(shù)易于并聯(lián),在600V和1200V電壓范圍性能優(yōu)良,分為UF、RUF兩大系統(tǒng)。
5、超快速I(mǎi)GBT
國(guó)際整流器IR公司的研發(fā)重點(diǎn)在于減少I(mǎi)GBT的拖尾效應(yīng),使其能快速關(guān)斷,研制的超快速I(mǎi)GBT可最大限度地減少拖尾效應(yīng),關(guān)斷時(shí)間不超過(guò)2000ns,采用特殊高能照射分層技術(shù),關(guān)斷時(shí)間可在100ns以下,拖尾更短,重點(diǎn)產(chǎn)品專(zhuān)為電機(jī)控制而設(shè)計(jì),現(xiàn)有6種型號(hào),另可用在大功率電源變換器中。
6、IGBT/FRD
IR公司在IGBT基礎(chǔ)上推出兩款結(jié)合FRD(快速恢復(fù)二極管)的新型器件,IGBT/FRD有效結(jié)合,將轉(zhuǎn)換狀態(tài)的損耗減少20%,采用TO—247外型封裝,額定規(guī)格為1200V、25、50、75、100A,用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)和功率轉(zhuǎn)換,以IGBT及FRD為基礎(chǔ)的新技術(shù)便于器件并聯(lián),在多芯片模塊中實(shí)現(xiàn)更均勻的溫度,進(jìn)步整體可靠性。
7、IGBT功率模塊
IGBT功率模塊采用IC驅(qū)動(dòng),各種驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路,高性能IGBT芯片,新型封裝技術(shù),從復(fù)合功率模塊PIM發(fā)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(fā)展,其產(chǎn)品水平為1200—1800A/1800—3300V,IPM除用于變頻調(diào)速外,600A/2000V的IPM已用于電力機(jī)車(chē)VVVF逆變器。平面低電感封裝技術(shù)是大電流IGBT模塊為有源器件的PEBB,用于艦艇上的導(dǎo)彈發(fā)射裝置。IPEM采用共燒瓷片多芯片模塊技術(shù)組裝PEBB,大大降低電路接線電感,進(jìn)步系統(tǒng)效率,現(xiàn)已開(kāi)發(fā)成功第二代IPEM,其中所有的無(wú)源元件以埋層方式掩埋在襯底中。智能化、模塊化成為IGBT發(fā)展熱門(mén)。
綜述:國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求急劇上升曾使得IGBT市場(chǎng)一度被看好。雖然長(zhǎng)期來(lái)看,IGBT是一個(gè)值得期待的市場(chǎng),可是到目前為止IGBT的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)為大多數(shù)歐美IDM半導(dǎo)體廠商所掌控,中國(guó)在2014年6月成功研制出8寸IGBT專(zhuān)業(yè)芯片,打破國(guó)際壟斷 。
據(jù)最新調(diào)查報(bào)告顯示,各種IGBT器件和模塊的銷(xiāo)售額在2013年將有一定程度的復(fù)蘇,2014年稍稍減速,待經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇并穩(wěn)定后,從2015年開(kāi)始將穩(wěn)定增長(zhǎng)。雖然2013年IGBT市場(chǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)有所下降,但隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步,其發(fā)展前景還是十分被看好的。
評(píng)論