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如何改进IGBT模块?有哪些技术方法呢?

2021-08-14 04:26:53

现在及未来IGBT可控硅技术改进的方向有下面几点:

1,减小通态压降。达到增加电流密度、降低通态功率损耗的目的。

2,降低开关时间,特别是关断时间。达到提高应用时使用频率、降低开关损耗的目的。

3,组成IGBT的大量“原胞”在工作时是并联运行,要求每个原胞在工作温度允许范围内

温度变化时保持压降一致,达到均流目的。否则会造成IGBT器件因个别原胞过流损坏而损坏。

4,提高断态耐压水平,以满足应用需要。

根据IGBT应用数据表明:

1,在同样工作电流下芯片面积、通态饱和压降、功率损耗逐代下降。关断时间也是逐代下降。而且下降幅度很大。达到了增加电流密度、降低功率损耗的目的。

2,表上列出的“断态电压”即是Vceo,发射极和集电极之间耐压。这是应用需要提出的越来越高的要求,

IGBT的技术改进措施和方向

在硅晶片上做文章,有很多新技术、新工艺。IGBT技术改进措施主要有下面几个方面:

1,为了提高工作频率降低关断时间,di一代、第二代早期产品曾采用过“辐照”手段,但却有增加通态压降(会增加通态功耗)的反作用危险。

2,di一代与第二代由于体内晶体结构本身原因造成“负温度系数”,造成各IGBT原胞通态压降不一致,不利于并联运行,因此当时的IGBT电流做不大。此问题在第四代产品中采用了“透明集电区技术”,产生正温度系数效果后基本解决了,保证了(四)3中目标的实现。

3,第二代产品采用“电场中止技术”,增加一个“缓冲层”,这样可以用较薄的晶片实现相同的耐压(击穿电压)。因为晶片越薄,,饱和压降越小,导通功耗越低。此技术往往在耐压较高的IGBT上运用效果明显。耐压较低的如几百伏的IGBT产品,晶片本来就薄,再减薄到如100到150微米的话,加工过程极容易损坏晶片。

4,第三代产品是把前两代平面绝缘栅设计改为沟槽栅结构,即在晶片表面栅极位置垂直刻槽深入晶片制成绝缘栅。栅极面积加大但占用晶片位置减小,增加了栅极密度。工作时增强了电流导通能力,降低了导通压降。

5,第四代非穿通型IGBT(NPT)产品不再采用“外延”技术,代之以“硼离子注入”方法生成集电极,这就是(五)2中提到的“透明集电区技术”。除已提到的产生正温度系数、便于并联运行的功能外,主要还有:

5.1不必用辐照技术去减少关断时间,因为“透明集电区技术”也有此功能。因此不存在辐照使通态压降增加而增加通态损耗的可能。即(五)1中提到的“危险”。

5.2不采用“外延”工艺和“辐照”工艺,可以减低制造成本。

6,表中所列的第五、第六代产品是在IGBT经历了上述四次技术改进实践后对各种技术措施的重新组合。第五代IGBT是第四代产品“透明集电区技术”与“电场中止技术”的组合。第六代产品是在第五代基础上改进了沟槽栅结构,并以新的面貌出现。

请注意表中第五季第六代产品的各项指标改进十分明显,尤其是承受工作电压水平从第四代的3300V提高到6500V,这是一个极大的飞跃。

上述几项改进技术已经在各国产品中普遍采用,只是侧重面有所不同。除此以外,有报道介绍了一些其它技术措施如:内透明集电极、砷掺杂缓冲层、基板薄膜化、软穿通技术等。

相关阅读-------世界各IGBT制造公司的技术动态

1、低功率IGBT

摩托罗拉、ST半导体、三菱等公司推出低功率IGBT产品,应用范围一般都在600V、1KA、1KHz以上区域。

2、NPT-IGBT

在设计600—1200V的IGBT时,NPT—IGBT可靠性zui高,正成为IGBT发展方向。西门子公司可提供600V、1200V、1700V系列产品和6500V高压IGBT,并推出低饱和压降DLC型NPT—IGBT,依克赛斯、哈里斯、英特西尔、东芝等公司也相继研制出NPT—IGBT及其模块系列,富士电机、摩托罗拉等在研制之中。

3、SDB--IGBT

三星、快捷等公司采用SDB(硅片直接键合)技术,在IC生产线上制作第四代高速IGBT及模块系列产品,特点为高速,低饱和压降,低拖尾电流,正温度系数易于并联,在600V和1200V电压范围性能优良,分为UF、RUF两大系统。

4、超快速IGBT

国际整流器IR公司研制的超快速IGBT可zui大限度地减少拖尾效应,关断时间不超过2000ns,采用特殊高能照射分层技术,关断时间可在100ns以下,拖尾更短,重点产品有6种型号。

5、IGBT功率模块

IGBT功率模块从复合功率模块PIM发展到智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块IPEM。PIM向高压大电流发展,其产品水平为1200—1800A/1800—3300V,IPM600A/2000V。大电流IGBT模块,有源器件PEBB采用平面低电感封装技术。IPEM采用共烧瓷片多芯片模块技术,组装的PEBB大大降低电路接线电感,提高系统效率。智能化、模块化成。采购可控硅欢迎来电咨询。


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