英飛凌各代IGBT模塊技術(shù)詳解

英飛凌各代IGBT模塊技術(shù)詳解IGBT是絕緣門極雙極型晶體管（IsolatedGateBipolarTransistor）的英文縮寫。它是八十年代末，九十年代初迅速發(fā)展起來的新型復(fù)合器件。由于它將MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，既有輸入阻抗高，速度快，熱穩(wěn)定性好，電壓驅(qū)動(dòng)（MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，克服GTR缺點(diǎn)）；又具有通態(tài)壓降低，可以向高電壓、大電流方向發(fā)展（GTR的優(yōu)點(diǎn)，克服MOSFET的缺點(diǎn)）等綜合優(yōu)點(diǎn)，因此IGBT發(fā)展很快，在開關(guān)頻率大于1KHz，功率大于5KW的應(yīng)用場合具有優(yōu)勢(shì)。隨著以MOSFET、IGBT為代表的電壓控制型器件的出現(xiàn)，電力電子技術(shù)便從低頻迅速邁入了高頻電力電子階段，并使電力電子技術(shù)發(fā)展得更加豐富，同時(shí)為高效節(jié)能、省材、新能源、自動(dòng)化及智能化提供了新的機(jī)遇。

英飛凌／EUPECIGBT芯片發(fā)展經(jīng)歷了三代，下面將具體介紹。

一、IGBT1－平面柵穿通（PT）型IGBT（19881995）

西門子第一代IGBT芯片也是采用平面柵、PT型IGBT工藝，這是最初的IGBT概念原型產(chǎn)品。生產(chǎn)時(shí)間是1990年－1995年。西門子第一代IGBT以后綴為“DN1”來區(qū)分。如BSM150GB120DN1。

圖1.1PT-IGBT結(jié)構(gòu)圖PT型IGBT是在厚度約為300－500μm的硅襯底上外延生長有源層，在外延層上制作IGBT元胞。PT-IGBT具有類GTR特性，在向1200V以上高壓方向發(fā)展時(shí)，遇到了高阻、厚外延難度大、成本高、可靠性較低的障礙。因此，PT-IGBT適合生產(chǎn)低壓器件，600V系列IGBT有優(yōu)勢(shì)。

二、IGBT2－第二代平面柵NPT-IGBT

西門子公司經(jīng)過了潛心研究，于1989年在IEEE功率電子專家會(huì)議（PESC）上率先提出了NPT－IGBT概念。由于隨著IGBT耐壓的提高，如電壓VCE≥1200V，要求IGBT承受耐壓的基區(qū)厚度dB>100μm，在硅襯底上外延生長高阻厚外延的做法，不僅成本高，而且外延層的摻雜濃度和外延層的均勻性都難以保證。1995年，西門子率先不用外延工藝，采用區(qū)熔單晶硅批量生產(chǎn)NPT－IGBT產(chǎn)品。西門子的NPT-IGBT在全電流工作區(qū)范圍內(nèi)具有飽和壓降正溫度系數(shù)，具有類MOSFET的輸出特性。

圖1.2NPT-IGBT結(jié)構(gòu)圖西門子／EUPECIGBT2最典型的代表是后綴為“DN2”系列。如BSM200GB120DN2?！癉N2”系列最佳適用頻率為15KHz－20KHz，飽和壓降VCE(sat)=2.5V?！癉N2”系列幾乎適用于所有的應(yīng)用領(lǐng)域。西門子在“DN2”系列的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化工藝，開發(fā)出“DLC”系列?！癉LC”系列是低飽和壓降，（VCE(sat)=2.1V），最佳開關(guān)頻率范圍為1KHz－8KHz?！癉LC”系列是適用于變頻器等頻率較低的應(yīng)用場合。后來Infineon／EUPEC又推出短拖尾電流、高頻“KS4”系列?！癒S4”系列是在“DN2”的基礎(chǔ)上，開關(guān)頻率得到進(jìn)一步提高，最佳使用開關(guān)頻率為15KHz－30KHz。最適合于逆變焊機(jī)，UPS，通信電源，開關(guān)電源，感應(yīng)加熱等開關(guān)頻率比較高（fK≥20KHz）的應(yīng)用場合。在這些應(yīng)用領(lǐng)域，將逐步取代“DN2”系列。EUPEC用“KS4”芯片開發(fā)出H—橋（四單元）IGBT模塊，

圖1.5NPT/FSIGBT芯片主要優(yōu)點(diǎn)四、EUPECIGBT模塊中IGBT及續(xù)流二極管芯片特征參數(shù)

EUPECIGBT模塊全部采用西門子／InfineonIGBT芯片，從型號(hào)中的后綴來區(qū)分，用戶應(yīng)根據(jù)不同的開關(guān)頻率范圍來選用相應(yīng)的IGBT模塊。EUPEC

1、EUPEC600V系列IGBT模塊芯片特征參數(shù)

圖1.6EUPEC600V系列IGBT模塊芯片特征參數(shù)注：①600V“DLC”和“KE3”是高頻器件，可工作在20KHz；

②“KE3”最高結(jié)溫可達(dá)175℃。EUPEC

2、EUPEC1200VIGBT模塊芯片特征參數(shù)：

圖1.7EUPEC1200VIGBT模塊芯片特征參數(shù)注：①晶川公司將逐步推廣“KS4”芯片以替代“DN2”芯片，用于逆變電焊機(jī)，UPS，通信電源，開關(guān)電源等開關(guān)頻率大于15KHz的應(yīng)用領(lǐng)域；

②晶川公司已完成在變頻器等開關(guān)頻率fK≤10KHz的應(yīng)用領(lǐng)域，用“KE3”代替“DLC”系列；

③對(duì)于fK≤15KHz的應(yīng)用場合，我們將逐步推廣EUPEC“KT3”系列,來取代”KE3“系列；

④后綴為“KF4”或“KL4C”是指EUPECIHM的芯片分類標(biāo)志。

3、EUPEC1700VIGBT模塊芯片特征：

圖1.8EUPEC1700VIGBT模塊芯片特征注：①隨著器件耐壓的增高，IGBT的開關(guān)頻率相應(yīng)下降，推薦表中僅僅是最佳使用頻率范圍，若選擇額定電流大一些的器件，也可在較高頻率中使用；

②1700V系列，根據(jù)電流不同，可提供“DN2”；“DLC”／“KF6CB2”；“KE3”等三種芯片的IGBT模塊；

③“KF4”或“KF6CB2”是指EUPEC大功率（IHM）模塊后綴。EUPEC

4、EUPEC3300VIGBT