電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）IGBT作為新型功率半導(dǎo)體器件的主流器件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車(chē)電子以及航空航天、國(guó)防軍工等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，在新興領(lǐng)域如新能源，新能源汽車(chē)等也被廣泛應(yīng)用。

IGBT憑借其高輸入阻抗、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)損耗小等優(yōu)點(diǎn)在MOSFET和BJT的基礎(chǔ)上有效降低了n漂移區(qū)的電阻率，大大提高了器件的電流能力。目前IGBT已經(jīng)能夠覆蓋從600V—6500V的電壓范圍。

我國(guó)擁有最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，目前IGBT等高端器件的研發(fā)與國(guó)際大公司相比有著較明顯的差距，IGBT技術(shù)集成度高又導(dǎo)致了較高的市場(chǎng)集中度。跟國(guó)內(nèi)廠商相比，英飛凌、 三菱和富士電機(jī)等國(guó)際廠商目前占有絕對(duì)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。本期從國(guó)外主流廠商的系列產(chǎn)品著手，看目前位于行業(yè)頭部的IGBT產(chǎn)品。

Infineon IGBT模塊

在3300V以上電壓等級(jí)的高壓IGBT技術(shù)領(lǐng)域Infineon處于頭部，在大功率溝槽技術(shù)方面，Infineon同樣處于國(guó)際領(lǐng)先水平。在正向和阻斷狀態(tài)下，Infineon的IGBT功率損耗極低，僅需低驅(qū)動(dòng)功率便可發(fā)揮高效率。IGBT可承受電壓高達(dá)6.5 kV，工作頻率為2 kHz至50 kHz均有覆蓋。借助廣泛的技術(shù)組合優(yōu)勢(shì)，Infineon IGBT的設(shè)計(jì)具有出色的電流承載能力和更高的脈沖負(fù)載能力，功耗極低。

HybridPACK系列模塊

IGBT汽車(chē)應(yīng)用電壓主要在600V到1200V之間，這個(gè)區(qū)間里Infineon優(yōu)勢(shì)很大。HybridPACK系列拓展了面向混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的IGBT模塊的功率區(qū)間，涵蓋了200 A至900 A以及400 V至1200 V（芯片額定值）功率范圍。

HybridPACK Drive功率范圍為100至175 kW，并針對(duì)混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)牽引應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，是很緊湊的功率模塊。

電源模塊采用新一代EDT2 IGBT芯片，一種汽車(chē)微圖案溝槽場(chǎng)停止單元設(shè)計(jì)，可在電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際駕駛循環(huán)中提供最高效率。該芯片組具有基準(zhǔn)電流密度、短路耐受性和更高的阻斷電壓，在惡劣的環(huán)境條件下依然可以可靠地運(yùn)行逆變器。

HybridPACK DSC同樣是汽車(chē)IGBT模塊，在Drive的基礎(chǔ)上，DSC在拓展性上更強(qiáng)，同時(shí)效率提升了約25%。

該模塊雙面冷卻技術(shù)和IGBT半橋配置，模塊兩側(cè)的兩塊銅板用于雙面冷卻 （DSC），從而實(shí)現(xiàn)了高功率密度，片上溫度和電流傳感器（過(guò)流保護(hù)）在安全性和性能之間提供了很好的保障。

TRENCHSTOP系列模塊

TRENCHSTOP系列模塊專為變頻工業(yè)驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)，基于新型微溝槽柵技術(shù)使得可控性更高。950 V/1200 V TRENCHSTOP IGBT7 二極管技術(shù)是基于最新的微溝槽技術(shù)，該技術(shù)平臺(tái)的特別之處在于，實(shí)施由亞微米級(jí)平臺(tái)隔開(kāi)的平行溝槽單元，而之前使用的是方形溝槽單元，因此器件損耗大幅降低。

另一個(gè)突出的性能指標(biāo)就是功率密度更高，同時(shí)開(kāi)關(guān)軟度提高，這是因?yàn)樵撔酒貏e針對(duì)工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用和太陽(yáng)能逆變器應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。除此之外，功率密度提升也源于該系列功率模塊在過(guò)載工況下容許的最高運(yùn)行溫度提高至175 ℃的同時(shí)功耗也不超過(guò)4kW。

三菱IGBT模塊

三菱IGBT模塊有一項(xiàng)值得稱道的技術(shù)，就是CSTBT。三菱IGBT產(chǎn)品芯片結(jié)構(gòu)從平面柵極結(jié)構(gòu)發(fā)展為溝槽柵極結(jié)構(gòu)的發(fā)展過(guò)程中憑借CSTBT結(jié)構(gòu)，也就是其運(yùn)用載流子儲(chǔ)存效應(yīng)研發(fā)的IGBT，滿足了工業(yè)設(shè)備低損耗、小型化的要求。

T/T1 系列IGBT模塊

T/T1 系列搭載新推出的采用CSTBT*1結(jié)構(gòu)，能夠減少功率損耗。同時(shí)在模塊中內(nèi)置了三相整流器，逆變器和CIB。在封裝上采用了相變熱界面材料，提高了熱循環(huán)壽命，大大提高工業(yè)設(shè)備的可靠性。與三菱現(xiàn)有的其他模塊相比，CIB模塊使得緊湊型變頻器外型尺寸約可減小36%，滿足市場(chǎng)小型化的需求。

T/T1 系列同樣在過(guò)載工況下容許的最高運(yùn)行溫度高至175 ℃，發(fā)射極電壓最大為650V，電流為100A，在工業(yè)應(yīng)用上足夠覆蓋不同工況。

3級(jí)變頻器用 IGBT模塊

這個(gè)系列是3級(jí)變頻器專用的IGBT模塊。按照3電平逆變器的要求，對(duì)采用CSTBT結(jié)構(gòu)的IGBT規(guī)格進(jìn)行了優(yōu)化。端子位置經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，1in1/2in1產(chǎn)品的外型尺寸為130mm×67mm，4in1型外型尺寸為115mm×82mm，在尺寸上做到了更小，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)自由度。

同時(shí)，這個(gè)系列擁有共射連接的雙向開(kāi)關(guān)模塊，兼容3電平逆變器，功耗約減少了30%。加之采用了新型封裝，大幅減少了雜散電感，對(duì)逆變器電路結(jié)構(gòu)起到了極大的簡(jiǎn)化作用。

富士 IGBT模塊

IGBT 2-Pack系列

這個(gè)系列覆蓋600V-1700V級(jí)。2-Pack內(nèi)置了半橋電路。這個(gè)系列主要應(yīng)用于UPS、通用變頻器、電力鐵路、大型太陽(yáng)能發(fā)電等的大范圍轉(zhuǎn)換器。模塊大功率的同時(shí)保證了相當(dāng)?shù)目煽啃浴?/p>

以M254 1200V/600A為例，這個(gè)系列有三大特征。一是開(kāi)關(guān)高速，二是采用了電壓激勵(lì)，三則是采用了低電感外殼。每個(gè)產(chǎn)品包含兩個(gè)IGBT芯片和兩個(gè)FWD芯片。通常在一組中使用三個(gè)單元組成PWM逆變器。系列產(chǎn)品的功耗很低，在175℃的最高溫下運(yùn)行，功耗也僅為3.75kW。

這個(gè)系列的短路耐受能力很強(qiáng)，在短路電流和/或電源電壓較低的情況下，IGBT模塊的能力限制為設(shè)備額定電流的幾倍。在發(fā)生短路的情況下，過(guò)電流受到限制，使裝置具有較高的短路耐受能力。

小結(jié)

在大功率溝槽技術(shù)方面，英飛凌與三菱處于國(guó)際領(lǐng)先水平，富士電機(jī)的長(zhǎng)處則在反向耐壓這一技術(shù)上。同時(shí)，國(guó)外頭部公司基于傳統(tǒng)封裝技術(shù)研發(fā)出的多種先進(jìn)封裝技術(shù)，能夠大幅提高模塊的功率密度、散熱性能與長(zhǎng)期可靠性，這也是值得國(guó)內(nèi)廠商關(guān)注的一點(diǎn)。

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