文档介绍：.英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT是绝缘门极双极型晶体管(IsolatedGateBipolarTransistor)的英文缩写。它是八十年代末,九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身,既有输入阻抗高,速度快,热稳定性好,电压驱动(MOSFET的优点,克服GTR缺点);又具有通态压降低,可以向高电压、大电流方向发展(GTR的优点,克服MOSFET的缺点)等综合优点,因此IGBT发展很快,在开关频率大于1KHz,功率大于5KW的应用场合具有优势。随着以MOSFET、IGBT为代表的电压控制型器件的出现,电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段,并使电力电子技术发展得更加丰富,同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。英飞凌/EUPECIGBT芯片发展经历了三代,下面将具体介绍。一、IGBT1-平面栅穿通(PT)型IGBT(19881995)西门子第一代IGBT芯片也是采用平面栅、PT型IGBT工艺,这是最初的IGBT概念原型产品。生产时间是1990年-1995年。西门子第一代IGBT以后缀为“DN1来”区分。如BSM150GB120DN1。-IGBT 结构图......PT型IGBT是在厚度约为 300-500μm的硅衬底上外延生长有源层,在外延层上制作IGBT元胞。PT-IGBT具有类GTR特性,在向1200V以上高压方向发展时,遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。因此,PT-IGBT适合生产低压器件,600V系列IGBT有优势。二、IGBT2-第二代平面栅NPT-IGBT西门子公司经过了潜心研究,于1989年在IEEE功率电子专家会议(PESC)上率先提出了NPT-IGBT概念。由于随着IGBT耐压的提高,如电压VCE≥1200V,要求IGBT承受耐压的基区厚度dB>100μm,在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法,不仅成本高,而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。1995年,西门子率先不用外延工艺,采用区熔单晶硅批量生产NPT-IGBT产品。西门子的 NPT-IGBT 在全电流工作区范围内具有饱和压降正温度系数,具有类 MOSFET 的输出特性。-IGBT结构图西门子/EUPECIGBT2 最典型的代表是后缀为 “DN2系”列。如 BSM200GB120DN2 。“DN2”系列最佳适用频率为15KHz-20KHz,饱和压降VCE(sat)=。“DN2”系列几乎适用于所有的应用领域。西门子在 “DN2系”列的基础上通过优化工艺,开发出 “DLC系”列。“DLC系”列是低饱和压降,(VCE(sat)= ),最佳开关频率范围为1KHz-8KHz。“DLC”系列是适用于变频器等频率较低的应用场合。后来 Infineon/EUPEC又推出短拖尾电流、高频“KS4系”列。“KS4”系列是在“DN2”的基础上,开关频率得到进一步提高, 最佳使用开关频率为 15KHz-30KHz。最适合于逆变焊机, UPS,通信电源,开关电源,感应加热等开关频率比较高( fK≥20KHz)的应用场合。在这些应用领域,将逐步取代 “DN2系”列。EUPEC 用“KS4芯”片开发出 H—桥(四单元) IGBT模块,......其特征是内部封装电感低, 成本低,可直接焊在 PCB版上(注:这种结构在变频器应用中早已成熟,并大量使用)。总之,EUPECIGBT模块中“DN2、”“DLC、”“KS4采”用NPT工艺,平面栅结构,是第二代NPT-IGBT。三、IGBT3IGBT3-沟槽栅(TrenchGate)在平面栅工艺中,电流流向与表面平行时,电流必须通过栅极下面的p阱区围起来的一个结型场效应管(JFET),它成为电流通道的一个串连电阻,在沟槽栅结构中,这个栅下面的JFET通过干法刻蚀工艺消除了,因此形成了垂直于硅片表面的反型沟道。这样IGBT通态压降中剔除了JFET这部分串联电阻的贡献,通态压降可大大降低。Infineon/EUPEC1200VIGBT3饱和压降VCE(sat)=。电场终止层(FieldStop)技术是吸收了PT、NPT两类器件的优点。在FS层中其掺杂浓度比PT结构中的n+缓冲层掺杂浓度低,但比基区n—层浓度高,因此基区可以明显减薄(可以减薄1/3左右),还能保证饱和压降具有正温度系数。由于仍然是在区熔单晶硅中(没有外延)制作FS层,需进行离子双注入,又要确保饱和压降的正温度系数,工艺难度较大。+FSIGBT结构图EUPEC第三代IGBT有两种系列。后缀为“KE3”的是低频系列,其最佳开关频率为1K-8KHz。1200VIGBT饱和压降VCE(sat)=,最适合于变频器应用。