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英飞凌各代IGBT模块技术详解.docx

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英飞凌各代IGBT模块技术详解.docx

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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(Isolated Gate Bipolar Transistor)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、杳材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。 英飞凌/ EUPEC IGBT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 ( 1988 1995 )
西门子第T弋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 BSM150GBi20DN1。
G E G
SiO3
PT型IGBT是在厚度约为300 - 500pm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>100pm ,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。
图 NPT-IGBT 蹄图
西门子/ EUPEC IGBT2最典型的代表是后缀为“DN2”系列。如BSM200GBi20DN2。
“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喙列是在“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