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、省材、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。
图 PT-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。
图 NPT-IGBT 结构图
西门子/EUPEC IGBT2 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