文章詳情
第六代1200V槽柵FS-IGBT模塊
日期：2024-11-26 13:15
瀏覽次數(shù)：1290
摘要：第六代1200V槽柵FS-IGBT模塊
摘要：近幾年來，主要用于電能控制與變換的電力電子學(xué)迅速地擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域。市場對于*新的電能變換系統(tǒng)的要求主要集中在：尺寸小、重量輕以及效率高。因此，就要求功率半導(dǎo)體技術(shù)要在獲得更高性能、更先進(jìn)功能以及更大功率處理能力等方面有所進(jìn)步。
系統(tǒng)縮小尺寸的解決方案之一是使用igbt-pim(功率集成模塊)，將倒相電路、動態(tài)保護(hù)電路以及整流二極管都集成在同一個模塊中。近幾年來，*大額定電流低于100a的pim，由于尺寸小、易裝配、更經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，其市場需求不斷增長。
下一代igbt模塊應(yīng)當(dāng)具有更小尺寸和更經(jīng)濟(jì)的特征。實現(xiàn)高性能緊湊型igbt模塊的關(guān)鍵技術(shù)在于，在處理好電與熱性能的同時如何減小芯片面積。igbt芯片無疑是模塊中*重要的部分，在設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)給予特別的重視，以體現(xiàn)出*高的價值。因為它們不但是模塊中尺寸*大的部件，也是模塊中溫升*高的部分，所以需要做好散熱措施。因此，對于制造高性能緊湊型模塊，重要的是同時改進(jìn)芯片技術(shù)和封裝工藝，也就是說，igbt應(yīng)能承受更大的功耗，并且要使用lti(低熱阻)封裝。
新模塊必須具有的另一個特征是低噪聲輻射。igbt開關(guān)工作時的功耗分為“靜態(tài)”功耗和“動態(tài)”功耗。靜態(tài)功耗與通態(tài)壓降(von)相關(guān)，與占空比也有一定的關(guān)系，但并不強(qiáng)烈地依賴于驅(qū)動條件。然而，包含開通與關(guān)斷能量在內(nèi)的動態(tài)功耗卻與驅(qū)動條件顯著相關(guān)。
性能的挑戰(zhàn)
場終止結(jié)構(gòu)可以顯著地減小器件厚度，因此，器件性能得以大幅提高。然而，上世紀(jì)90年代早期發(fā)現(xiàn)的外延型igbt的關(guān)斷振蕩問題再次成為一個潛在的隱患。當(dāng)器件變薄的同時，耗盡層更容易“穿通”到場中止層，這正是引起關(guān)斷振蕩的機(jī)理。因此，振蕩的臨界電壓應(yīng)當(dāng)位于**工作區(qū)之外。為了減薄器件的厚度，必須在振蕩的臨界電壓與擊穿電壓之間權(quán)衡并做出突破。臨界電壓隨著硅片電阻率的降低而增長，然而與此同時，擊穿電壓卻降低。眾所周知，續(xù)流二極管(fwd)的軟反向恢復(fù)特性對于獲得較低的開通dv/dt來講很重要，但是卻很少有發(fā)表的論文指出igbt開通特性的重要性。在20世紀(jì)普及的平面柵igbt有著簡單的柵極結(jié)構(gòu)，因此，很容易根據(jù)其物理尺寸推斷出它的動態(tài)特性。然而，槽柵igbt的柵極結(jié)構(gòu)和版圖設(shè)計更加多變，為在低von和指定短路耐量之間取得平衡而采用的優(yōu)化方法也更加復(fù)雜。
系統(tǒng)縮小尺寸的解決方案之一是使用igbt-pim(功率集成模塊)，將倒相電路、動態(tài)保護(hù)電路以及整流二極管都集成在同一個模塊中。近幾年來，*大額定電流低于100a的pim，由于尺寸小、易裝配、更經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，其市場需求不斷增長。
下一代igbt模塊應(yīng)當(dāng)具有更小尺寸和更經(jīng)濟(jì)的特征。實現(xiàn)高性能緊湊型igbt模塊的關(guān)鍵技術(shù)在于，在處理好電與熱性能的同時如何減小芯片面積。igbt芯片無疑是模塊中*重要的部分，在設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)給予特別的重視，以體現(xiàn)出*高的價值。因為它們不但是模塊中尺寸*大的部件，也是模塊中溫升*高的部分，所以需要做好散熱措施。因此，對于制造高性能緊湊型模塊，重要的是同時改進(jìn)芯片技術(shù)和封裝工藝，也就是說，igbt應(yīng)能承受更大的功耗，并且要使用lti(低熱阻)封裝。
新模塊必須具有的另一個特征是低噪聲輻射。igbt開關(guān)工作時的功耗分為“靜態(tài)”功耗和“動態(tài)”功耗。靜態(tài)功耗與通態(tài)壓降(von)相關(guān)，與占空比也有一定的關(guān)系，但并不強(qiáng)烈地依賴于驅(qū)動條件。然而，包含開通與關(guān)斷能量在內(nèi)的動態(tài)功耗卻與驅(qū)動條件顯著相關(guān)。
性能的挑戰(zhàn)
場終止結(jié)構(gòu)可以顯著地減小器件厚度，因此，器件性能得以大幅提高。然而，上世紀(jì)90年代早期發(fā)現(xiàn)的外延型igbt的關(guān)斷振蕩問題再次成為一個潛在的隱患。當(dāng)器件變薄的同時，耗盡層更容易“穿通”到場中止層，這正是引起關(guān)斷振蕩的機(jī)理。因此，振蕩的臨界電壓應(yīng)當(dāng)位于**工作區(qū)之外。為了減薄器件的厚度，必須在振蕩的臨界電壓與擊穿電壓之間權(quán)衡并做出突破。臨界電壓隨著硅片電阻率的降低而增長，然而與此同時，擊穿電壓卻降低。眾所周知，續(xù)流二極管(fwd)的軟反向恢復(fù)特性對于獲得較低的開通dv/dt來講很重要，但是卻很少有發(fā)表的論文指出igbt開通特性的重要性。在20世紀(jì)普及的平面柵igbt有著簡單的柵極結(jié)構(gòu)，因此，很容易根據(jù)其物理尺寸推斷出它的動態(tài)特性。然而，槽柵igbt的柵極結(jié)構(gòu)和版圖設(shè)計更加多變，為在低von和指定短路耐量之間取得平衡而采用的優(yōu)化方法也更加復(fù)雜。