IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由BJT(双极结型晶体三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征。简单讲,是一个非通即断的开关,IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点,如驱动功率小和饱和压降低等。IGBT模块是由IGBT与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品,具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。IGBT是能源转换与传输的器件,是电力电子装置的“CPU”。采用IGBT进行功率变换,能够提高用电效率和质量,具有高效节能和绿色环保的特点,是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。IGBT是以GTR为主导元件,MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。其外部有三个电极,分别为G-栅极,C-集电极,E-发射极。在IGBT使用过程中,可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小,从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。1)当IGBT栅-射极加上加0或负电压时,MOSFET内沟道消失,IGBT呈关断状态。2)当集-射极电压UCE<0时,J3的PN结处于反偏,IGBT呈反向阻断状态。3)当集-射极电压UCE>0时。一是开关速度,主要指标是开关过程中各部分时间;另一个是开关过程中的损耗。上海进口赛米控模块代理商
在现代电力电子技术中得到了越来越的应用,在较高频率的大、率应用中占据了主导地位。IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOS截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件,在它的栅极—发射极间施加十几V的直流电压,只有在uA级的漏电流流过,基本上不消耗功率。1、IGBT模块的选择IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。其相互关系见下表。使用中当IGBT模块集电极电流增大时,所产生的额定损耗亦变大。同时,开关损耗增大,使原件发热加剧,因此,选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。特别是用作高频开关时,由于开关损耗增大,发热加剧,选用时应该降等使用。2、使用中的注意事项由于IGBT模块为MOSFET结构,IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄,其击穿电压一般达到20~30V。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点:在使用模块时。河北优势赛米控模块高压领域的许多应用中,要求器件的电压等级达到10KV以上,目前只能通过IGBT高压串联等技术来实现高压应用。
但在中MOSFET及IGBT主流器件市场上,90%主要依赖进口,基本被国外欧美、日本企业垄断。国外企业如英飞凌、ABB、三菱等厂商研发的IGBT器件产品规格涵盖电压600V-6500V,电流2A-3600A,已形成完善的IGBT产品系列。英飞凌、三菱、ABB在1700V以上电压等级的工业IGBT领域占优势;在3300V以上电压等级的高压IGBT技术领域几乎处于垄断地位。在大功率沟槽技术方面,英飞凌与三菱公司处于国际水平。西门康、仙童等在1700V及以下电压等级的消费IGBT领域处于优势地位。尽管我国拥有大的功率半导体市场,但是目前国内功率半导体产品的研发与国际大公司相比还存在很大差距,特别是IGBT等器件差距更加明显。技术均掌握在发达国家企业手中,IGBT技术集成度高的特点又导致了较高的市场集中度。跟国内厂商相比,英飞凌、三菱和富士电机等国际厂商占有的市场优势。形成这种局面的原因主要是:1、国际厂商起步早,研发投入大,形成了较高的壁垒。2、国外制造业水平比国内要高很多,一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。中国功率半导体产业的发展必须改变目前技术处于劣势的局面,特别是要在产业链上游层面取得突破,改变目前功率器件领域封装强于芯片的现状。总的来说。
广泛应用在斩波或逆变电路中,如轨道交通、电动汽车、风力和光伏发电等电力系统以及家电领域。此外,半导体功率模块主要包括igbt器件和fwd,在实际应用中,为了保证半导体功率模块能够保证安全、可靠的工作,通常在半导体功率模块的dcb板上增加电流传感器以及温度传感器,以对半导体功率模块中的器件进行过电流和温度的实时监控,方便电路进行保护。现有技术中主要通过在igbt器件芯片内集成电流传感器,并利用镜像电流检测原理实现电流的实时监控,例如,对于图2中的电流敏感器件,在igbt器件芯片有源区内按照一定面积比如1:1000,隔离开1/1000的源区金属电极作为电流检测的电流传感器1,该电流传感器1的集电极和栅极与主工作区是共用,发射极则是分开的,因此,在电流传感器1的源区金属上引出电流以测试电极,并在外电路中检测测试电极中的电流,从而检测器件工作中电流状态。但是,在上述镜像电流检测中,受发射极引线的寄生电阻和电感产生的阻抗的影响,电流检测精度会降低,因此,现有方法主要采用kelvin连接,如图3所示,当栅极高电平时,电流传感器1与主工作区分别流过电流,电流传感器1的电流流过检测电阻40到主工作区发射区金属后通过主工作区发射极引线到地。当MOSFET的沟道形成后,从P+基极注入到N-层的空穴(少子),对N-层进行电导调制。
本发明实施例还提供了一种半导体功率模块,如图15所示,半导体功率模块50配置有上述igbt芯片51,还包括驱动集成块52和检测电阻40。具体地,如图16所示,igbt芯片51设置在dcb板60上,驱动集成块52的out端口通过模块引线端子521与igbt芯片51中公共栅极单元100连接,以便于驱动工作区域10和电流检测区域20工作;si端口通过模块引线端子521与检测电阻40连接,用于获取检测电阻40上的电压;以及,gnd端口通过模块引线端子521与电流检测区域的第1发射极单元101引出的导线522连接,检测电阻40的另一端还分别与电流检测区域的第二发射极单元201和接地区域连接,从而通过si端口获取检测电阻40上的测量电压,并根据该测量电压检测工作区域的工作电流。本发明实施例提供的半导体功率模块,设置有igbt芯片,其中,igbt芯片上设置有:工作区域、电流检测区域和接地区域;其中,igbt芯片还包括第1表面和第二表面,且,第1表面和第二表面相对设置;第1表面上设置有工作区域和电流检测区域的公共栅极单元,以及,工作区域的第1发射极单元、电流检测区域的第二发射极单元和第三发射极单元,其中,第三发射极单元与第1发射极单元连接。比较高栅源电压受比较大漏极电流限制,其比较好值一般取为15V左右。陕西贸易赛米控模块销售厂
IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N-沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。上海进口赛米控模块代理商
同一代技术中通态损耗与开关损耗两者相互矛盾,互为消长。IGBT模块按封装工艺来看主要可分为焊接式与压接式两类。高压IGBT模块一般以标准焊接式封装为主,中低压IGBT模块则出现了很多新技术,如烧结取代焊接,压力接触取代引线键合的压接式封装工艺。随着IGBT芯片技术的不断发展,芯片的高工作结温与功率密度不断提高,IGBT模块技术也要与之相适应。未来IGBT模块技术将围绕芯片背面焊接固定与正面电极互连两方面改进。模块技术发展趋势:无焊接、无引线键合及无衬板/基板封装技术;内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功能元件,不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。IGBT的主要应用领域作为新型功率半导体器件的主流器件,IGBT已广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、等传统产业领域,以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。1)新能源汽车IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用,是电动汽车及充电桩等设备的技术部件。IGBT模块占电动汽车成本将近10%,占充电桩成本约20%。IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面:A)电动控制系统大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机。上海进口赛米控模块代理商