英飞凌各代IGBT模块技术详解.pdf

. 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 1.1 PT-IGBT 结构图 . PT 型 IGBT 是在厚度约为 300 －500 μm 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 dB100 μm，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 1.2 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)=2.5V 。 “DN2”系列几乎 适 用于所有的应用领域。西门子在