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第六代1200V槽柵FS-IGBT模塊

日期:2021-11-07 08:20
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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迅速地擴展了它的應用領域。市場對于*新的電能變換系統的要求主要集中在:尺寸小、重量輕以及效率高。因此,就要求功率半導體技術要在獲得更高性能、更先進功能以及更大功率處理能力等方面有所進步。
系統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、動態保護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、更經濟等優點,其市場需求不斷增長。
下一代igbt模塊應當具有更小尺寸和更經濟的特征。實現高性能緊湊型igbt模塊的關鍵技術在于,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,在設計過程中應當給予特別的重視,以體現出*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,重要的是同時改進芯片技術和封裝工藝,也就是說,igbt應能承受更大的功耗,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開關工作時的功耗分為“靜態”功耗和“動態”功耗。靜態功耗與通態壓降(von)相關,與占空比也有一定的關系,但并不強烈地依賴于驅動條件。然而,包含開通與關斷能量在內的動態功耗卻與驅動條件顯著相關。
性能的挑戰
場終止結構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90年代早期發現的外延型igbt的關斷振蕩問題再次成為一個潛在的隱患。當器件變薄的同時,耗盡層更容易“穿通”到場中止層,這正是引起關斷振蕩的機理。因此,振蕩的臨界電壓應當位于安全工作區之外。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,續流二極管(fwd)的軟反向恢復特性對于獲得較低的開通dv/dt來講很重要,但是卻很少有發表的論文指出igbt開通特性的重要性。在20世紀普及的平面柵igbt有著簡單的柵極結構,因此,很容易根據其物理尺寸推斷出它的動態特性。然而,槽柵igbt的柵極結構和版圖設計更加多變,為在低von和指定短路耐量之間取得平衡而采用的優化方法也更加復雜。
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