覆銅陶瓷基板(DBC基板):主要由中間的陶瓷絕緣層以及上下兩面的覆銅層組成,類似于2層PCB電路板,但中間的絕緣材料是陶瓷而非PCB常用的FR4。它起到絕緣、導(dǎo)熱和機(jī)械支撐的作用,既能保證IGBT芯片與散熱基板之間的電絕緣,又能將IGBT芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量快速傳導(dǎo)出去,同時(shí)為電路線路提供支撐和繪制的基礎(chǔ),覆銅層上可刻蝕出各種圖形用于繪制電路線路。鍵合線:用于實(shí)現(xiàn)IGBT模塊內(nèi)部的電氣互聯(lián),連接IGBT芯片、二極管芯片、焊點(diǎn)以及其他部件,常見(jiàn)的有鋁線和銅線兩種。鋁線鍵合工藝成熟、成本低,但電學(xué)和熱力學(xué)性能較差,膨脹系數(shù)失配大,會(huì)影響IGBT的使用壽命;銅線鍵合工藝具有優(yōu)良的電學(xué)和熱力學(xué)性能,可靠性高,適用于高功率密度和高效散熱的模塊。IGBT模塊在新能源汽車領(lǐng)域是技術(shù)部件。寶山區(qū)標(biāo)準(zhǔn)一單元igbt模塊
柵極電壓觸發(fā):當(dāng)在柵極施加一個(gè)正電壓時(shí),MOSFET部分的導(dǎo)電通道被打開(kāi),電流可以從集電極流到發(fā)射極。由于集電極和發(fā)射極之間有一個(gè)P型區(qū)域,形成了一個(gè)PN結(jié),電流在該區(qū)域中得到放大。電流通路形成:導(dǎo)通時(shí)電流路徑為集電極(P+)→ N-漂移區(qū)(低阻態(tài))→ P基區(qū) → 柵極溝道 → 發(fā)射極(N+)。此時(shí)IGBT等效為“MOSFET驅(qū)動(dòng)的BJT”,MOSFET部分負(fù)責(zé)電壓控制,驅(qū)動(dòng)功率微瓦級(jí);BJT部分負(fù)責(zé)大電流放大,可實(shí)現(xiàn)600V~6500V高壓場(chǎng)景應(yīng)用。關(guān)鍵導(dǎo)通參數(shù):導(dǎo)通壓降VCE(sat)典型值為1~3V(遠(yuǎn)低于BJT的5V),損耗更低;開(kāi)關(guān)頻率為1~20kHz,兼顧效率與穩(wěn)定性(優(yōu)于BJT的<1kHz,低于MOSFET的100kHz+)。奉賢區(qū)igbt模塊是什么IGBT模塊電極結(jié)構(gòu)采用彈簧結(jié)構(gòu),緩解安裝過(guò)程中的基板開(kāi)裂。
新能源發(fā)電:風(fēng)力發(fā)電:風(fēng)力發(fā)電機(jī)捕獲風(fēng)能后,產(chǎn)生的電能頻率和電壓不穩(wěn)定,IGBT模塊用于變流器中,將不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)要求的交流電。通過(guò)精確控制,可實(shí)現(xiàn)最大功率追蹤,提高風(fēng)能利用率,同時(shí)保障電力平穩(wěn)并入電網(wǎng),減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。光伏發(fā)電:IGBT是光伏逆變器、儲(chǔ)能逆變器的器件。IGBT模塊占光伏逆變器價(jià)值量的15%至20%,不同的光伏電站需要的IGBT產(chǎn)品略有不同,比如集中式光伏主要采用IGBT模塊,而分布式光伏主要采用IGBT單管或模塊。
按封裝形式:
IGBT 單管:將單個(gè) IGBT 芯片與 FRD(快速恢復(fù)二極管)芯片以分立式晶體管的形式封裝在銅框架上,封裝規(guī)模小,電流較小,適用于消費(fèi)和工業(yè)家電等對(duì)功率要求不高的場(chǎng)景。
IGBT 模塊:將多個(gè) IGBT 芯片與 FRD 芯片通過(guò)特定電路橋接而成的模塊化產(chǎn)品,具有更高的集成度和散熱穩(wěn)定性,常用于對(duì)功率要求較高的場(chǎng)合,如工業(yè)變頻器、新能源汽車等。
按內(nèi)部結(jié)構(gòu):
穿通 IGBT(PT - IGBT):發(fā)射極接觸處具有 N + 區(qū),包括 N + 緩沖層,也叫非對(duì)稱 IGBT,具有不對(duì)稱的電壓阻斷能力,其特點(diǎn)是導(dǎo)通壓降較低,但關(guān)斷速度相對(duì)較慢,適用于對(duì)導(dǎo)通損耗要求較高的應(yīng)用,如低頻、大功率的變流器。
非穿通 IGBT(NPT - IGBT):沒(méi)有額外的 N + 區(qū)域,結(jié)構(gòu)對(duì)稱性提供了對(duì)稱的擊穿電壓特性,關(guān)斷速度快,開(kāi)關(guān)損耗小,但導(dǎo)通壓降相對(duì)較高,常用于高頻、開(kāi)關(guān)速度要求高的場(chǎng)合,如開(kāi)關(guān)電源、高頻逆變器等。 IGBT模塊作為開(kāi)關(guān)元件,控制輸配電、變頻器等電源的通斷。
依據(jù)IGBT模塊特性參數(shù)匹配:IGBT的柵極電容、閾值電壓、比較大柵極電壓等參數(shù)決定了驅(qū)動(dòng)電路的輸出特性。例如,對(duì)于柵極電容較大的IGBT,需要驅(qū)動(dòng)電路能提供較大的充電和放電電流,以確保IGBT快速導(dǎo)通和關(guān)斷,可選擇具有低輸出阻抗的驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)滿足要求。開(kāi)關(guān)速度:若IGBT需要在高頻下工作,要求驅(qū)動(dòng)電路能夠提供快速的上升沿和下降沿,以減少開(kāi)關(guān)損耗。一般可采用高速光耦或磁耦隔離的驅(qū)動(dòng)電路,它們能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速傳輸,使IGBT的開(kāi)關(guān)速度達(dá)到比較好狀態(tài)。中國(guó)IGBT市場(chǎng)規(guī)模巨大,但自給率不足,國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊。廣東半導(dǎo)體igbt模塊
新材料的應(yīng)用將推動(dòng)IGBT模塊性能的提升和成本的降低。寶山區(qū)標(biāo)準(zhǔn)一單元igbt模塊
考慮IGBT模塊的性能參數(shù)開(kāi)關(guān)特性:開(kāi)關(guān)速度是IGBT模塊的重要性能指標(biāo)之一,包括開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。較快的開(kāi)關(guān)速度可以降低開(kāi)關(guān)損耗,提高變頻器的效率,但也可能會(huì)增加電磁干擾(EMI)。因此,需要在開(kāi)關(guān)速度和EMI之間進(jìn)行權(quán)衡。一般來(lái)說(shuō),對(duì)于高頻運(yùn)行的變頻器,應(yīng)選擇開(kāi)關(guān)速度較快的IGBT模塊;而對(duì)于對(duì)EMI要求較高的場(chǎng)合,則需要適當(dāng)降低開(kāi)關(guān)速度或采取相應(yīng)的EMI抑制措施。導(dǎo)通壓降:導(dǎo)通壓降越小,IGBT模塊在導(dǎo)通狀態(tài)下的功率損耗就越小,效率也就越高。在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的變頻器中,選擇導(dǎo)通壓降小的IGBT模塊可以降低能耗,提高系統(tǒng)的可靠性。短路耐受能力:IGBT模塊應(yīng)具備一定的短路耐受時(shí)間,以應(yīng)對(duì)變頻器可能出現(xiàn)的短路故障。一般要求IGBT模塊在短路時(shí)能夠承受數(shù)微秒到幾十微秒的短路電流而不損壞,這樣可以為保護(hù)電路提供足夠的時(shí)間來(lái)切斷故障電流,避免IGBT模塊因短路而損壞。寶山區(qū)標(biāo)準(zhǔn)一單元igbt模塊