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IGBT模块结构特点\工作原理与IGBT模块清洗介绍

合明科技 👁 2209 Tags:IGBT模块IGBT 模块工作原理IGBT 模块清洗

今天我要和大家分享的是关于IGBT(绝缘栅双极性晶体管)芯片的革命性崛起。这项创新的科技巨擘在现代电力电子领域掀起了一场震撼世界的变革。想象一下,在过去的几十年中,我们生活的每个角落都离不开能源的驱动。然而,传统的功率晶体管却受限于一些方面不足。幸运的是,IGBT芯片的出现彻底改变了这一局面。当前的新能源车的模块系统由很多部分组成,如电池、VCU、BSM、电机等,但是这些都是发展比较成熟的产品,国内外的模块厂商已经开发了很多,但是有一个模块需要引起行业内的重视,那就是电机驱动部分,则是电机驱动部分最核心的元件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管芯片)。


IGBT和MOS管都是一种用于电力控制的半导体器件。它们的作用是在电路中调整或控制电流的流动。

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是一种具有低压控制和高电流能力的开关设备。它结合了场效应晶体管(MOSFET)和双极型晶体管(BJT)的优点,具有低开通电阻和高开通速度,能够承受较高的电流和电压。IGBT主要用于交流电力电子设备中,如变频器、电机驱动器、逆变器等。

MOS管(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)是一种基于MOS结构的晶体管。它具有高输入电阻、低功耗和快速开关速度等特点,可以用作开关、放大器、放大器驱动器等。MOS管可以分为两类:增强型MOSFET(nMOS)和耗尽型MOSFET(pMOS)。增强型MOSFET需要一个正电压作为控制信号以切换其导通状态,而耗尽型MOSFET需要一个负电压作为控制信号。

总的来说,IGBT主要用于高功率电力应用,而MOS管则适用于低功率应用。IGBT具有较高的电流和电压能力,可以承受较大的负载,但开关速度相对较慢。相比之下,MOS管具有较低的功耗和更快的开关速度,但电流和电压能力相对较弱。在电路设计中,对于不同的应用需求和电路规模,可以选择使用不同类型的器件。

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虽然它们在很多电子设备中都有广泛的应用,但在一些特定的应用场景中,它们存在一些不足之处:


1、传统功率晶体管的效率问题。在高压、高电流的情况下,传统的功率晶体管在导通状态下会有较高的导通电阻,导致能源被转化为热量损失。这意味着功率晶体管在工作时会消耗大量的功率,并且需要额外的散热措施来解决发热问题。
2、传统功率晶体管的速度问题。功率晶体管在开关过程中存在一定的开启延迟时间和关闭延迟时间,限制了其在高频率开关应用中的性能。
幸运的是,IGBT芯片的出现彻底改变了这些局限。IGBT芯片结合了MOSFET和BJT的优点,有效克服了功率晶体管的不足之处:
1、IGBT芯片具有低导通电阻和高电流承载能力的优点,可以在高压、高电流的环境中实现较低的功率损耗。这使得它们在功率转换和电力传输等应用中更加高效。
2、IGBT芯片在开关速度方面表现较为出色。相对于传统的BJT晶体管,IGBT芯片具有更快的开启速度和关闭速度,这使得它们能够在高频率开关电路中表现出更好的性能。
综上所述,传统的功率晶体管在效率和速度方面存在一些限制,而IGBT芯片通过结合MOSFET和BJT的优点,解决了这些问题。因此,IGBT芯片被广泛应用于需要高效、高速开关能力的领域,例如电力传输、工业控制和新能源领域。


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一、结构特点:


PT-IGBT采用 P 型直拉单晶硅作为衬底,在此之上依次生长N+ buffer,N-base外延,最后在外延层表面形成元胞结构。P 型衬底作为器件的集电区浓度高且难以减薄,为了减小阳极侧空穴载流子的注入效率,通常会在漂移区和衬底之间外延生长一层 N+缓冲层,用来阻挡部分空穴注入。在阻断状态下,缓冲层又起到截止漂移区电场的作用,由于电场穿透漂移区,故称此结构为穿通型 IGBT。
二、性能优势:
1、低导通压降:
平面栅穿通型IGBT相比传统功率晶体管具有较低的导通压降,即在导通状态下的电压降低;这是由于电导调制的存在,导通时,当P+区注入到N区的少子浓度很大(大注入)、接近掺杂浓度,则额外积累起来的多子浓度也就与掺杂浓度相当了,这时,N区的电导率实际上就决定于基区掺杂浓度和额外增加的多子浓度的总和,从而N区的有效电导率大大增加了,即降低了N区的电阻率。
2、高电压承受能力:
平面栅穿通型IGBT可以根据应用环境设计出不同N区的厚度来达到所要求的耐压上限,可以较高的电压承受能力,适用于高压应用。
3、简化驱动电路:
相对于传统功率晶体管,平面栅穿通型IGBT的驱动电路更为简化。它通常只需要一个正向电压脉冲来开启,而无需连续施加电压,减少了驱动电路的复杂性和成本。


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三、存在问题:

1、开关损耗较大:


相对于传统功率晶体管,平面栅穿通型IGBT的开关损耗较大;这是由于其较厚的P+区,导致关断时空穴抽离的路径较远。

2、导通压降相对较高:

尽管相对于传统功率晶体管有所改进,但平面栅穿通型IGBT仍然存在较高的导通压降,这取决于正面结构电流路径的复杂性及其较厚的P+区。

3、温度依赖性:

平面栅穿通型IGBT的性能受温度影响较大。其导通特性和开关速度由于复杂的掺杂浓度层次的交替,高温下不同层次的表现不同,致使其受温度影响大,且期间整体的漏电流较高。

4、高电流饱和现象:

在较高电流密度时,平面栅穿通型IGBT可能会出现饱和现象,即电流不再线性响应于控制电压的变化,这是由于平面栅结构的退饱和效应,栅极施加一个大于阈值的正压VGE,则栅极氧化层下方会出现强反型层,形成导电沟道。这时如果给集电极C施加正压VCE,则发射极中的电子便会在电场的作用下源源不断地从发射极E流向集电极C,而集电极中的空穴则会从集电极C流向发射极E,这样电流便形成了。这时电流随CE电压的增长而线性增长,器件工作在饱和区。当CE电压进一步增大,IGBT沟道末的电势随着VCE而增长,使得栅极和硅表面的电压差很小,进而不能维持硅表面的强反型,这时沟道出现夹断现象,电流不再随CE电压的增加而成比例增长,即IGBT退出饱和区。

N 型衬底IGBT——平面栅非穿通型(NPT)IGBT:

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四、IGBT模块究竟如何工作?


在电控模块中,IGBT模块是逆变器的最核心部件,总结其工作原理:

通过非通即断的半导体特性,不考虑过渡过程和寄生效应,我们将单个IGBT芯片看做一个理想的开关。我们在模块内部搭建起若干个IGBT芯片单元的并串联结构,当直流电通过模块时,通过不同开关组合的快速开断,来改变电流的流出方向和频率,从而输出得到我们想要的交流电。

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五、IGBT 模块清洗

为应对能源危机和生态环境恶化等问题,世界各国均在大力发展新能源汽车、高压直流输电等新兴应用,促进了大功率电力电子变流装置的广泛应用。大功率变流装置的可靠性对这些应用而言十分重要。装置的可靠性与其核心器件IGBT密切相关。

目前,大量的IGBT仍在采用传统的正溴丙烷等溶剂清洗清洗,随着对环保的管控和对产品可靠性的要求不断提高,原有的传统溶剂清洗已不能满足IGBT清洗。对此,合明提出新型的IGBT清洗方案。

合明科技半水基清洗工艺解决方案,采用合明科技专利配方,可在清洗IGBT凹槽内存在大量的锡膏残留的同时去除金属界面高温氧化膜,更含有保护芯片独特的材料;配方材料亲水性强,清洗后易于用水漂洗干净。

欢迎使用合明科技半水基清洗剂清洗IGBT功率器件。

以上便是IGBT功率器件清洗剂厂,IGBT功率器件的DCB衬底功能介绍,希望可以帮到您!

合明科技运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用合明科技水基清洗剂产品。

 





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