車用IGBT器件的案例
概述丨車用IGBT器件技術解析
概述丨車用IGBT器件技術解析
車用IGBT器件技術概述（精選版）
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概述丨車用IGBT器件技術解析
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IGBT器件結構及其分析
引言
IGBT是綜合MOS管和雙極型晶體管優(yōu)勢特征的一種半導體復合器件，作為功率半導體分離器件的代表，廣泛應用于新能源汽車、消費電子、工業(yè)控制領域，所涉及領域幾乎涵蓋社會的各個方面，市場需求增長空間巨大。近幾年中國IGBT產業(yè)在國家政策推動及市場牽引下得到迅速發(fā)展，但技術方面與國際大廠仍有較大差距，國際大廠中以英飛凌為代表，技術已發(fā)展到微溝槽性IGBT，并達到量產水平。
從1980年至今，IGBT經歷了六代技術的發(fā)展演變，過程如圖1所示，分別是第一代平面穿通型（P.PT），第二代改進的平面穿通型（P.PT），第三代平面非穿通型（P.NPT），第四代溝槽非穿通型（Trench.NPT），第五代平面柵軟穿通型（P.SPT）和第六代溝槽柵電場-截止型（FS-Trench）。主要是圍繞以下3種核心技術及與其同步的載流子濃度分布優(yōu)化技術發(fā)展：（1）體結構（又稱襯底）：PT（穿通）→NPT（非穿通）→ FS/SPT/LPT（軟穿通）。（2）柵結構：平面柵→溝槽柵。（3）集電極區(qū)結構：透明集電極→內透明集電極結構。
IBGT芯片在結構上是由數(shù)萬個元胞（Cell）重復組成，工藝上采用大規(guī)模集成電路技術和功率器件技術制造而成。每個元胞（Cell）結構如圖2所示，可將其分為正面MOS結構、體結構和背面集電極區(qū)的結構三部分。
體結構的發(fā)展
IGBT 的體結構設計技術發(fā)展經歷從穿通（PT）-非穿通（NTP）-軟穿通（SPT）的歷程。
（1）穿通結構（Punch Through，PT）特點。
展開 
從IGBT到SiC，特斯拉汽車功率器件的變遷
因此，特斯拉對IGBT單管增加了特別的規(guī)格分檔（binning）要求，對IGBT制造的后道工序以及供應鏈管理都帶來了不小的挑戰(zhàn)。
其次，IGBT單管的布局和散熱方式有了重大改變。通過雙頭夾具，每個半橋上下橋臂中的IGBT單管背靠背固定在散熱器上，組成類似三明治的結構。與LDU相比，不僅半橋之間組成立體結構，半橋之內上下橋臂也為立體結構，充分利用了空間。現(xiàn)在一些半導體供應商的雙面水冷散熱模塊也是采用類似的散熱設計提高功率密度。
再次，IGBT單管的連接也與以往有了很大不同。SDU不在需要功率板連接IGBT單管，而是采用倒插的方式與驅動板相連。因此不再需要折彎IGBT單管管腳，降低了安裝成本，也避免了可能由此引發(fā)各種麻煩（折彎管腳后IGBT可能出現(xiàn)零星失效，很難判斷原因，往往導致IGBT供應商與系統(tǒng)廠商相互指責）。再通過適當調整單管G/D/S三個管腳的長度，使其與驅動板和母線銅排適度相連。因此，IGBT的管腳設計和制造也變得重要起來。
SDU的出現(xiàn)使得特斯拉對IGBT器件有了更嚴格的機械、電學以及可制造性的要求。筆者也有幸作為供應商，與多位特斯拉核心研發(fā)人員合作，一同參與了IGBT單管的定制工作，也由此負責了下一代特斯拉定制IGBT器件的開發(fā)。此后，特斯拉開始與功率半導體頭部廠商進行更緊密的合作，深度介入核心功率器件的定義與設計，并最終推出了劃時代的第三代動力總成。
展開 IGBT功率器件散熱陶瓷基板用氮化鋁粉體企業(yè)推薦
隨著半導體封裝、LED封裝、IGBT模塊等功率器件向高功率、小型化、集成化的方向快速發(fā)展，對基板材料的導熱性能提出了更高的要求。氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）、氮化硅（Si3N4）等陶瓷基板具有高導熱、強度高、絕緣性好、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已經成為解決功率器件散熱的核心材料，如何攻克高端陶瓷原料開發(fā)及基板金屬化工藝成為行業(yè)發(fā)展的重點。
本次“iTherM Conf 2023”特設置“陶瓷基板材料與技術論壇”，以粉體以及基板制備技術、陶瓷基板金屬化工藝、IGBT、新能源功率模塊、LED封裝用陶瓷基板等為話題，分享近年陶瓷基板創(chuàng)新性的粉體材料和金屬化技術成果，探討陶瓷基板領域未來技術發(fā)展的關鍵，精彩呈現(xiàn)陶瓷基板在功率器件、高溫器件和三維封裝等領域的技術需求和應用進展，搭建導熱陶瓷基板行業(yè)產業(yè)鏈交流平臺，匯聚行業(yè)力量共同助力領域科技創(chuàng)新發(fā)展。
議題設置
議題1：粉體以及基板制備技術
議題2：陶瓷基板金屬化工藝
議題3：IGBT、新能源功率模塊、LED封裝用陶瓷基板
議題4：Si3N4陶瓷基板與金屬化
議題5：陶瓷基板的市場、政策與發(fā)展趨勢
如果對活動感興趣，歡迎私信咨詢~
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展開 電子器件損耗計算連載之---IGBT模塊熱損耗計算
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正文
IGBT 不僅具有 MOSFET 的輸入阻抗髙、驅動電流小、工作速度快的優(yōu)點，又具備了雙極型功率晶體管的阻斷電壓高、通過電流大等特點， 在電力電子裝置中應用廣泛。IGBT 模塊是電機控制器的核心功率器件，也是損耗最大的器件。在一個 IGBT 模塊中集成了若干個 IGBT 芯片和 FWD（續(xù)流二極管）芯片，這些芯片在開通和關斷時由于壓降作用產生損耗。
IGBT 模塊的損耗是電機控制器的主要熱量來源，計算 IGBT 模塊的損耗是計算其結溫及溫度場仿真的基礎和必要條件，因此必須詳細分析 IGBT 模塊的損耗機理，并進行準確的計算。
IGBT 的內部結構示意圖如下圖 a 所示，與 MOSFET 相比，IGBT 就是在MOSFET的漏極下增加了一個 P+區(qū)，多了一個 PN 結（JI）。IGBT 的等效電路如下圖 b 所示，實際上它是一個以 MOSFET 為驅動元件，GTR 為主導元件的達林頓電路結構器件。IGBT 的開通和關斷受柵極控制，當 IGBT 的柵極施加正向偏置電壓時，MOSFET 開通，進而使 IGBT 開通；當 IGBT 的柵極施加反向偏置電壓時，IGBT 截止。
展開 專門用于驅動高壓側開關器件（如MOSFET或IGBT）的LED照明驅動IC-WD10-3111
LED照明中使用的?浮電流驅動IC?（Floating Current Driver IC）是一種專門用于驅動高壓側開關器件（如MOSFET或IGBT）的集成電路，其核心特點是?為高壓側驅動電路提供浮動電源?，以適應開關器件源極電位隨開關狀態(tài)快速變化的工況。
浮電流驅動IC?主要應用于?半橋或全橋拓撲結構?中的高壓側驅動。有以下三點關鍵機制：
一、自舉懸浮供電技術?：
利用一個“自舉電容”和二極管，在低壓側開關導通時對自舉電容充電；當高壓側開關需要導通時，該電容提供相對于高壓側源極的浮動電壓，從而可靠驅動高壓側MOSFET的柵極?。
二、浮動參考電平?：
高壓側開關管的源極電位在輸入電壓與地之間周期性波動，因此柵極驅動電壓必須“跟隨”源極電位變化，即采用?浮動電源?而非固定地參考電源?。
三、電流控制與反饋?：
部分浮電流驅動IC還集成?恒流控制功能?，通過采樣電阻檢測LED電流，并利用誤差放大器和PWM/PFM調節(jié)機制，維持輸出電流恒定，即使輸入電壓或LED正向壓降發(fā)生波動?。
工采電子代理的LED驅動芯片 - WD10-3111是一款高壓浮動電流驅動器IC，用于調節(jié)流過LED串的電流。WD10-3111可以配置各種LED驅動拓撲，如系列、并行或混合類型。WD10-3111可作為壓控電流源和電流調節(jié)器工作。PCB的布局也非常靈活，以滿足各種形狀的要求。特別適用于替代白熾燈和線性型熒光燈。
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