IGBT模塊
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-05
IGBT模塊的實例教程
翠展微電子，翠展集團是車規級IGBT模塊設計生產供應商，成立于2018年, 公司總部及生產基地位于浙江省嘉興市，同時在上海、蘇州、合肥、天津、重慶、深圳設立子（分）公司，集團擁有超過100名員工。公司是國內為數不多的汽車電控IGBT模塊量產供應商，位于嘉善的IGBT模塊產線已經通過 IATF 16949 質量認證體系認證，公司產品的性能和生產良率處于國內領先水平，并已經批量給多個汽車客戶供應自主IGBT模塊。公司主要產品及服務包括：汽車主電控IGBT模塊、定制一體化IGBT模塊、SIC模塊，工業IGBT模塊，PIR芯片、TO247單管，汽車底層軟件服務、電機控制方案、軟件開發工具鏈等。
文章來源：旺材電機與電控
展開 下表列出了電動汽車的電機控制器和IGBT模塊的基本要求：
相對于工業IGBT模塊，電動汽車對于驅動系統的功率密度、驅動效率等具有更高的要求，也存在著相應的難點：
①車輛運行時，特別實在擁堵的路況時的頻繁啟停，此時控制器的IGBT模塊工作電流會相應的頻繁升降，從而導致IGBT的結溫快速變化，對于IGBT模塊的壽命是個很大的考驗；
②采用永磁同步電機的電動汽車啟動、駐車時，電機工作在近似堵轉工況，此時的IGBT模塊持續承受著大電流，從而會造成模塊的局部過熱，這對散熱系統的設計帶來了挑戰，所以汽車一般都是水冷(單面或者雙面)。
③由于車況的不確定性，汽車級IGBT模塊在車輛行駛中會受到較大的震動和沖擊，這對于IGBT模塊的各引線端子的機械強度提出了較高的要求；
④車體的大小限制，對于控制器的大小以及IGBT模塊的功率密度提出了更高的要求。
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電動汽車IGBT芯片和模塊的現狀研究
IGBT芯片技術
針對上面的對汽車級模塊的特殊要求，IGBT芯片正朝著小型化、低功耗、耐高溫、更高安全性以及智能化的方向發展。
展開 弗迪動力
3、IGBT模塊究竟如何工作？
在電控模塊中，IGBT模塊是逆變器的最核心部件，總結其工作原理：
通過非通即斷的半導體特性，不考慮過渡過程和寄生效應，我們將單個IGBT芯片看做一個理想的開關。我們在模塊內部搭建起若干個IGBT芯片單元的并串聯結構，當直流電通過模塊時，通過不同開關組合的快速開斷，來改變電流的流出方向和頻率，從而輸出得到我們想要的交流電。
IGBT模塊結構和汽車IGBT模塊應用
上面提到了IGBT模塊在電驅系統中的作用，下面我們展開來具體看看IGBT模塊的結構。
4、IGBT模塊實物長啥樣？
IGBT模塊的標準封裝形式是一個扁平的類長方體，下圖為HP1模塊的正上方視角，最外面白色的都是塑料外殼，底部是導熱散熱的金屬底板（一般是銅材料）。可以看到模塊外面還有非常多的端子和引腳，各自有自己的作用：1是DC正，2是DC負；3，4，5是三相交流電的U、V、W接口；6，25，22是集電極的信號端子，7，9，11，13，15，17是門極信號端子；8，10，12，14，16，18是****極信號端子；19是DC負極信號端子；23，24是NTC熱敏電阻端子。
圖：HP1模塊等效電路圖
圖：HP1模塊等效電路圖
5、IGBT的基礎拓撲結構是怎樣的？
圖：IGBT模塊基礎電路拓撲結構
如上圖所示，在IGBT模塊/單管中，一般統稱一單元是IGBT單管，二單元是單個橋臂（半橋），四單元是H橋（單相橋），六單元是三相橋（全橋），七單元一般是六單元+一個制動單元，八單元一般是六單元+制動單元+預充電單元。
一個單元由1對、2對或3對FRD+IGBT組成。其中1對，可以是1個FRD+1個IGBT，也可以是1個FRD+2個IGBT等。
具體實物可參照下圖，這是一個6單元的IGBT模塊。
圖：英飛凌Primepack IGBT模塊
6、IGBT模塊的生產流程？
展開 IGBT 內部結構、等效電路
在 IGBT 模塊中，通常會在 IGBT 兩端反向并聯一個二極管，稱為 FWD（續流二極管）。它的作用是在電路中電壓或電流出現突變時，對電路中其它元件起保護作用，避免激起高壓損壞 IGBT。本文所用 IGBT 模塊采用三相橋電路，三相橋模塊的內部等效電路如圖 a 所示，圖 b 為 IGBT 的電氣符號。
IGBT 模塊三相橋等效電路與 IGBT 電氣符號
由 IGBT 模塊三相橋等效電路可知，每個 IGBT 模塊都包括 U、V、W 三相，且 U、V、W 的每一相都由上下兩個半橋臂組成。IGBT 模塊中的 IGBT 單元和 FWD單元主要工作在開關狀態，在每個開關狀態中，都會產生動態損耗和靜態損耗，IGBT 模塊的損耗組成如下圖所示。
IGBT 模塊損耗組成
IGBT 單元損耗計算
IGBT 芯片的功率損耗主要來自于兩個方面：一是，在飽和開通狀態下通態電阻產生的損耗；二是，在開關過程中電流電壓不同步引起的功耗。
（1）IGBT 通態損耗計算
通態損耗的產生是由于 IGBT 在導通過程存在飽和壓降而產生的損耗，與導通壓降、結溫、電流、占空比有關。IGBT 在一個正弦周期內的平均通態損耗計算公式如下：
式中，Pcond（IGBT）為 IGBT 的通態損耗；uCE（t）為 IGBT 的導通壓降；i（t）為負載電流；τ（t）為 IGBT 的導通時間函數；T為調制周期。
IGBT 在導通時的負載電流函數與壓降函數可表示為：
式中，Tj 為結溫；UCE0（Tj）為閾值電壓；r（Tj）為通態斜率電阻。
展開 ，顯著增加散熱效率，提升模塊的功率密度
02 電流路徑
剛開始接觸IGBT模塊的人，打開IGBT或許會有點迷惑，這里簡單普及一下
對于模塊，為了提升通流能力，一般會采用多芯片并聯的方式
03 散熱路徑
單面散熱模塊散熱路徑如下圖所示，芯片為發熱源，通過DBC、銅底板傳導至散熱器
散熱路徑的熱阻越低越好，除了DBC采用熱導率更高的高導熱陶瓷材料之外，IGBT模塊制造商在焊接工藝上下了不少功夫
目前最成熟的焊接工藝采用的焊料是錫，為了滿足高性能場合的應用，部分產品芯片與DBC的焊接部分采用銀燒結技術，增強散熱路徑的導熱性和可靠性
對于單管方案，單管與散熱底板的燒結逐漸成為趨勢
典型案例：
單管功率模組的散熱原理與模塊類似
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）及模塊等
散熱風扇配件：銅、鋁制品、鋁器材、散熱型材、鐵散熱片、鈑金、五金沖壓件、機箱、散熱墊、翅片管、導熱管、導熱板、散熱模塊、觸控板、風扇網罩、風機、電機、馬達、風扇自動組裝機、散熱器焊接等；
散熱設備：液態金屬散熱器、型材散熱器、散熱風扇、散熱模組、熱導管、插片散熱器、插針式散熱器、機箱一體化散熱器、水冷散熱器、電阻散熱器、LED散熱器、CPU散熱器、IGBT散熱器、電焊機散熱器
絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導通強電流，同時快速切換兩種模式，成為大功率系統的熱門選擇。
該模塊由多個安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對恒定的速率散熱，但模塊的開關以及隨后電流密度和熱源的增減會導致模塊以循環的方式加熱和冷卻。
基于PCB板+IGBT模塊+散熱器總成精細化熱-固耦合仿真模型，精準復現整機由于各層結構CTE不同導致的“呼吸效應”熱變形
首先通過構建PCB板+IGBT模塊+散熱器熱-固耦合模型，精準復現因CTE差異導致的“呼吸效應”熱變形，定位溫度循環動載荷致Pin針焊層疲勞失效的原因；通過Creo參數化建模并與Ansys Workbench聯合，結合響應面優化Pin針結構參數，尋優時間縮至24h內
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技術鄰：在光伏逆變器IGBT模塊的連接可靠性仿真中，您和團隊遇到的最大技術挑戰是什么？Ansys的哪些功能幫助您突破了這些瓶頸？
武文杰：最大的挑戰來自于IGBT模塊中Pin針結構的復雜性優化。Pin針自身的設計變量非常多，例如三個折彎的角度、兩個折彎的圓角、以及厚度和寬度等尺寸。這些變量的組合數量巨大，幾乎無法通過手動更改來進行有效的優化設計，這成為了我們當時最大的瓶頸。
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作品簡介：基于PCB板+IGBT模塊+散熱器總成精細化熱-固耦合仿真模型，精準復現整機由于各層結構CTE不同導致的“呼吸效應”熱變形，定位溫度循環引起的動載荷變化是導致Pin針焊層疲勞失效的根本原因；隨后將Pin
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