如何正确评估和选择IGBT模块？

摘要： 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块是一种由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，它结合了MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导...

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块是一种由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，它结合了MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降的优点，具有驱动功率小、饱和压降低的特性，以下是关于IGBT模块的具体介绍：

1、技术特点

高输入阻抗与低导通压降：IGBT模块结合了MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降特性，使其在驱动电路简单、开关速度快的同时，保持较低的功耗。

电压型控制：IGBT模块是电压型控制器件，其控制电路简单，对驱动电路要求不高，易于实现与逻辑电路的接口。

高速开关能力：由于IGBT模块采用电压信号控制，其开关速度较快，适用于高频应用场合。

大容量与高耐压：IGBT模块能够处理较大的电流和电压，适用于高功率应用场合。

模块化设计：IGBT模块通常以模块化形式出现，方便安装和更换，提高了系统的可靠性和维护性。

2、内部结构

散热基板：IGBT模块的底部是散热基板，主要目的是快速传递IGBT开关过程中产生的热量，散热基板通常由铜或铝碳化硅（AlSiC）等材料制成，具有良好的导热性和热稳定性。

DBC基板：DBC（Direct Bond Copper）是一种陶瓷表面金属化技术，包含陶瓷绝缘层和上下覆铜层，DBC基板用于连接IGBT芯片、Diode芯片、电源端子、控制端子等，同时保证硅片与散热基板之间的电绝缘能力和良好的导热性。

IGBT芯片与Diode芯片：IGBT模块内部包含多个IGBT芯片和Diode芯片，这些芯片通过特定的电路桥接封装而成，形成模块化半导体产品，每个IGBT芯片和Diode芯片都承担着特定的电流传输任务。

互连线与焊层：IGBT模块内部的元件通过互连线和焊层相互连接，形成完整的电流传导路径，这些互连线和焊层通常采用铝线或铜线键合工艺，以保证良好的电学和热力学性能。

3、工作原理

当栅极发射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。

当集电极发射极电压UCE小于0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。

当集电极发射极电压UCE大于0且栅极发射极电压UGE小于阈值电压Uth时，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。

当集电极发射极电压UCE大于0且栅极发射极电压UGE大于阈值电压Uth时，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降低。

4、应用领域

新能源汽车：IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用，主要用于电动控制系统、车载空调控制系统以及充电桩等领域。

智能电网：IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端，如风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器等。

轨道交通：IGBT已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。

工业节能与新能源装备：IGBT模块还应用于工业节能领域和新能源装备中，如变频器、UPS不间断电源等设备。

5、发展趋势

高耐压、大电流、高速度：IGBT模块正朝着高耐压、大电流、高速度的方向发展，以满足更高性能的需求。

低压降、高可靠、低成本：IGBT模块也在努力降低饱和压降、提高可靠性并降低成本，以更好地适应市场需求。

智能化与集成化：随着技术的发展，IGBT模块正向着更加智能化和集成化的方向发展，内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功能元件，不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。

IGBT模块是一种高性能的功率半导体器件，具有广泛的应用前景和发展潜力，随着技术的不断进步和市场的不断扩大，IGBT模块将在更多领域得到应用和发展。