igbt要被取代了吗(一文看懂IGBT的七代发展史)
igbt要被取代了吗(一文看懂IGBT的七代发展史)
2024-11-25 12:44:06  作者:握羽化尘  网址:https://m.xinb2b.cn/life/lbh479080.html

来源:内容来自「英飞凌工业半导体」,作者:赵佳 ,谢谢。

话说公元2018年,IGBT江湖惊现第六代和第七代的掌门人,一时风头无两,各路吃瓜群众纷纷猜测二位英雄的出身来历。不禁有好事者梳理了一下英家这些年,独领风骚的数代当家掌门人,分别是:


呃,好像分不清这都谁是谁?


呃,虽然这些IGBT“掌门人”表面看起来都一样,但都是闷骚型的。只能脱了衣服,做个“芯”脏手术。。。

像这样,在芯片上,横着切一刀看看。


好像,有点不一样了。。。

故事,就从这儿说起吧。。。

史前时代-PT


PT是最初代的IGBT,它使用重掺杂的P 衬底作为起始层,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。它因为截止时电场贯穿整个N-base区而得名。它工艺复杂,成本高,而且需要载流子寿命控制,饱和压降呈负温度系数,不利于并联,虽然在上世纪80年代一度呼风唤雨,但在80年代后期逐渐被NPT取代,目前已归隐江湖,不问世事,英飞凌目前所有的IGBT产品均不使用PT技术。

初代盟主——IGBT2


特征:平面栅,非穿通结构(NPT)

NPT-IGBT于
1987年出山,很快在90年代成为江湖霸主。NPT与PT不同在于,它使用低掺杂的N-衬底作为起始层,先在N-漂移区的正面做成MOS结构,然后用研磨减薄工艺从背面减薄到 IGBT 电压规格需要的厚度,再从背面用离子注入工艺形成P collector。在截止时电场没有贯穿N-漂移区,因此称为“非穿通”型IGBT。NPT不需要载流子寿命控制,但它的缺点在于,如果需要更高的电压阻断能力,势必需要电阻率更高且更厚的N-漂移层,这意味着饱和导通电压Vce(sat)也会随之上升,从而大幅增加器件的损耗与温升。

技能:低饱和压降,正温度系数,125℃工作结温,高鲁棒性

因为N-漂移区厚度
大大降低了,因此Vce(sat)相比PT
大大减少。正温度系数,利于并联。

名号:DLC,KF2C,S4…

等等,好像混进了什么奇怪的东西!

没写错!S4真的不是IGBT4,它是根正苗红的IGBT2,适用于高频开关应用,硬开关工作频率可达40kHz。这一明星产品,至今销路仍然不错。

性能飞跃--IGBT3


特征:沟槽栅,场截止(Field Stop)

IGBT3的出现,又在IGBT江湖上掀起了一场巨大的变革。IGBT3的元胞结构从平面型变成了沟槽型。沟槽型IGBT中,电子沟道垂直于硅片表面,消除了JFET结构,增加了表面沟道密度,提高近表面载流子浓度,从而使性能更加优化。(平面栅与沟槽栅技术的区别可以参考我们之前发表过的文章“平面型与沟槽型IGBT结构浅析”)。

纵向结构方面,为了缓解阻断电压与饱和压降之间的矛盾,英家于2000年推出了Field Stop IGBT,目标在于尽量减少漂移区厚度,从而降低饱和电压。场截止(Field Stop)IGBT起始材料和NPT相同,都是低掺杂的N-衬底,不同在于FS IGBT背面多注入了一个N buffer层,它的掺杂浓度略高于N-衬底,因此可以迅速降低电场强度,使整体电场呈梯形,从而使所需的N-漂移区厚度
大大减小。此外,N buffer还可以降低P发射极的发射效率,从而降低了关断时的拖尾电流及损耗。(了解更多NPT与场截止器件的区别请参考:PT,NPT,FS型IGBT的区别)。

技能:低导通压降,125℃工作结温(600V器件为
150℃),开关性能优化

得益于场截止以及沟槽型元胞,IGBT3的通态压降更低,典型的Vce(sat)从第2代的典型的3.4到第3代的2.55V(3300V为例)。

名号:T3,E3,L3

IGBT3在中低压领域基本已经被IGBT4取代,但在高压领域依然占主导地位,比如3300V,4500V,6500V的主流产品仍然在使用IGBT3技术。

中流砥柱--IGBT4


IGBT4是目前使用最广泛的IGBT芯片技术,电压包含600V,1200V,
1700V,电流从10A到3600A,各种应用中都可以见到它的身影。

特征:沟槽栅 场截止 薄晶圆

和IGBT3一样,都是场截止 沟槽栅的结构,但IGBT4优化了背面结构,漂移区厚度更薄,背面P发射极及N buffer的掺杂浓度及发射效率都有优化。

技能:高开关频率,优化开关软度,
150℃工作结温

IGBT4通过使用薄晶圆及优化背面结构,进一步降低了开关损耗,同时开关软度更高。同时,最高允许工作结温从第3代的125℃提高到了
150℃,这无疑能进一步增加器件的输出电流能力。

名号:T4,E4,P4

T4是小功率系列,开关频率最高20kHz。

E4适合中功率应用,开关频率最高8kHz。

P4对开关软度进行了更进一步优化,更适合大功率应用,开关频率最高3kHz。

土豪登场--IGBT5


“土豪金” 芯片


特征:沟槽栅 场截止 表面覆盖铜

IGBT5是所有IGBT系列里最土豪的产品,别的芯片表面金属化都用的铝,而IGBT使用厚铜代替了铝,铜的通流能力及热容都远远优于铝,因此IGBT5允许更高的工作结温及输出电流。同时芯片结构经过优化,芯片厚度进一步减小。

技能:
175℃工作结温,1.5V饱和电压,输出电流能力提升30%

因为IGBT5表面覆铜,并且在模块封装中采用了先进的.XT封装工艺,因此工作结温可以达到
175℃。芯片厚度相对于IGBT4进一步减薄,使得饱和压降更低,输出电流能力提升30%。

名号:E5,P5

目前IGBT5的芯片只封装在PrimePACK™里,电压也只有1200V,
1700V,代表产品FF1200R12IE5,FF
1800R12IP5。


真假李逵--TRENCHSTOP™5


在单管界,有一类产品叫TRENCHSTOP™5。经常听到有人问H5、F5、S5、L5是不是IGBT5?严格意义来讲并不是,虽然名字里都带5,但是H5、F5、S5这些单管的5系列,属于另外一个家族叫TRENCHSTOP™5。这个家族没有“黄金甲”加持,基因也和IGBT5不一样。

特征:精细化沟槽栅 场截止

虽然都叫沟槽栅,但TRENCHSTOP™5长得还是和前辈们大相径庭。它的沟道更密,电流密度更高。在达到最佳操作性能同时,并不具备短路能力。

技能:
175℃最大工作结温,高开关频率,无短路能力

性能和短路,永远是一对矛盾体。为了追求卓越的性能,TRENCHSTOP™5牺牲掉了短路时间。TRENCHSTOP™5可以根据应用目的不同,取得极低的导通损耗,或者极高的开关频率,开关频率最高可达70~100kHz,而导通压降最低可低至1.05V。

名号:H5,F5,S5,L5

TRENCHSTOP™5目前只有650V的器件,并且都是分立器件。这一系列产品针对不同的应用进行了通态损耗和开关损耗的优化。其中H5/F5适合高频应用,L5导通损耗最低。TRENCHSTOP™5各个产品在折衷曲线上的位置如下图所示。


后起之秀--IGBT6


6掌门虽然和4掌门之间隔了个5,但6其实是4的优化版本,依然是沟槽栅 场截止。IGBT6目前只在单管中有应用。

特征:沟槽栅 场截止

器件结构和IGBT4类似,但是优化了背面P 注入,从而得到了新的折衷曲线。

技能:
175℃最大工作结温,Rg可控,3us短路

IGBT6目前发布的有2个系列的产品,S6导通损耗低,Vce(sat) 1.85V; H6开关损耗低,相比于H3,开关损耗降低15%。

名号:S6,H6

IGBT6只有单管封装的产品,例如:IKW15N12BH6,IKW40N120CS6,封装有TO-247 3pin,TO-247 plus 3pin,TO-247 plus 4pin。


万众瞩目--IGBT7


IGBT经数代,厚积薄发,2018年终于迎来了万众瞩目的IGBT7。

特征:微沟槽栅 场截止

虽然都是沟槽栅,但多了一个微字,整个结构就大不一样了。IGBT7沟道密度更高,元胞间距也经过精心设计,并且优化了寄生电容参数,从而实现5kv/us下的最佳开关性能。

更多IGBT7信息,请参考:1200V IGBT7和Emcon7可控性更佳,助力提升变频器系统性能。

技能:
175℃过载结温,dv/dt可控

IGBT7 Vce(sat)相比IGBT4降低20%,可实现最高
175℃的暂态工作结温。

名号:T7,E7

代表产品有:FP25R12W1T7。T7专为电机驱动器优化,可以实现5kv/us下最佳性能。E7应用更广泛,电动商用车主驱,光伏逆变器等。

一张表看懂IGBT1234567


有道是,

江山代有才人出,各领风骚没两年。

7已经羽翼渐丰,独挡一面,

8还会远吗?

让我们拭目以待吧!


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第2060期内容,欢迎
关注。

半导体行业观察

半导体第一垂直媒体

实时 专业 原创 深度

射频|台积电|联发科|封测|士兰微|SIC|存储器|AMD

回复 投稿,看《如何成为“半导体行业观察”的一员 》

回复 搜索,还能轻松找到其他你感兴趣的文章!

  • 奔驰迈巴赫级别车(气场直追古斯特)
  • 2024-11-25气场直追古斯特哈咯大家好,豪华车报告,我是祝捷,奔驰迈巴赫系列,一直是目前市面上炙手可热的存在,风头甚至一度压过了同级别的宾利飞驰,从139.8万入门级的S450,到319.8万的顶级S680~全系加价,一车难求,。
  • word做表格教程(word怎么制作表格)
  • 2024-11-25word怎么制作表格在桌面点击鼠标右键,选择新建一个word文档打开word文档,点击“插入”,点击“表格”点击“插入表格”,输入行数和列数,点击“确定”在弹出的设计样式中进行选择,将表格全选,右键选择“表格属性”在弹出。
  • 你做事低调不张扬(低调务实不张扬)
  • 2024-11-25低调务实不张扬本报评论员社会主义是实实在在干出来的奋力谱写陕西新时代追赶超越新篇章,必须靠实干这就要求我们在思想和行动上保持低调务实不张扬,心无旁骛谋发展、全力以赴抓落实,努力把为陕西擘画的宏伟蓝图变成美好现实为什。
  • 你最喜欢哪种类型的电视剧(你曾经喜欢的喜剧电影)
  • 2024-11-25你曾经喜欢的喜剧电影#你曾经喜欢的情景喜剧有哪些#其实我们那个年代的有很多,比如:周星驰的一系列电影,电视剧刘老根、乡村爱情故事、四大名著红楼梦等,我们都很喜欢特别喜欢红楼梦中刘姥姥进大观园的那一片段,真的太幽默了刘姥姥。
  • 蓝盈莹演过的青春电影有哪些(既有冯小刚热剧)
  • 2024-11-25既有冯小刚热剧冯小刚导演的第一部网剧《北辙南辕》正在热播当中,作为他又一作品类型的开山之作,再加上众多明星演员为其助力,从一开始曝光到现在开播,这部作品就一直被话题围绕在这部新剧中,蓝盈莹作为主演之一,再次让大家感。
  • 周杰被林心如黑的真相(林心如人设崩塌)
  • 2024-11-25林心如人设崩塌日前,一场因为周杰到底有没有强吻林心如,掀起了世纪骂战,周杰力证自己没有强吻林心如,是有人在一直黑自己,林心如经纪人回应:公道自在人心,无需多言,让整个事件扑朔迷离,随着,芭莎慈善夜,林心如和霍建华夫。
  • 早安心语学会了爱自己(铭记生活的甘甜)
  • 2024-11-25铭记生活的甘甜在无人为我们鼓掌的时候,给自己一个鼓励;在无人为我们拭泪的时候,给自己一些安慰;在我们自惭形秽的时候,给自己一片空间,一份自信抖落昨日的疲惫与无奈,抚去昨日的伤痛和泪水,去迎接明天崭新的朝阳,走向一个。
  • 草鱼豆腐煲正宗做法(在家来一份豆腐草鱼煲)
  • 2024-11-25在家来一份豆腐草鱼煲“大家好,这里是壹号美食公馆,专注分享简单的家常菜和儿童美味辅食,用美食拓宽生活中的幸福之味砂锅煲在我们的日常生活中应该是再常见不过的美食了虽然对于很多家庭来说,用砂锅炖煮美食的次数并不是太多而且对于。
  • 肾炎患者饮食要注意什么(肾炎的日常饮食要注意什么)
  • 2024-11-25肾炎的日常饮食要注意什么肾脏是人体最重要的器官,而肾炎是一种比较严重的疾病,得了肾炎身体的新陈代谢就会出现问题,严重地影响患者的健康和生活对于肾炎患者来说康复治疗是一件不容易的事情,而日常生活中良好的饮食保健对于患者的治疗是。
  • 核电项目进展情况(一批重大核电工程建设有序推进)
  • 2024-11-25一批重大核电工程建设有序推进来源:央视网央视网消息:我国在运最大核电站全面投产也标志着我国核电产业发展取得了全新跨越根据最新数据统计,目前我国已核准及在建核电机组共24台,在建机组装机容量连续多年保持全球第一“华龙一号”“国和一。