英飞凌第4代IGBT芯片技术

基于沟槽栅+场终止结构，1200V和1700V； 1200V三种类型：小功率T4、中功率E4、大功率P4； 1700V两种类型：中功率E4、大功率P4； P4实现软关断特性的明显提升，关断时电压尖峰小，无振荡； T4和E4提高关断速度，开关频率较高时输出能力优于T3和E3； 配用反向恢复特性更“软”的EmCon4续流二极管； 饱和电压正温度系数，10μs短路承受时间不变。
IGBT4（1200V）：大功率P4
关断过程对比：P4（及EmCon4）呈现明显的“软”特性
E3
1176V
P4
300V
EmConFAST
EmCon4
I=1/10 Inom Tj=Tvjmax
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IGBT4模块的可靠性：功率循环（PC）次数
IGBT4模块的150°C最 高允许工作结温，源 于内部焊线工艺的改 进，使其可靠性指标功率周次（PC）数大 幅增加！
开关能耗
1
2
饱和电压
3
4
5
T4-小功率IGBT4：开关能耗低于T3 （提高了开关速度） E4-中功率IGBT4：开关能耗低于E3 （提高了开关速度） P4-大功率IGBT4：开关能耗高于E3 （降低了关断速度，使关断“柔软”）
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中功率IGBT4–E4
为中、大功率应用优化设 用于中、大功率模块 在E3的基础上 - 提升开关速度 - 使关断波形更平滑一些 电压等级：1200V，1700V 适用开关频率：≤8kHz 配用中功率EmCon4二极管
大功率IGBT4–P4
为大功率应用优化设计 用于大功率模块 在E3的基础上 - 使关断过程“软” - 降低关断速度 电压等级：1200V，1700V 适用开关频率：≤3kHz 配用大功率EmCon4二极管
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IGBT4（1200V）：中功率E4
关断过程对比：E4的波形比E3平滑一些
E3 E4 E4800VFra bibliotek900V
测试条件：Ic=Ic,nom=450A，Vdc=800V/900V（仅供测试），Tj=25°C
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FZ1600R17KF6C_B2 对比 FZ1600R17HP4_B2 Ic=1600A, Vdc=900V, Tj=25°C，Ls=70nH
FZ1600R17KF6C_B2 Eoff = 461mJ Vcemax = 1464V 触发箝位保护
FZ1600R17HP4_B2 Eoff = 425mJ Vcemax = 1332V 无箝位
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IGBT4模块：新MIPAQ™系列
MIPAQ™ base
集成有电流取样电阻
MIPAQ™ sense
集成有电流取样电阻+电流测量电路
MIPAQ™ serve
集成有驱动电路+温度测量电路
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标准模块-IGBT4
标准模块-IGBT2/IGBT3
Tj变化幅度40°C时的PC能力对比 ∆Tj=40°C Tjmin=25°C Tjmax=125°C Tjmax=150°C
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IGBT4模块：新SmartPIM和SmartPACK
复合式固定外盖
以DCB衬底为 接触面的模块 内核
PressFIT管脚
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IGBT4芯片技术-小结
IGBT4（FZ3600R17HP4） Vce=900V
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IGBT4（1700V）：大功率P4
关断过程：对比IGBT2（KF6C），P4呈现较“软”特性，且关断能耗较小
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IGBT4（1200V）：特征参数的调整
P4 IGBT3–E3 IGBT2–DLC IGBT2–DN2 IGBT3–T3 E4 -15% Eoff -20% Eoff T4 IGBT2–KS4
800V
IGBT关断 二极管关断
1200A
1200A
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IGBT4（1700V）：大功率P4
关断过程：对比IGBT3（E3），P4呈现明显的“软”特性
FZ3600R17KE3 对比 FZ3600R17HP4 Ic=3600A, Vdc=600V/900V, Tj=25°C, 无箝位
IGBT3（FZ3600R17KE3） Vce=600V
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IGBT4模块-小结
150°C 最高允许工作结温 模块的可靠性（PC次数）大幅增加 模块的电流输出能力增大（应用功率Ç） 以较小的封装尺寸实现相同的电流规格（功率密度Ç） 在相同的封装尺寸内实现更高的电流规格（功率密度Ç） 电流规格定义在更高的壳温条件下 两种管脚形式：焊接式，压接式 符合RoHS标准的绿色产品
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IGBT4模块：Tvjop,max = 150°C！
概念：在开关工作条件下，IGBT4模块的最高允许结温规格为 150°C， 比IGBT3/IGBT2模块（1200V和1700V）的规格提高了25°C！ 出发点：适应芯片小型化（RthjcÇ，∆Tjc[=PLoss×Rthjc]Ç） 实现：IGBT4模块内部焊线工艺的改进 可靠性因素：焊线工艺决定了模块的可靠性指标之一-功率循环（PC） 次数。PC次数与结温有关，在相同的结温摆幅下，结温越高，PC次数 越低。要提高结温规格，必须改进焊线工艺，才能保证模块用于更高 的结温时，其PC次数（使用寿命）不减。 结果：1）IGBT4模块的可靠性（PC次数）大幅增加 2）IGBT4模块的电流输出能力增大（应用功率Ç） 3）以较小的封装尺寸实现相同的电流规格（功率密度Ç）
IGBT2/3 6×106 1×106
IGBT4 2.3×107 5×106 2×106
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IGBT4模块（小、中、大功率）
12W1(W2,K,M)T4
Easy-1B (W1) Easy-2B (W2)
12K(I,M)E4，17I(M)E4
12I(H)P4，17HP4
Econo-2 (K)
IGBT4（1200V）：小功率T4
关断过程对比：T4的波形比T3的平滑一些
/ us
测试条件：Ls=200nH（极大），Ic=150A（Ic,nom=300A），Vdc=400V/450V/500V，Tj=25°C
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英飞凌第4代IGBT芯片技术-IGBT4 IGBT4模块封装
IGBT4：基于IGBT3技术
IGBT3 IGBT4
沟槽栅
降低饱和电压，维持开关速度
场终止层
减小芯片厚度，降低饱和电压
共同的优点：
饱和电压正温度系数 短路承受时间10μs 饱和电压低
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Econo-3 (K)
EconoPACK+ (K) PrimePACK (I)
62mm (K)
EconoDUAL3 (M)
EconoDUAL2 (M) IHM-B (H)
62mm (K)
PrimePACK (I)
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IGBT4：基于IGBT3技术，按应用优化特性
分别针对小、中、大功率应用而设计的三种IGBT4芯片 小功率IGBT4–T4
为中、小功率应用设计 用于中、小功率模块 在T3的基础上 - 提升开关速度 - 使关断波形更平滑一些 电压等级：1200V 适用开关频率：≤20kHz 配用小功率EmCon4二极管