电力半导体模块尺寸及外形图
英飞凌各代IGBT模块技术详解
英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。
它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。
由于它将 MOSFET 和 GTR 的优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点，克服 GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服 MOSFET 的缺点）等综合优点，因此 IGBT 发展很快，在开关频率大于 1KHz，功率大于 5KW 的应用场合具有优势。
随着以 MOSFET、IGBT 为代表的电压控制型器件的出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。
英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。
一、IGBT1－平面栅穿通（PT）型 IGBT （1988 1995）西门子第一代 IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型 IGBT 工艺，这是最初的 IGBT 概念原型产品。
生产时间是 1990 年－ 1995 年。
西门子第一代 IGBT 以后缀为“DN1” 来区分。
如 BSM150GB120DN1。
图 1.1 PT-IGBT 结构图PT 型 IGBT 是在厚度约为 300－500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。
PT-IGBT 具有类 GTR 特性，在向 1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。
因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V 系列 IGBT 有优势。
二、IGBT2－第二代平面栅 NPT-IGBT西门子公司经过了潜心研究，于 1989 年在 IEEE 功率电子专家会议（PESC）上率先提出了 NPT－IGBT 概念。
由于随着 IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。
常见IGBT模块及原理
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)此主题相关图片如下：8.30-20.jpg绝缘栅双极型晶体管，是由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, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
结构此主题相关图片如下：8.30-21.jpgIGBT结构图左边所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。
P+ 区称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源之间的P 型区(包括P+ 和P 一区)(沟道在该区域形成)，称为亚沟道区( Subchannel region )。
而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区( Drain injector )，它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给NPN晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。
IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴(少子)，对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。
此主题相关图片如下：8.30-22.jpg三菱制大功率IGBT模块工作特性静态特性IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
半导体模块的结构
模块常用绝缘材料的的特点及选取
• BeO作为绝缘导热材料早期广泛应用于 压接式模块，是4种材料中热导率最高的 材料，但由于它具有毒性，而且价格较 贵，故现在很少采用。
模块常用绝缘材料的的特点及选取
• 高性能AlN的热导率接近于BeO，作为取代 BeO的优选材料，现广泛应用于压接式电 力半导体模块中。
电力半导体模块的结构特点
• 所谓模块，就是把二个或二个以上的电力半导 体芯片按一定电路联成，并与辅助电路共同封装 在一个绝缘的树脂外壳内而制成。 • 由于模块外形尺寸和安装尺寸的标准化以及芯片 间的连线已在模块内部联成，因而它与同容量的 分立器件相比，具有体积小、重量轻、结构紧凑、 可靠性高、外接线简单、互换性好、便于维修和 安装、结构重复性好、装置的机械设计可简化、 总价格(包括散热器)比分立器件低等优点，
散热的原理与重要性
• 芯片温度的高低与器件内部功耗的大 小、芯片到外界环境的传热条件（传热机 构、材料、冷却方式等）及环境温度有关。 • 设法减小器件的内部功耗、改善传热条件， 对保证器件长期可靠运行有极重要的作用。
散热的原理与重要性
• 为了便于散热，电力电子器件多加装散热 器，结温升高后的散热过程和路线为： • 芯片上内部功耗产生的热能以传导方式由 芯片传到固定它的外壳的底座上； • 再由外壳将部分热能以对流和辐射的形式 传到环境中去； • 大部分热能则是通过底座直接传到散热器 上，最后由散热器传到空气中。
电力半导体模块的结构特点
P=0.785VTMIAV＋0.215VT0IAV（2）
• P为器件的通态耗散功率； • VTM为器件的通态峰值压降； • IAV为额定通态平均电流； • VT0为器件的门槛电压。
电力半导体模块的结构特点
IGBT内部结构和拆解
IGBT内部结构和拆解（IGBT）（绝缘栅双极（晶体管））作为一种功率（半导体）器件，广泛应用于轨道交通、（智能电网）、（工业）节能、电动汽车和（新能源）装备等领域。
具有节能、安装方便、维护方便、散热稳定等特点。
它是能量转换和传输的核心装置。
简单概括一下，IGBT 可以说是（MOSFET）（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT的结合体（双极结型晶体管）。
即它结合了MOSFET的栅压控制晶体管（高输入阻抗），利用BJT的双载流子来达到大电流的目的（压控双极型器件）。
那么这样的组合内部结构是怎样的呢？一、IGBT模块详解二、IGBT内部结构三、IGBT 内部（电流）流动四、如何拆卸IGBT模块？五、常见问题一、IGBT模块详解以（拆解）的IGBT模块型号为：FF1400R17IP4为例。
模块外观及等效电路如图1所示。
本模块长宽高分别为：25cmx8.9cmx3.8cm。
模块包含两个IGBT，也就是我们常说的半桥模块。
每个IGBT的额定电压和电流分别为1.7kV和1.4kA。
二、IGBT内部结构在初步了解了IGBT模块的外部结构和应用之后，让我们进入本文的主题，看看这个高科技黑模块的内部是什么样的。
图3是去掉黑色外壳的IGBT模块内部图。
需要注意的是，最常见的铜和铝都在IGBT 模块内部。
图3. IGBT 内部结构图4是IGBT模块的剖视图。
如果去掉黑色外壳和外部连接端子，IGBT模块主要包含散热基板、DBC基板和硅（芯片）（包括IGBT芯片和（Diode）芯片）3个元件，其余主要是焊层和互连线用于连接IGBT 芯片、Diode芯片、电源端子、控制端子和DBC（Direct Bond Copper）。
下面我们将对每个部分进行简要介绍。
图4.IGBT 剖面图① 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。
由于铜具有更好的导热性，因此基板通常由铜制成，厚度为3-8mm。
13种常用的功率半导体器件介绍
13种常用的功率半导体器件介绍电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。
可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。
1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。
如上图所示。
MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。
实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。
它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。
它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点：（1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6000kA/m2；（2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V；（3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s；（4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断；2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors）IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。
IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。
电力电子半导体器件(IGBT)
c. 栅分布锁定：是因为绝缘栅旳电容效应，造成在开关过程中个别先开通或 后关断旳IGBT之中旳电流密度过大而形成局部锁定。
——采用多种工艺措施，能够提升锁定电流，克服因为锁定产生旳失效。
4．开关时间与漏极电流、门极电阻、结温等参数旳关系：
5．开关损耗与温度和漏极电流关系
（三）擎住效应
IGBT旳锁定现象又称擎住效应。IGBT复合器件内有一种 寄生晶闸管存在，它由PNP利NPN两个晶体管构成。在NPN晶 体管旳基极与发射极之间并有一种体区电阻Rbr，在该电阻上， P型体区旳横向空穴流会产生一定压降。对J3结来说相当于加 一种正偏置电压。在要求旳漏极电流范围内，这个正偏压不大， NPN晶体管不起作用。当漏极电流人到—定程度时，这个正偏 量电压足以使NPN晶体管导通，进而使寄生晶闸管开通、门极 失去控制作用、这就是所谓旳擎住效应。IGBT发生擎住效应后。 漏极电流增大造成过高旳功耗，最终造成器件损坏。
在使用中为了防止IGBT发生擎住现象:
1．设计电路时应确保IGBT中旳电流不超出IDM值； 2．用加大门极电阻RG旳方法延长IGBT旳关断时间，减小重加
dVDS/d t。 3．器件制造厂家也在IGBT旳工艺与构造上想方设法尽量提
高IDM值，尽量防止产生擎住效应。
（四）安全工作区 1．FBSOA：IGBT开通时正向偏置安全工作区。
4．开关特征：
与功率MOSFET相比，IGBT 通态压降要小得多，1000V旳 IGBT约有2~5Ｖ旳通态压降。这 是因为IGBT中N－漂移区存在电 导调制效应旳缘故。
半导体IGBT简介演示
智能化与集成化
随着物联网、人工智能 等技术的发展，未来 IGBT有望实现更高的
智能化水平，如自诊断 、自适应等功能。此外 ，IGBT模块将朝着更 高集成度方向发展，以 降低系统体积和成本。
拓宽应用领域
随着新能源汽车、可再 生能源等领域的快速发 展，IGBT的应用市场 将进一步拓宽。未来， IGBT有望在新兴领域 如无线充电、可穿戴设
。
新能源汽车行业
随着电动汽车市场的崛起，IGBT 在电动汽车充电桩、电机驱动器
等领域的应用不断增加。
可再生能源领域
IGBT在太阳能、风能等可再生能 源发电系统中发挥着重要作用，
实现能源的高效转换。
IGBT技术发展趋势
更高耐压能力
随着应用场景的不断拓展，IGBT需要具备更高的耐压能力，以适 应更高电压和功率的要求。
导通压降
MOSFET在导通状态下 的压降较低，而IGBT的 导通压降相对较高，因 此MOSFET在低压应用 中具有优势。
开关速度
MOSFET的开关速度较 快，适用于高频应用， 而IGBT的开关速度较慢 ，但具有更高的耐压能 力。
与晶闸管的比较
1 2 3
耐压能力
IGBT相对于晶闸管具有更高的耐压能力，使得 IGBT能够应用于更高电压等级的场合。
04
IGBT的市场现状与趋势
IGBT市场规模
快速增长
近年来，IGBT市场规模呈现快速 增长态势，受益于电力电子、新 能源汽车等行业的崛起。
数十亿美元市场
根据市场研究机构的预测，IGBT 市场规模已经达到数十亿美元， 并有望在未来几年内持续增长。
主要应用领域趋势
电力电子行业
IGBT作为电力电子装置中的核心 元器件，广泛应用于变频器、逆 变器等设备，提升能源利用效率
模块产品MTC
VDRM/VRRM T =125℃ IDRM/IRRM j ITAV ITSM I2t di/dt dv/dt IH VTM VTO rT VGT IGT VGD IGD Rjc Rch VISOL sin.180；TC=85℃ Tj=125℃；10 ms Tj=125℃ Tj=25℃；typ/max Tj=25℃；ITM=πITAV Tj=125℃ Tj=25℃ Tj=125℃ sin.180；chip/Module 50Hz；r.m.s.；1 min
VDRM/VRRM Tj=125℃ IDRM/IRRM ITAV ITSM I2t di/dt dv/dt IH VTM VTO rT VGT IGT VGD IGD Rjc Rch VISOL 紧固力矩 产品结构 贮存温度 sin.180；TC=80℃ Tj=125℃；10 ms Tj=125℃ Tj=25℃；typ/max Tj=25℃；ITM=πITAV Tj=125℃ Tj=25℃ Tj=125℃ sin.180；chip/Module 50Hz；r.m.s.；1 min 基板安装 M1：6±0.9 接线端子 M2：12±1.8
基板安装 M1：9±1.35 紧固力矩 接线端子 M2：9±1.35 产品结构 MTC、MTA、MTK、MFC1、MFC2、MFK、MFA 压接结构：氮化125℃
IGBT单管及IGBT模块的区别在哪？
IGBT单管及IGBT模块的区别在哪?目录1.IGBT概念 (1)2.IGBT单管及IGBT模块的区别 (2)3.IGBT单管、IGBT模块、IPM模块他们各自的区别 (3)11GBT概念绝缘栅双极晶体管(InSUIate-GateBipo1arTransistor—IGBT)综合了电力晶体管(GiantTranSiStOr-GTR)和电力场效应晶体管(PoWerMOSFET)的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。
绝缘栅双极晶体管(InSUIate-GateBipo1arTransistor—IGBT)综合了电力晶体管(GiantTranSiStOr—GTR)和电力场效应晶体管(PoWerMoSFET)的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。
IGBT(Insu1atedGateBipo1arTransistor]⅛MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。
IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流IOA以上、频率为IkHZ以上的区域。
多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器(逆变器)、照相机的频闪观测器、感应加热(IndUCtionHeating)电饭锅等领域。
根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型,从TO—3P到小型表面贴装都已形成系列。
另一种是把IGBT与FWD(F1eeWheeIDiode)成对地(2或6组)封装起来的模块型，主要应用在工业上。
模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。
IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。
MOSFET由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(On)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。
JW05050型电源模块详细规范 (1)
Q/ER 天水天光半导体有限责任公司企业军用标准FL5962 Q/ER 0301-2008 JW05050型电源模块详细规范2008-03-06发布 2008-03-10实施天水天光半导体有限责任公司批准目次前言 (Ⅱ)1 范围 (1)1.1 主题内容 (1)1.2 适用范围 (1)1.3 封装形式 (1)1.4 绝对最大额定值 (1)2 引用文件 (1)3 要求 (1)3.1 总则 (2)3.2 设计、外形结构和尺寸 (2)3.3 功能和应用 (3)3.4 电特性 (6)4 质量保证规定 (6)4.1 筛选 (6)4.2 首件检验 (7)4.3 鉴定检验 (7)4.4 质量一致性检验 (8)4.5 测试方法 (9)4.6 包装 (9)5 交货准备 (10)5.1 包装要求 (10)5.2 贮存 (10)6 说明事项 (10)6.1 预定用途 (10)6.2 订货文件内容 (10)Ⅰ前言本规范是SJ20668-1998《微电路模块总规范》的相关详细规范。
本规范起草单位：天水天光半导体有限责任公司。
本规范主要起草人：宋虎生。
本规范批准人：徐谦刚。
Ⅱ微电路模块JW05050型电源模块详细规范1 范围1.1 主题内容本规范规定了微电路模JW05050型电源模块的详细要求。
1.2 适用范围本规范适用于JW05050型电源模块的研制、生产和采购。
1.3 封装形式1.3.1 封装类型金属外壳封装1.4 绝对最大额定值绝对最大额定值如下：2引用文件下列文件中的有关条款通过引用而成为本规范的条款。
凡注日期或版次的引用文件，其后的任何修改单（不包括勘误的内容）或修订版本都不适用于本规范，但提倡使用本规范的各方探讨使用其最新版本的可能性。
凡不注日期或版次的引用文件，其最新版本适用于本规范。
GB/T1804-92 一般公差、线性尺寸的未注公差GJB150-86 军用设备环境试验方法GJB360A-96 电子及电气元件试验方法GJB548A-96 微电子器件试验方法和程序SJ20668-1998 微电路模块总规范3要求3.1 总则JW05050型电源模块应符合本规范和SJ20688-1998标准的规定。
半导体模块 简介说明书
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电力电子半导体器件(GTR)
3．集电极电压上升率dv/dt对GTR的影响 ．集电极电压上升率 对 的影响 用于桥式变换电路时， 当GTR用于桥式变换电路时，如图： 用于桥式变换电路时 如图：
C1 B1 E1 C
2
B2
E2
dv/dt产生的过损耗现象严重威胁器件和电路安全；当基极 产生的过损耗现象严重威胁器件和电路安全； 产生的过损耗现象严重威胁器件和电路安全 开路时， 通过集电结寄生电容产生容性位移电流， 开路时， dv/dt通过集电结寄生电容产生容性位移电流，注入 通过集电结寄生电容产生容性位移电流 发射结形成基极电流，放大β倍后，形成集电极电流， 发射结形成基极电流，放大β倍后，形成集电极电流，使GTR 进入放大区，因瞬时电流过大引起二次击穿。 GTR换流关断 进入放大区，因瞬时电流过大引起二次击穿。在GTR换流关断 dv/dt会引起正在关断的GTR误导通 造成桥臂直通。 会引起正在关断的GTR误导通， 时，dv/dt会引起正在关断的GTR误导通，造成桥臂直通。 抑制dv/dt，可在集射极间并联RCD缓冲网络进行吸收。 ，可在集射极间并联 缓冲网络进行吸收。 抑制 缓冲网络进行吸收
三、单管GTR 单管
采用三重扩散，台面型结构；可靠性高， 采用三重扩散，台面型结构；可靠性高，对二次击穿特性 有改善，易于提高耐压，易于耗散体内热量。 有改善，易于提高耐压，易于耗散体内热量。 增加N 漂移区，由它的电阻率和厚度决定器件阻断能力， 增加N-漂移区，由它的电阻率和厚度决定器件阻断能力， 但阻断能力提高，使饱和导通电阻增大，电流增益降低。 但阻断能力提高，使饱和导通电阻增大，电流增益降低。 一般： 10—20 一般： β 约10 20 工作状态：开关状态（导通、截止；开通、关断） 工作状态：开关状态（导通、截止；开通、关断）
GF22010-10系列用户手册(V4.0)
英可瑞科技电力用高频开关整流模块GF22010-10/GF22005-10/GF22007-10/GF11020-10/GF11010-10用户手册深圳市英可瑞科技开发有限公司用户手册User’s Manul版本：V4.0 Version：V4.0日期：2016-01-18 Date：2016-01-18深圳市英可瑞科技开发有限公司版权所有，保留一切权利。
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本书详细地描述了本公司新研发的-10系列高频开关整流模块的外观、功能和参数指标、接口定义和操作说明等内容；本系列模块包括：GF22010-10、GF22007-10、GF22005-10、GF11020-10和GF11010-10共5个产品。
功率半导体IGBT简介演示
VS
详细描述
根据结构的不同，IGBT可以分为平板型 和注入增强型。平板型IGBT具有较低的 通态电压降和较高的开关速度，而注入增 强型IGBT则具有较低的关断时间和较高 的安全工作区。此外，根据电流容量的不 同，IGBT可以分为小型、中型和大功率 型，以满足不同应用场景的需求。另外， 按照关断速度的不同，IGBT可以分为快 速和慢速型，其中快速型IGBT具有更快 的开关速度和更高的工作频率。
未来发展趋势
01
02
03
技术创新
随着新材料、新工艺的不 断发展，未来IGBT将朝着 更高频率、更高效率、更 低损耗的方向发展。
新能源汽车推动
随着新能源汽车市场的不 断扩大，IGBT在车载充电 器、电机控制器等领域的 市场需求将持续增长。
智能电网建设
智能电网建设将进一步推 动IGBT在智能电表、无功 补偿器等领域的应用。
新能源汽车对IGBT的需求分析
新能源汽车的快速发展对功率半导体提出了更高的要求，其中IGBT作为 关键的功率半导体器件，在新能源汽车中发挥着重要的作用。
新能源汽车中的电机控制器、充电桩和车载空调等系统都需要使用IGBT ，因此对IGBT的可靠性、效率和耐高温性能等方面有较高的要求。
随着新能源汽车市场的不断扩大，对IGBT的需求量也在逐年增加，这为 IGBT产业的发展提供了广阔的市场空间。
电流的导通和收集。
模块制造工艺
01
02
03
04
芯片选择与排列
根据电路需求选择合适的芯片 ，并将其排列在模块的基板上
。
焊接与连接
通过焊接技术将芯片与基板连 接起来，并与其他元件进行电
气连接。
灌胶与密封
将模块灌封胶，以保护内部芯 片和其他元件免受外界环境的