igbt是什么？

igbt是什么？

IGBT（绝缘栅双极型晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种高性能功率半导体器件，在现代功率电子领域中占据重要地位。它结合了MOSFET和双极型晶体管的优点，既具备MOSFET的高速开关特性，又拥有双极型晶体管的高电压和大电流能力。IGBT广泛应用于工业、交通、电力等领域，是高效能电力控制的关键组件。[1]

从本质上说，IGBT是一个超级电子开关，它能耐受超高电压。以IGBT芯片为例：一片1平方厘米见方、120微米厚的IGBT芯片，可以承受高达1200V的电压，在-40℃到175℃的温度范围内可靠关断300A的电流，并在工作中每秒钟开通关断几万次，电流从芯片的背面流向正面。[2]

在电路图中，IGBT通常用以下示意图表示，其中G表示门极（gate），用来接收指令；C表示集电极（collector），E表示发射极（emitter），集电极和发射极用来导通电流。平时IGBT是截止的，一旦门极接收到一个开通指令，电流就会源源不断地从集电极流向发射极。[3]

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在工程与产品选型语境中，IGBT这个词经常被混用——它既可能指芯片，也可能指模块。实际上，芯片、单管、模块、器件这四个概念各有边界：

IGBT芯片是IGBT器件的核心部分，通常采用硅材料制造。它包含四个区域：N+型集电极区、P型漏极区、N型沟道区和P+型栅极区，负责开关功率和控制电流。芯片本身薄如纸张，但裸露的芯片是不能直接使用的，必须经过功率封装才能成为可用的IGBT产品。[1]

将单个IGBT芯片封装到功率器件的基本封装中，就形成了IGBT单管。它有栅极、集电极、发射极三个引脚，门极控制着另外两脚的导通与关断。常见的封装类型包括TO-220、TO-247等，通常用于600V~1.2kV电压、中小功率范围的应用，如家电、电机驱动、UPS（不间断电源）等。单管封装的IGBT最大电流在100A左右。

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为了把IGBT做成各种电路功能，或做出更大电流的器件，人们发明了IGBT模块和带驱动的智能模块。IGBT模块是将多个IGBT芯片（有的模块会封装十几颗、二十几颗芯片），连同二极管、电容器等元件一起封装形成的模块化设备，可提供更高的功率密度和可靠性。IGBT模块的最大额定电流可以达到3600A，广泛应用于电动汽车、工业驱动、电网逆变器等高功率领域，常见封装结构包括H桥、半桥、全桥等。

IGBT器件是指包括芯片、封装和模块在内的IGBT产品整体，是完整的功率开关装置，可通过适当的驱动电路来控制电流流动。在设计和应用时，需要考虑电流承受能力、开关速度、导通压降等关键参数。

根据电气性能与热条件，IGBT器件的内部结构和封装方式多种多样。以下介绍几种主要类型[4]：

最新的标准IGBT模块趋向于利用扩散焊接和超声波焊接等现代技术代替传统软焊工艺，是目前应用最广泛的形态。

压接式IGBT采用陶瓷封装，其顶部和底部同时是电源端子和冷却表面，可在两面进行冷却，主要用来代替大功率应用中的门极可关断晶闸管（GTO），如中压驱动和FACTS。安装时需对接触面提供足够压力，以保证内部良好的电气和机械接触及足够低的热阻。

IPM在标准IGBT模块的基础上增加了额外的控制和评估逻辑单元，集成在模块的PCB上，可实现门驱动、短路检测并关断、供电电压检测和过热关断等功能。常用于阻断电压低于600V的小功率场合。传统IPM的驱动电路输入输出未实现隔离，隔离需由外部光电耦合器提供。

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包括DIP（双列直插式）和SIP（单列直插式）两种封装，建在引线框架上，通常将控制电子集成在模制模块中（模制IPM），有利于集成HVIC电平转换器及自举二极管、电源电容、栅极电阻等无源元件。

现代分立式IGBT一般采用TO-247封装，阻断电压能力1.2kV，少量产品可达1.7kV。其制造过程为：IGBT芯片通过无铅银焊料焊接到铜合金引线框架上，栅极通过细线键合、发射极通过粗线键合实现电气连接，集电极通过焊接连接，随后注塑成型、硬化，最终生成独立的单管元件。

套件通常不是实际的IGBT变体，而是一个集成设计方案：除IGBT模块外，还包含驱动电路，部分还集成电压、电流、温度测量传感器以及散热器和DC总线。套件可满足600V~1.7kV级别应用（如风力发电机、太阳能设备和电机驱动），帮助用户减少在研发、资质认证和关键器件集成上的时间与费用投入。

IGBT自面世以来历经数代技术更迭，标志性的技术包括平面栅+NPT结构的IGBT2，沟槽栅+场截止结构的IGBT3和IGBT4，表面覆铜及铜绑定线的IGBT5等。现今，英飞凌IGBT芯片的“当家掌门”已由IGBT7接任——IGBT7采用微沟槽（micro pattern trench）技术，沟道密度更高，元胞间距经过精心设计，并优化了寄生电容参数，从而实现极低的导通压降和优化的开关性能。

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A：如图13所示，与MOSFET相比，IGBT器件本身不含体二极管，所以IGBT器件只能在一个方向上流过电流，即从集电极方向到发射极方向，因此IGBT器件应避免承受反向电压。由于大部分工业应用都是感性负载，所以必要时需要在IGBT芯片旁边反并联一个二极管芯片，或者直接选择一个具有集成二极管芯片的IGBT器件。例如采用600V TRENCHSTOP™ Performance新技术的IGBT器件，主要应用于工业驱动，太阳能逆变器和大型家用电器等，我们分别提供带并联二极管和不带并联二极管的IGBT器件，如图14所示。[6]

A：IGBT在MOSFET的漏极侧增加了高掺杂的P层，从而实现了MOSFET的电压型栅极控制，同时实现在同等电压和电流下更低的导通压降。但是SiC比Si的耐压强，所以SiC MOSFET厚度可以做薄，实现损耗的降低。[7]

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