Entwicklungsgeschichte von IGBT

Prähistorische Ära -PT

 PT ist die früheste Generation von IGBT. Es verwendet ein stark dotiertes P+-Substrat als Ausgangsschicht, auf dem nacheinander N+-Puffer und N-Basis-Epitaxie aufgewachsen werden, und schließlich wird die Zellstruktur auf der Oberfläche der Epitaxieschicht gebildet. Es wird benannt, weil das elektrische Feld zur Cut-off-Zeit durch die gesamte N-Basisregion verläuft. Sein Prozess ist komplex, seine Kosten sind hoch, und es muss die Trägerlebensdauer kontrolliert werden. Der Sättigungsspannungsabfall ist ein negativer Temperaturkoeffizient, der einer Parallelschaltung nicht förderlich ist. Obwohl es in den 1980er Jahren ein Sturm war, wurde es Ende der 1980er Jahre allmählich durch NPT ersetzt. Derzeit ist es in der Welt verborgen. Derzeit verwenden alle IGBT-Produkte von Infineon keine PT-Technologie.

Früher Marktführer - IGBT2

Merkmale: planares Gate, nicht durchdringende Struktur (NPT)

NPT-IGBT entstand 1987 und wurde in den 1990er Jahren bald zum Hegemon. Der Unterschied zwischen NPT und PT besteht darin, dass es das niedrig dotierte N-Substrat als Startschicht verwendet, zuerst eine MOS-Struktur auf der Vorderseite des N-Driftbereichs herstellt und dann den Schleifdünnungsprozess verwendet, um die Dicke von der Rückseite zu zu reduzieren die von der IGBT-Spannungsspezifikation geforderte Dicke und verwendet dann den Ionenimplantationsprozess, um einen P+-Kollektor von der Rückseite zu bilden. Zur Abschaltzeit dringt das elektrische Feld nicht in den N-Driftbereich ein, daher wird er als IGBT vom "nicht durchdringenden" Typ bezeichnet. NPT benötigt keine Steuerung der Ladungsträgerlebensdauer, aber sein Nachteil besteht darin, dass, wenn eine höhere Sperrspannung erforderlich ist, zwangsläufig ein höherer spezifischer Widerstand und eine dickere N-Driftschicht erforderlich sind, was bedeutet, dass die gesättigte Einschaltspannung Vce (sat) ebenfalls ansteigen wird ,

Fähigkeiten: niedriger Sättigungsdruckabfall, positiver Temperaturkoeffizient, 125 ℃ Arbeitssperrschichttemperatur, hohe Robustheit

Positiver Temperaturkoeffizient, bequem für Parallelschaltung.

Name: DLC, KF2C, S4

Warten Sie, es scheint, dass etwas Seltsames eingemischt ist!

Kein Fehler! S4 ist wirklich kein IGBT4, es ist IGBT2 mit roten Wurzeln. Es eignet sich für Hochfrequenz-Schaltanwendungen. Die harte Schaltfrequenz kann 40 kHz erreichen. Dieses Spitzenprodukt verkauft sich immer noch gut.

 

Leistungssprung-IGBT3

Features: Grabentor, Feldstopp

Das Aufkommen von IGBT3 hat eine große Revolution auf dem Gebiet der IGBT ausgelöst. Die Zellstruktur des IGBT3 hat sich vom ebenen Typ zum Rillentyp geändert. Bei gerillten IGBT ist der elektronische Kanal senkrecht zur Oberfläche des Siliziumwafers, wodurch die JFET-Struktur eliminiert, die Dichte des Oberflächenkanals erhöht und die Ladungsträgerkonzentration nahe der Oberfläche verbessert wird, wodurch die Leistung optimiert wird. (Siehe Artikel "Strukturanalyse von planaren und gerillten IGBT" für den Unterschied zwischen planarer und gerillter Gate-Technologie).

In Bezug auf die Längsstruktur brachte Yingjia im Jahr 2000 den Field Stop IGBT auf den Markt, um den Widerspruch zwischen Sperrspannung und Sättigungsspannungsabfall zu beseitigen, mit dem Ziel, die Dicke der Driftzone zu minimieren und somit die Sättigungsspannung zu reduzieren. Das Ausgangsmaterial des Feldstopp-IGBT ist das gleiche wie das des NPT, die beide niedrig dotierte N-Substrate sind. Der Unterschied besteht darin, dass die Rückseite des FS-IGBT mit einer zusätzlichen N-Pufferschicht injiziert wird und ihre Dotierungskonzentration etwas höher ist als die des N-Substrats. Daher kann die Intensität des elektrischen Felds schnell verringert werden, wodurch das gesamte elektrische Feld trapezförmig gemacht wird, wodurch die erforderliche Dicke des N-Driftbereichs stark verringert wird. Außerdem kann der N-Puffer auch die Emissionseffizienz des P-Emitters verringern, wodurch der Schleppstrom und der Verlust beim Ausschalten reduziert werden. (Weitere Informationen zum Unterschied zwischen NPT- und Feldtrenngeräten finden Sie unter Unterschied zwischen PT-, NPT- und FS-IGBT).

Fähigkeiten: geringer Leitungsspannungsabfall, 125 ℃ Arbeitssperrschichttemperatur (150 ℃ für 600-V-Geräte), Optimierung der Schaltleistung

Aufgrund der Feldabschaltung und der gerillten Zelle ist der Spannungsabfall im Durchlasszustand des IGBT3 niedriger, und die typische Vce (sat) reicht von 3,4 in der zweiten Generation bis 2,55 V in der dritten Generation (z. B. 3300 V).

Name: T3, E3, L3

IGBT3 wurde im Mittel- und Niederspannungsbereich grundsätzlich durch IGBT4 ersetzt, dominiert aber immer noch im Hochspannungsbereich. Beispielsweise verwenden die Mainstream-Produkte mit 3300 V, 4500 V und 6500 V immer noch die IGBT3-Technologie.

 

Die Hauptstütze - IGBT4

IGBT4 ist derzeit die am weitesten verbreitete IGBT-Chiptechnologie. Die Spannung umfasst 600 V, 1200 V, 1700 V und der Strom reicht von 10 A bis 3600 A. Es ist in verschiedenen Anwendungen zu sehen.

Merkmale: Trench-Gate + Feldabschaltung + dünner Wafer

Wie IGBT3 handelt es sich um eine Field-Cut-off-+Groove-Gate-Struktur, aber IGBT4 optimiert die Rückseitenstruktur, die Dicke der Driftzone ist dünner und die Dotierungskonzentration und Emissionseffizienz des hinteren P-Emitters und des N-Puffers sind optimiert.

Fähigkeiten: hohe Schaltfrequenz, optimierte Schaltweichheit, 150 ℃ Arbeitssperrschichttemperatur

IGBT4 reduziert den Schaltverlust durch die Verwendung dünner Wafer und die Optimierung der Rückseitenstruktur, während die Schaltweichheit höher ist. Gleichzeitig hat sich die maximal zulässige Sperrschichttemperatur im Betrieb von 125 ℃ in der dritten Generation auf 150 ℃ erhöht, was zweifellos die Ausgangsstromkapazität des Geräts weiter erhöhen wird.

Name: T4, E4, P4

T4 ist eine Low-Power-Serie mit einer maximalen Schaltfrequenz von 20 kHz.

E4 eignet sich für Anwendungen mittlerer Leistung mit einer maximalen Schaltfrequenz von 8 kHz.

P4 optimiert weiter die Schaltweichheit, die besser für Hochleistungsanwendungen geeignet ist, und die Schaltfrequenz beträgt bis zu 3 kHz.

Reicher Mann kommt auf die Bühne - IGBT5

Merkmale: Trench-Gate + Feldabschaltung + mit Kupfer bedeckte Oberfläche

IGBT5 ist das luxuriöseste Produkt aller IGBT-Serien. Andere Chips verwenden Aluminium für die Oberflächenmetallisierung. IGBT5 verwendet dickes Kupfer anstelle von Aluminium. Die Stromkapazität und Wärmekapazität von Kupfer sind weitaus besser als die von Aluminium, sodass IGBT5 eine höhere Arbeitssperrschichttemperatur und einen höheren Ausgangsstrom ermöglicht. Gleichzeitig wird die Chipstruktur optimiert und die Chipdicke weiter reduziert.

Fähigkeiten: 175 ℃ Arbeitstemperatur, 1,5 V Sättigungsspannung, Ausgangsstromkapazität um 30 % erhöht

Denn die Oberfläche von IGBT5 ist mit Kupfer beschichtet und der Advanced. Die XT-Verpackungstechnologie wird in die Modulverpackung übernommen, die Arbeitssperrschichttemperatur kann 175 ℃ erreichen. Im Vergleich zu IGBT4 wird die Chipdicke weiter reduziert, wodurch der Sättigungsspannungsabfall geringer und die Ausgangsstromkapazität um 30 % erhöht wird.

Name: E5, P5

Derzeit werden IGBT5-Chips nur in PrimePACK ™ verpackt. Außerdem beträgt die Spannung nur 1200 V und 1700 V, was die Produkte FF1200R12IE5 und FF1800R12IP5 darstellt.

 

Wahr und falsch Monkey King - TRENCHSTOP  ™ 5

Im Single-Management-Sektor gibt es eine Produktkategorie namens TRENCHSTOP ™ 5。 Ich höre oft Leute fragen, ob H5, F5, S5 und L5 IGBT5 sind? Genau genommen ist es das nicht. Obwohl der Name 5 enthält, gehören H5, F5 und S5 zu einer anderen Familie namens TRENCHSTOP ™ 5。 Diese Familie hat keinen Segen der "goldenen Rüstung", und das Gen unterscheidet sich auch von IGBT5.

Eigenschaften: feines Rillengitter + Feldabschaltung

Obwohl sie alle Grabengitter genannt werden, TRENCHSTOP ™ Sie unterscheiden sich immer noch stark von ihren Vorgängern. Es hat dichtere Kanäle und eine höhere Stromdichte. Es ist nicht kurzschlussfähig und erreicht gleichzeitig die beste Betriebsleistung.

Fähigkeiten: 175 ℃ maximale Arbeitssperrschichttemperatur, hohe Schaltfrequenz, keine Kurzschlussfähigkeit

Leistung und Kurzschluss sind immer ein Widerspruch. Um eine hervorragende Leistung zu erzielen, wird TRENCHSTOP ™ 5 Kurzschlusszeit geopfert. TRENCHSTOP ™ 5 Je nach Anwendungszweck können extrem geringe Leitungsverluste oder extrem hohe Schaltfrequenzen mit einer maximalen Schaltfrequenz von 70 bis 100 kHz erreicht werden, und der minimale Leitungsspannungsabfall kann so niedrig wie 1,05 V sein.

Name: H5, F5, S5, L5

TRENCHSTOP ™ Derzeit gibt es nur 650-V-Geräte, und alle sind diskrete Geräte. Diese Produktserie optimiert den Durchlassverlust und den Schaltverlust für verschiedene Anwendungen. H5/F5 ist für Hochfrequenzanwendungen geeignet und L5 hat den niedrigsten Leitungsverlust. TRENCHSTOP ™ 5 Die Position jedes Produkts auf der Kompromisskurve ist in der Abbildung unten dargestellt.

 

 

Aufstrebender Stern - IGBT6

Obwohl es eine Lücke von 5 zwischen der 6. Generation und der 4. Generation gibt, ist die 6. Generation tatsächlich die optimierte Version der 4. Generation, die immer noch die Trench-Gate-+Feld-Grenze ist. IGBT6 wird derzeit nur in Einzelröhren verwendet.

Eigenschaften: Grabengitter + Feldabschaltung

Die Gerätestruktur ähnelt der von IGBT4, aber die P+-Rückinjektion ist optimiert, um eine neue Kompromisskurve zu erhalten.

Skill: 175 ℃ maximale Arbeitssperrschichttemperatur, Rg steuerbar, 3us Kurzschluss

IGBT6 hat derzeit zwei Produktserien, S6 hat einen geringen Leitungsverlust, Vce (sat) 1,85 V; H6 hat einen niedrigen Schaltverlust, der 15 % niedriger ist als H3.

Bezeichnung: S6, H6

IGBT6 hat nur Einzelröhrenverpackungsprodukte wie IKW15N12BH6, IKW40N120CS6, die mit TO-247 3Pin, TO-247 plus 3Pin und TO-247 plus 4Pin verpackt sind.

Große Aufmerksamkeit - IGBT7

Nach mehreren Generationen der Akkumulation führte IGBT 2018 schließlich IGBT7 ein.

Features: Micro-Groove Gate+Field Cutoff

Obwohl sie alle Rillengitter sind, wird die gesamte Struktur sehr unterschiedlich sein, wenn es ein weiteres Mikrowort gibt. Die IGBT7-Kanaldichte ist höher, der Zellenabstand ist ebenfalls sorgfältig ausgelegt und die Parasitärkapazitätsparameter sind optimiert, um die beste Schaltleistung bei 5 kV/us zu erreichen.

Skill: 175 ℃ Überlast Sperrschichttemperatur, du/dt steuerbar

Im Vergleich zu IGBT4 ist IGBT7 Vce (sat) um 20 % reduziert, wodurch eine maximale transiente Sperrschichttemperatur von 175 °C erreicht werden kann.

Bezeichnung: T7, E7

Zu den repräsentativen Produkten gehören: FP25R12W1T7. T7 ist für Motortreiber optimiert, die die beste Leistung bei 5 kV/us erzielen können. E7 ist weiter verbreitet, einschließlich elektrischer Nutzfahrzeugfahrer, Photovoltaik-Wechselrichter usw.

 

 

 

 

 

 

YTPQC-AHF, SVG

 

 

YTPQC-AHF (Active Harmonic Filter)、 SVG (Static Var Generator)  verwendet hauptsächlich einen 5. Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), um die Größe und Phase der Wechselspannung des Wechselrichters zu steuern, um den Zweck derOberwellenfilterung, derBlindleistungskompensation und3-Phasen-Lastausgleich .   

 

In Bezug auf die Zuverlässigkeit ist die Zuverlässigkeit der IGBT der höheren Generation aufgrund der mangelnden Popularität geringer als die der IGBT der niedrigeren Generation.

Der IGBT der siebten Generation hat eine höhere Frequenz und eine höhere Geschwindigkeit. Dies führt zu einem geringeren Volumen anderer von ihm verwendeter Komponenten, sodass das Gesamtvolumen des Moduls kleiner ist. Für unsere Branche ist der Hauptunterschied das Produktvolumen. In Bezug auf das Produktvolumen entwickeln wir derzeit ein neues 2U-Modul, das bei geringerem Volumen eine beträchtliche Kompensationskapazität hat