《igbt主要材料及参数介绍.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《igbt主要材料及参数介绍.doc（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、igbt主要材料及参数介绍IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的CPU，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。如下图所示为一个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（即发射极E）。N基极称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极（即门极G）。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-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
2、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（即集电极C）。IGBT结构图IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP（原来为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-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-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。IGBT模块的材料参
3、数目前，功率器件和模块均采用引线键合的互连工艺和平面封装结构。图1为普通IGBT模块的解剖图。图1 IGBT模块结构示意图从上图本文可以看出，IGBT模块共由7层结构构成，大致可以分成三部分：芯片，DBC和基板。每部分之间由焊锡连接而成。本文知道IGBT是在晶闸管的基础上发展而来，但与传统的晶闸管相比，IGBT模块省去了内部的阴极和阳极金属层，分别由芯片表面引出的焊线及DBC上层铜板代替。除此之外，原先的镍金属缓冲层也被去掉了，其代价是单个IGBT芯片的容量减少。为了弥补这一缺陷，本文需要在DBC板上安置更多的IGBT芯片8。IGBT模块是由不同的材料层构成，如金属，陶瓷以及高分子聚合物以及填
4、充在模块内部用来改善器件相关热性能的硅胶。他们的热膨胀系数以及热导率存在很大的差异，在器件的工作过程中会出现意想不到的问题。物理上，热导率代表了物体导热性能的大小。在IGBT模块中，涉及到的材料，其热导率绘成柱形图如下：图2材料导热系数柱形图热膨胀系数（coefficient of thermal expansion， CTE）是指物体在单位温度下体积的变化，其国际单位为K-1。对于IGBT这种具有堆叠结构的功率器件，它在正常工作下温度很高，因此不同的材料也会因热胀冷缩原理产生不同程度的形变，进而影响器件的可靠性。图3绘出出了模块内几种材料的热膨胀系数。图3材料的热膨胀系数有机材料的引入可以使
5、接合线不被腐蚀，还有较高的击穿场强，然而，它在模块内部形成的有机薄膜会产生较大的寄生电容，进而影响器件的部分性能。除了材料的选择，事实上，IGBT模块内部每层材料的厚度也有其规范。传统的IGBT模块里，陶瓷的主要成分为Al2O3，基板采用铜材料;在高压IGBT模块里，DBC内的陶瓷被AlN所取代;后期，高压IGBT模块又有所改进，主要变化在于使用碳化硅铝取代原先的铜基板。表1 不同IGBT模块各层材料的厚度 单位：mm当然，在特定的场合，所需的IGBT模块内部材料厚度也不尽相同。比方说，原先的DBC陶瓷厚度为0.63mm，但为了减少器件的热阻，后来的设计尺寸为0.38mm；再有对于一些需要承受更大高压的IGBT模块，它内部氮化铝陶瓷的厚度达到1mm。