新IGBT技術提高應用性能

在日益增長的變頻器市場，許多廠商提供性能和尺寸各異的變換器類型。這正是以低損耗和高開關頻率而著稱的新IGBT技術施展的舞臺。在62毫米（當前模塊的標準尺寸）模塊中使用新IGBT技術使用戶可以因不必改變其機械設計概念而獲益。
　　基于平臺技術的標準62毫米SEMITRANS®模塊，由于針對IGBT和二極管采用了不同的半導體技術，因此適合于多種應用場合。采用標準尺寸模塊外殼這一事實意味著用戶有更多可供選擇的供應商。新1200V系列模塊為我們展示了外殼和半導體之間的匹配是多么的，該系列產品基于英飛凌的IGBT4技術和賽米控穩健可靠的新CAL4二極管。
　　1. 半導體開關中的IGBT和二極管
　　在電力電子里半導體器件IGBT和二極管僅作為開關。
　　“理想的開關”必須滿足以下條件：
　　通態壓降Vd = 0，與當前導通電流無關
　　反向電流Ir = 0，直到zui大允許反向電壓
　　開關損耗Psw = 0，與當前被切換的電流和直流母線電壓無關
　　熱阻Rth無足輕重，因為沒有損耗產生
　　然而，在實際的開關中，存在大量的正向和開關損耗。因而設計中的熱阻對模塊性能來說是至關重要的。本文討論IGBT²、IGBT³以及SEMITRANS®模塊采用的新IGBT4 半導體技術之間的區別，并展示在某些情況下新IGBT4技術所帶來的性能提升。
　　2. 芯片技術的進展
IGBT4基本上是基于已知的IGBT³溝槽柵結構并結合經優化的包含n—襯底、n-場截止層和后端發射極的縱向結構。與第三代IGBT相比，這將使總損耗更低，開關行為更為輕柔，同時芯片的面積也更小。此外，p/n結的zui高結溫Tjmax從150°C升高至175°C。這將在靜態和動態過載情況下建立一個新的安全裕度。IGBT4系列產品的特點是有一個為高、中、低功率應用而優化的縱向結構；開關性能和損耗適用于給定的功率等級。這里所展示的結果集中在中等功率范圍（50A-600A）的應用，采用的是低電感模塊，開關速率在4-12kHz之間（這相當于IGBT4L）。
　　當在更高電流密度情況下使用新一代IGBT，具有高電流密度的續流二極管也是需要的，尤其是對那些具有zui大芯片封裝密度的模塊。基于這個原因，在現有CAL（可控軸向長壽命）二極管技術的基礎上開發了新的CAL4續流二極管，其特點在于對任何電流密度的軟開關性能，耐用度（高di/dt）以及低反向恢復峰值電流和關斷損耗。CAL4 FWD的基本結構只是背面帶有n/n+結構的薄n---襯底（圖1b）。為了減少產生的損耗，n緩沖層被優化，采用較薄n+晶圓，活動表面積增大（即小邊結構），縱向載流子壽命被優化。因此，新的，經過改進的CAL4二極管是很出色，除了電流密度提高了30%，其正向電壓更低及切換損耗也與上一代相類似（CAL3，Tjop =常數）。為增加p/n結的zui高結溫至175°C，使用了新的邊緣端鈍化. 受益于上述的優化工作，CAL4 FWD是第四代IGBT應用的匹配