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目前,IGBT封装形式主要有塑料单管和底板与各主电路相互绝缘的模块形式,大功率IGBT模块亦有平板压接形式。由于模块封闭形式对设计散热器极为方便,因此,各大器件公司广泛采用。
另一方面,IGBT模块生产工艺复杂,制造过程中要做十几次精细的光刻套刻,并经相应次数的高温加工,因此要制造大面积即大电流的IGBT单片,其成品率将大大降低。可是,IGBT的MOS特性,使其更易并联,所以模块封装形式更适合于制造大电流IGBT。起初由于IGBT要用高阻外延片技术,电压很难突破,因为要制造这样高压的IGBT,外延厚度就要超过微米,这在技术上很难,且几乎不能实用化。
1996年日本多家公司采用<110>晶面的高阻硅单晶制造IGBT器件,硅片厚度超过300微米,使单片机IGBT的耐压超过2.5KV,因此,同年东芝公司推出的1000A/2500V平板压接式IGBT器件就是由24个80A/2500V的芯并联组成。
1998年ABB公司采用在阳极侧透明(Transparent)P+发射层和N-层缓冲层结构,使IGBT模块的耐压高达4.5KV,而该公司同年研发成的1200A/3300V的IGBT模块就是由20个IGBT芯片和12个FWD芯片并联制成。此后,非穿通(NPT)和软穿通(SPT)结构IGBT的试制成功,使IGBT器件具有正电阻温度系数,更易于并联,这为高电压、大电流IGBT模块的制造只需并联无需串联创造了技术基础。目前,已能批量生产一单元、二单元、四单元、六单元和七单元的IGBT标准型模块,其最高水平已达1800A/4500V。图2为300A/1700V IGBT模块的电路图,它是由4个160A/1700V IGBT芯片和8个100A/1700V快恢复二极管组成。

但是随着模块频率的提高和功率的增大,内部寄生电感较大的一般IGBT模块结构,已不能适应应用的需要。为了降低模块内部的装配寄生电感,使器件在开关时产生的过电压最小,以适应调频大功率IGBT模块封装的需要,ABB公司开发出一种如图3所示的平面式低电感模块(ELIP)的新结构,该结构与一般传统结构的主要区别在于:(1)它采用很多宽而簿的铜片重叠形成发射极端子和集电极端子,安装时与模块铜底板平行,并采用等长平行导线直接从IGBT发射极连到发射极端子上,而集电极端子则连到DBC板空间位置上,从而消除了互感,限制了邻近效应,降低了内部寄生电感量;(2)许多并联的IGBT和FWD芯片都焊在无图形的DBC板上,且IGBT的发射极和FWD的阳极上焊有钼缓冲片,IGBT的栅极与栅极均流电阻铝丝键合相连,这样使芯片间的电流分布和整流电压条件一致,有利于模块芯片能在相同温度下工作,大大提高了模块出力和可靠性;(3)模块采用堆积式设计,把上下绝缘层、上下电极端子以及印制电路板相互叠放,并用粘合胶粘合在一起(粘合时要避免气泡),能很好地随温度循环,无需考虑所谓焊应应力,即所谓的电极“S”形设计。
(源自:中华机械网) |