一文让你看懂什么是IGBT
#111723#IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由 BJT(双极结型晶体三极管) 和 MOS(绝缘栅型场效应管) 构成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其存在自关断的特点。简略讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有缩小电压的功效，导通时能够看作导线，断开时当作开路。IGBT融会了BJT和MOSFET的两种器件的长处，如驱动功率小和饱和压下降等。IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产物，存在节能、装置维修便利、散热稳固等特色。
IGBT是动力转换与传输的中心器件，是电力电子安装的“CPU” 。采取IGBT停止功率变更，可能进步用电效力和品质，存在高效节能和绿色环保的特色，是处理动力缺乏成绩和下降碳排放的要害支持技巧。
IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿构造的复合器件。其外部有三个电极，分辨为G-栅极，C-集电极，E-发射极。
在IGBT应用进程中，能够通过把持其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的巨细，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状况的把持。
1）当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消散，IGBT呈关断状况。
2）当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状况。
3）当集-射极电压UCE＞0时，分两种情形：
②若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能构成，IGBT呈正向阻断状况。
②若栅-射极电压UGE＞Uth ，栅极沟道构成，IGBT呈导通状况（畸形任务）。此时，空穴从P+区注入到N基区停止电导调制，增加N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降下降。
IGBT各世代的技巧差别
回想功率器件从前几十年的开展，1950-60年月双极型器件SCR,GTR,GTO，该时段的产物通态电阻很小；电流把持，把持电路庞杂且功耗大；1970年月单极型器件VD-MOSFET。但跟着终端利用的需要，须要一种新功率器件能同时满意：驱动电路简略,以下降本钱与开关功耗、通态压降较低，以减大度件本身的功耗。1980年月初,试图把MOS与BJT技巧集成起来的研讨，致使了IGBT的发现。
1985年前后美国GE胜利试制产业样品（惋惜厥后废弃）。自此当前， IGBT重要阅历了6代技巧及工艺改良。
从构造上讲，IGBT重要有三个开展偏向：
1）IGBT纵向构造：非通明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、通明集电区NPT型和FS电场停止型；
2）IGBT栅极构造：立体栅机构、Trench沟槽型构造；
3）硅片加工工艺：外延成长技巧、区熔硅单晶；
其开展趋向是：①下降消耗 ②下降出产本钱
总功耗＝ 通态消耗 (与饱和电压 VCEsat有关)+开关消耗 (Eoff Eon)。统一代技巧中通态消耗与开关消耗二者彼此抵触,互为消长。
IGBT模块按封装工艺来看重要可分为焊接式与压接式两类。高压IGBT模块个别以尺度焊接式封装为主，中高压IGBT模块则呈现了良多新技巧，如烧结代替焊接，压力打仗代替引线键合的压接式封装工艺。
跟着IGBT芯片技巧的一直开展，芯片的最高任务结温与功率密度一直进步， IGBT模块技巧也要与之相顺应。将来IGBT模块技巧将缭绕 芯片反面焊接牢固 与 正面电极互连 两方面改良。模块技巧开展趋向：
无焊接、 无引线键合及无衬板/基板封装技巧；
外部集成温度传感器、电传播感器及驱动电路等功效元件，一直进步IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。
IGBT的重要利用范畴
作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT已普遍利用于产业、 4C(通讯、盘算机、花费电子、汽车电子)、航空航天、国防兵工等传统工业范畴，以及轨道交通、新动力、智能电网、新动力汽车等策略性新兴工业范畴。
1）新动力汽车
IGBT模块在电动汽车中施展着相当主要的感化，是电动汽车及充电桩等装备的中心技巧部件。IGBT模块占电动汽车本钱快要10%，占充电桩本钱约20%。IGBT重要利用于电动汽车范畴中以下几个方面：
A）电动把持体系 大功坦白流/交换(DC/AC)逆变后驱动汽车机电；
B）车载空调把持体系 小功坦白流/交换(DC/AC)逆变，应用电流较小的IGBT和FRD；
C）充电桩 智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件应用；
2）智能电网
IGBT普遍利用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端：
从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都须要应用IGBT模块。
从输电端来看，特高压直流输电中FACTS柔性输电技巧须要大批应用IGBT等功率器件。
从变电端来看，IGBT是电力电子变压器（PET）的要害器件。
从用电端来看，家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有大批的需要。
3）轨道交通
IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和种种帮助变流器的主流电力电子器件。交换传动技巧是古代轨道交通的中心技巧之一，在交换传动体系中牵引变流器是要害部件，而IGBT又是牵引变流器最中心的器件之一。
IGBT海内外市场范围
2015年国际IGBT市场范围约为48亿美元，估计到2020年市场范围能够到达80亿美元，年复合增加率约10%。2014年海内IGBT贩卖额是88.7亿元，约占寰球市场的1∕3。估计2020年中国IGBT市场范围将超200亿元，年复合增加率约为15%。
从公司来看，外洋研发IGBT器件的公司重要有英飞凌、 ABB、三菱、西门康、东芝、富士等。中国功率半导体市场占天下市场的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上，90％重要依附入口，基础被外洋西欧、日本企业把持。
外洋企业如英飞凌、 ABB、三菱等厂商研发的IGBT器件产物规格涵盖电压600V-6500V，电流2A-3600A，已构成完美的IGBT产物系列。
英飞凌、 三菱、 ABB在1700V以上电压品级的产业IGBT范畴占相对上风；在3300V以上电压品级的高压IGBT技巧范畴几近处于把持位置。 在大功率沟槽技巧方面，英飞凌与三菱公司处于国际当先程度。
西门康、仙童等在1700V及以下电压品级的花费IGBT范畴处于上风位置。
虽然我国具有最大的功率半导体市场，然而现在海内功率半导体产物的研发与国际至公司比拟还存在很大差距，特殊是IGBT等高端器件差距愈加显明。中心技巧均控制在兴旺国度企业手中，IGBT技巧集成度高的特色又致使了较高的市场会合度。 跟海内厂商比拟，英飞凌、 三菱和富士机电等国际厂商占领相对的市场上风。构成这类局势的缘由重要是：
国际厂商起步早，研发投入大，构成了较高的专利壁垒。
外洋高端制作业程度比海内要高良多，必定水平上支持了国际厂商的技巧上风。
中国功率半导体工业的开展必需转变现在技巧处于优势的局势，特殊是要在工业链上游层面获得冲破，转变现在功率器件范畴封装强于芯片的近况。
总的来讲，在技巧差距方面有：高铁、智能电网、新动力与高压变频器等范畴所采取的IGBT模块规格在6500V以上，技巧壁垒较强；IGBT芯片计划制作、模块封装、生效剖析、测试等IGBT工业中心技巧仍控制在兴旺国度企业手中。
近几年中国IGBT工业在国度政策推进及市场牵引下失掉敏捷开展，已构成了IDM形式和代工形式的IGBT完全工业链，IGBT国产化的过程放慢，无望解脱入口依附。
受益于新动力汽车、轨道交通、智能电网等种种利好办法，IGBT市场将引来暴发点。盼望国产IGBT企业能从中突起。
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