摘要：電力電子器件的發展經歷了晶閘管(SCR)、可關斷晶閘管(GTO)、晶體管(BJT)、絕緣柵晶體管(IGBT)等階段。目前正向著大容量、高頻率、易驅動、低損耗、模塊化、復合化方向發展，與其他電力電子器件相比，IGBT模塊散熱器具有高可靠性、驅動簡單、保護容易、不用緩沖電路和開關頻率高等特點，為了達到這些高性能，采用了許多用于集成電路的工藝技術，如外延技術、離子注入、精細光刻等。要提高功率MOSFET的耐壓能力，勢必增加高導通電阻，從而妨礙器件在高電壓、大電流范圍的應用。針對這些缺陷，20世紀80年代誕生了功率IGBT(絕緣柵雙極晶體管)器件，20世紀90年代初進入實用化。近幾年來，功率IGBT模塊散熱器的性能提高很快，額定電流已達數百安培，耐壓達1500V以上，而且還在不斷提高。由于IGBT器件具有PIN二極管的正向特性，P溝功率IGBT模塊散熱器的特性不比N溝IGBT差多少，這非常有利于在應用中采取互補結構，從而擴大其在交流和數字控制技術領域中的應用。
　　
　　目前，應用在中壓大功率領域的電力電子器件，已形成GTO、IGCT、IGBT、IEGT相互競爭不斷創新的技術市場，在大功率(1MW)，低頻率(1kHz)的傳動領域，如電力牽引機車領域GTO、IGCT有著*的優勢，而在高載波頻率、高斬波頻率下,IGBT、IEGT有著廣闊的發展前景，在現階段中壓大功率變頻領域將由這4種電力電子器件構成其主流器件。
　　
　　IGBTzui大的優點是無論在導通狀態還是短路狀態都可以承受電流沖擊。它的并聯不成問題，由于本身的關斷延遲很短，其串聯也容易。盡管IGBT模塊散熱器在大功率應用中非常廣泛，但其有限的負載循環次數使其可靠性成了問題，其主要失效機理是陰極引線焊點開路和焊點較低的疲勞強度，另外,絕緣材料的缺陷也是一個問題。
　　
　　10年前，IGBT模塊散熱器出現在舞臺的時候，盡管它凝聚了高電壓大電流晶閘管制造技術和大規模集成電路微細加工手段二者的精華，表現出很好的綜合性能，許多人仍難以相信這種器件在大功率領域中的生命力。現在，跨世紀的IGBT顯示了巨大的進展，形成了一個新的器件應用平臺。
　　
　　1.智能MOS柵IGBT模塊散熱器化
　　
　　由于IGBT高頻性能的改進，可將驅動電路、保護電路和故障診斷電路集成在一起，制成智能功率模塊，一般情況下采用電壓觸發。
　　
　　通過采用大規模集成電路的精細制作工藝并對器件的少數載流子壽命進行控制，新一代功率IGBT模塊散熱器芯片已問世。第三代IGBT與*代產品相比，在斷態下降時間及飽和電壓特性上均有較大的提高。
　　
　　IGBT是雙極型晶體管(BJT)和MOSFET的復合器件，其將BJT的電導調制效應引入到VDMOS的高阻漂移區，大大改善了器件的導通性，同時它還具有MOSFET的柵*輸入阻抗，為電壓驅動器件。開通和關斷時均具有較寬的安全工作區，IGBT模塊散熱器所能應用的范圍基本上替代了傳統的晶閘管(SCR)、可關斷晶閘管(GTO)、晶體管(BJT)等器件。
　　
　　1.1IGBT—PIM
　　
　　IGBT模塊散熱器的模塊內置整流模塊電路、逆變主回路和再生回路，以降低損耗和降低成本，這種新型模塊稱為功率集成模塊，簡稱PIM(PowerIntegratedModule)。IGBT模塊是一種高速開關，第四代IGBT在開發中主要采取如下幾項新技術。
　　
　　(1)FWD(FreeWheelingDiode)技術
　　
　　在模塊中選用降低正向電壓(VF)的二極管器件，據測試在600V和1200V系列中，逆變器載波頻率為10kHz時產生的損耗與舊系列相比降低20%。
　　
　　(2)蝕刻模塊單元的微細化技術
　　
　　由于控制極的寬度(LH)已達到*化設計，故集電—射極之間的飽和電壓VCE(SAT)可降低0.5V，使開關損耗降低。
　　
　　(3)NPT(NonPunchThrough)技術
　　
　　使載流子壽命得到控制，從而減少開關損耗對溫度的依存性。這樣，可減少長期使用過程中的開關損耗。
　　
　　對于IGBT模塊散熱器這類高速開關的要求無非是高速性和柔性恢復性。對于正向電壓VF和恢復損耗Err二者相比，在設計時寧可選擇較高的VF值。但當選用高VF值在變頻器低頻工作時，將會使FWD的導通時間加長并使平均損耗增加，也使變頻器在低速高力矩時溫升提高。為此第四代IGBT模塊散熱器特別注意到設計*的電極構造，從而改善了VF、Err關系，使FWD的VF降低0.4V～0.5V，總損耗減少20%。

　　1.2P系列NPT—IGBT模塊的特點
　　
　　FUJIP系列IGBT采用NPT工藝制造，比PT(PunchThrough)IGBT有更多的*性，特別適用于變頻器、交流伺服系統、UPS、電焊電源等領域，其顯著特點如下：
　　
　　(1)電流額定值是在Tc=800℃時標出的。
　　
　　(2)P系列IGBT的VCE(SAT)與溫度成正比，易于并聯。
　　
　　(3)開關損耗的溫度系數比PT-IGBT小，當結溫升高時，其開關損耗比PT-IGBT增加的少，因此P系列模塊更適合高頻應用。
　　
　　(4)1400V系列模塊可用于AC380V至575V的功率變換設備中。
　　
　　(5)P系列中，尤其是1400V模塊比PT-IGBT有更大的安全工作區，反偏安全工作區(RBSOA)和短路安全工作區(SCSOA)都為矩形。其RBSOA可達額定電流的兩倍，SCSOA可達額定電流的十倍。因此，吸收電路可大大地簡化，同時，短路承受能力也大大提高。
　　
　　(6)低損耗、軟開關，它的dv/dt只有普通模塊的1/2，大大降低了EMI噪聲。
　　
　　目前，IGBT已發展到第四代;西門子/EUPEC已可提供電流從10A～2.4kA，電壓范圍為600V～3.3kV的IGBT模塊，以1.2kA/3.3kVIGBT為例，其柵極發射極電壓僅為15V，觸發功率低、關斷損耗小、di/dt.du/dt都得到有效的控制。
　　
　　當前高壓IGBT模塊散熱器的研制和應用水平為：600A～800A/6.5kV，工作頻率為18kHz～20kHZ，在工藝上，高壓IGBT開發主要采取以下措施:一是采用溝槽結構，挖掉了位于柵極下方、夾在P型基區中間的結型場效應晶體管的電阻，改善了減小通態壓降和提高頻率特性之間的矛盾;二是采用非穿通(NPT)結構取代穿通(PT)結構，因為NPT結構的IGBT芯片具有正電阻溫度系數、易于并聯，這是IGBT模塊散熱器大功率化的必由之路;三是高壓IGBT作為高頻器件，電磁兼容問題值得重視，采用電感封裝技術可確保系統長期可靠的運行，大容量高壓IGBT模塊散熱器適合采用平板式封裝結構。