IGBT的分类及主要参数（PT-IGBT与NPT-IGBT区别）

    IGBT（绝缘栅双极晶体管）作为新型电力半导体场控自关断器件，集功率MOSFET的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，在各种电力变换中获得极广泛的应用。与此同时，各大半导体生产厂商不断开发IGBT的高耐压、大电流、高速、低饱和压降、高可性、低成本技术，主要采用1ｕm以下制作工艺，研制开发取得一些新进展。

    分类及其含义说明

    1、低功率IGBT

    IGBT应用范围一般都在600V、1KA、1KHz以上区域，为满足家电行业的发展需求，摩托罗拉、ST半导体、三菱等公司推出低功率IGBT产品，实用于家电行业的微波炉、洗衣机、电磁灶、电子整流器、照相机等产品的应用。

    2、U-IGBT

    U（沟槽结构）--TGBT是在管芯上刻槽，芯片元胞内部形成沟槽式栅极。采用沟道结构后，可进一步缩小元胞尺寸，减少沟道电阻，提高电流密度，制造相同额定电流而芯片尺寸  少的产品。现有多家公司生产各种U—IGBT产品，适用低电压驱动、表面贴装的要求。

    3、NPT-IGBT

    NPT（非传统型）--IGBT采用薄硅片技术，以离子注入发射区代替高复杂、高成本的厚层高阻外延，可降低生产成本25%左右，耐压越高成本差越大，在性能上更具有特色，高速、低损耗、正温度系数，无锁定效应，在设计600—1200V的IGBT时，NPT—IGBT可*性  。西门子公司可提供600V、1200V、1700V系列产品和6500V高压IGBT，并推出低饱和压降DLC型NPT—IGBT，依克赛斯、哈里斯、英特西尔、东芝等公司也相继研制出NPT—IGBT及其模块系列，富士电机、摩托罗拉等在研制之中，NPT型正成为IGBT发展方向。

    4、SDB--IGBT

    鉴于目前厂家对IGBT的开发非常重视，三星、快捷等公司采用SDB（硅片直接键合）技术，在IC生产线上制作第四代高速IGBT及模块系列产品，特点为高速，低饱和压降，低拖尾电流，正温度系数易于并联，在600V和1200V电压范围性能优良，分为UF、RUF两大系统。

    5、超快速IGBT

    国际整流器IR公司的研发重点在于减少IGBT的拖尾效应，使其能快速关断，研制的超快速IGBT可  限度地减少拖尾效应，关断时间不超过2000ns，采用特殊高能照射分层技术，关断时间可在100ns以下，拖尾更短，重点产品专为电机控制而设计，现有6种型号，另可用在大功率电源变换器中。

    6、IGBT/FRD

    IR公司在IGBT基础上推出两款结合FRD（快速恢复二极管）的新型器件，IGBT/FRD有效结合，将转换状态的损耗减少20%，采用TO—247外型封装，额定规格为1200V、25、50、75、100A，用于电机驱动和功率转换，以IGBT及FRD为基础的新技术便于器件并联，在多芯片模块中实现更平均的温度，提高整体可靠性。

    7、IGBT功率模块

    IGBT功率模块采用IC驱动，各种驱动保护电路，高性能IGBT芯片，新型封装技术，从复合功率模块PIM发展到智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块IPEM。PIM向高压大电流发展，其产品水平为1200—1800A/1800—3300V，IPM除用于变频调速外，600A/2000V的IPM已用于电力机车VVVF逆变器。平面低电感封装技术是大电流IGBT模块为有源器件的PEBB，用于舰艇上的导弹发射装置。IPEM采用共烧瓷片多芯片模块技术组装PEBB，大大降低电路接线电感，提高系统效率，现已开发成功第二代IPEM，其中所有的无源元件以埋层方式掩埋在衬底中。智能化、模块化成为IGBT发展热点。

    IGBT的主要参数

    （1）额定集电极—发射极电压u。，。——在室温下，IGBT所允许的  集电极—发射极问电压，一般为其击穿电压U(BR) CEO的60 %~80%。其单位为V；

    (2)额定栅极—发射极电压UGER ——在室温下，当 IGBT的集电极—发射极间电压为UCER时，栅极—发射极问允许施加的  电压，一般小于20V。其单位为V；

    (3)集电极通态电流Ic——在室温下，当 IGBT导通时，集电极允许通过的  电流的有效值称为IGBT的额定电流，用ICE表示；而允许通过的峰值电流用ICM表示。在电流脉冲宽度为1μs时，ICM≈2ICE，其单位为A；

    (4)集电极  功耗PCM ——在室温下，IGBT集电极允许的  功耗。其单位为W；

    (5)栅极漏电流 IGEO——在室温下，当 UCE＝ 0V、栅极—发射极电压为其额定值UGER时，IGBT栅极—发射极间的电流。其单位为μA；

    (6)集电极断态电流 ICES一一在室温下，当集电极—发射极间电压为额定值UCER，栅极—发射极电压UGE =0时的集电极电流，即集电极漏电流。其单位为mA；

    (7)栅极—发射极开启电压UGE(th）——在室温下，IGBT从关断状态进入导通状态时，栅极—发射极间电压。其单位为V；

    (8)集电极—发射极饱和电压UCE(sat）—— 在室温下，集电极—发射极间的电压降，一般为3V以下。其单位为V；

    (9)栅极电容C，。，-IGBT栅极—发射极间的输入 电容，一般为3000一  30000pF;

    (10)导通延迟时间td——在室温下，栅极-发射极问电压从反向偏置变到UGE=UGE（th）所需的时间。其单位为μs或ns；

    (11)电流上升时间tir——在室温下，在导通过程中，从栅极—发射极电压达到开启电压UGE（th）起，到集电极电流达到 ICM所需的时间。其单位为μs或ns；

    (12）电压下降时间tuf——在室温下，在导通过程中，从.IGBT的集电极—发射极间电压开始下降起，到集电极—发射极电压达到饱和电压UCE(sat）所需的时间。其单位为vs或ns；

    (13)导通时间ton——ton＝td+tir+tuf。其单位为μs或ns；

    (14)存储时间ts——在室温下，在关断过程中，从IGBT的栅极—发射极开始下降起，到栅极—发射极电压下降到UGE＝UGE(th)，集电极电流开始下降所需的时间。其单位为μs或ns；

    (15)电压上升时间tur——在室温下，在关断过程中，从IGBT的集电极电流开始下降起，到因di/dt的作用产生电压过冲所需的时间。其单位为μs或ns；

    (16)电流下降时间tif ——在室温下，在关断过程中，从IGBT的集电极—发射极间产生电压过冲起，到集电极电流下降到集电极—发射极漏电流所需的时间。其单位为μs或ns；

    (17)关断时间toff——toff=ts+tur+tif。其单位为μs或ns；

    (18) du/dt-在室温下，IGBT不产生误导通，集电极—发射极问所能承受的  的电压上升率。其单位为V/μs；

    (19)热阻Rθ——在室温下，单位功耗引起 IGBT管芯的温升。其单位为℃/W；

    (20)  允许结温TjM ——IGBT所允许的  结温。其单位为℃。TjM与IGBT的封装形式有关。对于塑封单管IGBT，TjM =125℃；对于模块化封装的IGBT，TjM＝150℃。

    PT-IGBT与NPT-IGBT的区别

    PT-IGBT与NPT-IGBT是同是采用沟槽栅或平面栅技术，但是他们的发展方向不一致。

    ·PT-IGBT：采用平面栅或者沟槽栅，技术改进的主要方向是控制载流子寿命和优化N+缓冲区。

    ·NPT-IGBT：采用平面栅或者沟槽栅，技术改进的主要方向是减小芯片厚度.。

    PT与NPT结构与原理对比

    1．PT-IGBT

    所谓PT（Punch Through，穿通型），是指电场穿透了N-漂移区（图1中③)，电子与空穴的主要汇合点在N一区[图1(c)]。

    NPT在实验室实现的时间(1982 年)要早于PT(1985)，但技术上的原因使得PT规模商用化的时间比NPT早，所以第1代IGBT产品以PT型为主。

    PT-IGBT很好地解决了IGBT的闩锁问题，但是需要增加外延层厚度，技术复杂，成本也高。IGBT芯片中的外延层与电压规格是直接相关的，电压规格越高、外延层越厚，IZOOV、2000V的PT-IGBT外延层厚度分别达到了100μm和200μm。

    2．NPT-IGBT

    所谓NPT（Non-Punch Through，非穿通），是指电场没有穿透N-漂移区，构如图3所示。NPT的基本技术原理是取消N十缓冲区（图1中的④)，直接在集电区（图1中的⑤）注入空间电荷形成高阻区，电子与空穴的主要汇合点换成了P十集电区。这项技术又被称为离子注入法、离子掺杂工艺。

    3．PT-IGBT与NPT-IGBT生产工艺与技术性的区别

    PT与NPT型IGBT是目前的主流产品类型，600V 电压规格的IGBT基本上是PT型，600v以下则全是PT型。二者在生产工艺与技术性能上的差别参见表 1。

    项目PT-IGBT芯片NPT-IGBT芯片

    生产工艺与芯片结构原料f单晶硅）低电阻率的P+单晶硅（生成P+背发射区）高电阻率的N-单晶硅（生成N-漂移区）

    外延工艺需要不需要

    MOS结构在外延层中在单晶硅中

    芯片减薄工艺基本不需要（为了保证电压规格）需要（有利于提高性能）

    离子注入工艺不需要（P+背发射区已经生成）需要（生成P+背发射区）

    高能离子辐照工艺需要（中子、电子等）（目的是提高开关速度）不需要

    成本100%约75&

    技术指标与性能饱和压降低，负温度系数高，正温度系数

    开关功耗低高

    关断功耗高，收温度的影响大低，受温度的影响小

    关断时间长（饱和压降指标相同时）短（饱和压降指标相同时）

    拖尾电流短，受温度的影响大长，受温度的影响小

    闩锁易出现，抗短路能力弱不易出现，抗短路能力强

    雪崩击穿抗雪崩击穿能力低抗雪崩击穿能力高

    并联复杂，饱和压降指标需要配对容易，饱和压降指标不一定需要配对

    PT与NPT生产工艺的区别如下:

    ·PT-IGBT芯片的生产从集电区（P+背发射区）开始，先在单 晶 硅的背面生成低掺杂的P+发射区，然后用外延工艺在单晶硅的正面依次生成N十缓冲区、MOS结构。

    ·NPT-IGBT芯片的生产从基区(N-漂移区)开始，先在N型单 晶 硅的正面生成MOs结构，然后用研磨减薄工艺从背面减薄到 IGBT 电压规格需要  L的厚度，再从背面用离子注入工艺生成集电区。