按封裝形式:
IGBT 單管:將單個 IGBT 芯片與 FRD(快速恢復二極管)芯片以分立式晶體管的形式封裝在銅框架上,封裝規模小,電流較小,適用于消費和工業家電等對功率要求不高的場景。
IGBT 模塊:將多個 IGBT 芯片與 FRD 芯片通過特定電路橋接而成的模塊化產品,具有更高的集成度和散熱穩定性,常用于對功率要求較高的場合,如工業變頻器、新能源汽車等。
按內部結構:
穿通 IGBT(PT - IGBT):發射極接觸處具有 N + 區,包括 N + 緩沖層,也叫非對稱 IGBT,具有不對稱的電壓阻斷能力,其特點是導通壓降較低,但關斷速度相對較慢,適用于對導通損耗要求較高的應用,如低頻、大功率的變流器。
非穿通 IGBT(NPT - IGBT):沒有額外的 N + 區域,結構對稱性提供了對稱的擊穿電壓特性,關斷速度快,開關損耗小,但導通壓降相對較高,常用于高頻、開關速度要求高的場合,如開關電源、高頻逆變器等。 IGBT模塊在家用電器中作為開關元件,控制電源通斷。深圳4-pack四單元igbt模塊
IGBT模塊主要由IGBT芯片、覆銅陶瓷基板(DBC基板)、鍵合線、散熱基板、二極管芯片、外殼、焊料層等部分構成:IGBT芯片:是IGBT模塊的重要部件,位于模塊內部的中心位置,起到變頻、逆變、變壓、功率放大、功率控制等關鍵作用,決定了IGBT模塊的基本性能和功能。其通常由不同摻雜的P型或N型半導體組合而成的四層半導體器件構成,柵極和發射極在芯片上方(正面),集電極在下方(背面),芯片厚度較薄,一般為200μm左右。為保證IGBT芯片之間的均流效果,在每個芯片的柵極內部還會集成一個電阻。廣東4-pack四單元igbt模塊IGBT模塊在充電樁領域的應用推動了市場規模的增長。
結合MOSFET和BJT優點:IGBT是一種復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR(雙極功率晶體管)的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小,開關速度快,但導通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點,驅動功率小而飽和壓降低。
電壓型控制:輸入阻抗大,驅動功率小,控制電路簡單,開關損耗小,通斷速度快,工作頻率高,元件容量大。
電能傳輸與分配:在高壓直流輸電(HVDC)系統中,IGBT 模塊組成的換流器可實現將交流電轉換為直流電進行遠距離傳輸,然后在受電端再將直流電轉換為交流電接入當地電網。這樣可以減少電能在傳輸過程中的損耗,提高輸電效率和可靠性。此外,在智能電網的分布式發電、儲能系統以及微電網中,IGBT 模塊也起著關鍵的電能分配和管理作用,確保電能能夠在不同的電源和負載之間靈活、高效地傳輸。
功率放大:在一些需要高功率輸出的設備中,如音頻放大器、射頻放大器等,IGBT 模塊可以將輸入的小功率信號放大為具有足夠功率的輸出信號,以驅動負載工作。例如在專業音響系統中,IGBT 模塊組成的功率放大器能夠將音頻信號放大到足夠的功率,推動揚聲器發出響亮、清晰的聲音。 罐封技術保證IGBT模塊在惡劣環境下的運行可靠性。
高效電能轉換:IGBT 模塊能夠實現直流到交流(逆變)、交流到直流(整流)以及交直流電壓變換等功能,且在轉換過程中具有較高的效率。例如在新能源汽車的充電樁中,它可將電網的交流電轉換為適合給汽車電池充電的直流電,同時在車載逆變器中,又能將電池的直流電轉換為交流電,為車內的空調、音響等交流設備供電。
精確電力控制:IGBT 模塊可以通過控制其柵極電壓來精確地控制其導通和關斷,從而實現對電路中電流、電壓的精確控制。在電機驅動系統中,通過調節 IGBT 模塊的導通時間和頻率,可以精確控制電機的轉速和扭矩,使電機能夠根據實際需求高效運行,廣泛應用于工業自動化中的電機調速、機器人控制等領域。 IGBT模塊封裝過程中焊接技術影響運行時的傳熱性。深圳4-pack四單元igbt模塊
IGBT模塊外殼實現絕緣性能,要求耐高溫、不易變形。深圳4-pack四單元igbt模塊
散熱基板:一般由銅制成,因為銅具有良好的導熱性,不過也有其他材料制成的基板,例如鋁碳化硅(AlSiC)等。銅基板的厚度通常在3 - 8mm。它是IGBT模塊的散熱功能結構與通道,主要負責將IGBT芯片工作過程中產生的熱量快速傳遞出去,以保證模塊的正常工作溫度,同時還發揮機械支撐與結構保護的作用。二極管芯片:通常與IGBT芯片配合使用,其電流方向與IGBT的電流方向相反。二極管芯片可以在IGBT關斷時提供續流通道,防止電流突變產生過高的電壓尖峰,保護IGBT芯片免受損壞。深圳4-pack四單元igbt模塊