IGBT发展和应用_宏微电子赵总的报告

PowerfortheBetterCONFIDENTIAL赵善麒江苏宏微科技股份有限公司2014年6月24日，武汉PowerfortheBetterIGBTPowerfortheBetterCONFIDENTIAL报告内容1.IGBT芯片的新发展2.IGBT封装的新发展3.宏微股份简介PowerfortheBetterPowerfortheBetterCONFIDENTIALIGBT与节能减排PowerfortheBetterPowerfortheBetterCONFIDENTIAL4电力电子技术应用1990–2010年，20年时间内，如果50%的电机采用IGBT电机调速控制装备，•为美国用户累计节省了2.069万亿美元，减少了27.932万亿磅的二氧化碳排放；•为全球客户累计节省了8.373万亿美元和减少了46.053万亿磅的二氧化碳排放IGBT应用于累计节能(TWh)节省费用(Billion$)累计减少二氧化碳排放（TrillionPound)美国全球美国全球美国全球电机调速控制20690418702069837327.93246.053Baliga,TheIGBTCompendium:ApplicationsandSocialImpact.PowerfortheBetterCONFIDENTIAL5电力半导体器件的应用PowerfortheBetterCONFIDENTIAL6产品应用—变频器PowerfortheBetterCONFIDENTIAL7电力电子器件是电力电子装置和系统中的“CPU”IGBT是新型电力半导体器件的典型代表PowerfortheBetterCONFIDENTIAL8电力电子器件是电力电子装置和系统中的“CPU”IGBT是新型电力半导体器件的典型代表IGBT芯片的新发展PowerfortheBetterCONFIDENTIALIGBT的特点MOS栅控制高频率比GTO高3－4倍，1200V，60KHz；600V，150KHz大的电流密度比VDMOS高2-3倍高电压能力市场：6500V,实验室：8000Vvoltageclass[V]120017002500330045006500900600IGBTGTOandIGCTThyristorsMOSFET9IGBT是高压大电流高频MOS控制型双极晶体管10000PowerfortheBetterCONFIDENTIAL高抗闭锁可靠性通态压降低低通态损耗开关速度快低开关损耗正温度系数并联均流短路能力高可靠性软关断可靠性、EMI低热阻可靠性高温特性好可靠性10IGBT的要求PowerfortheBetterCONFIDENTIAL需要协调的问题通态压降和耐压的关系；通态压降和开关速度的关系；通态压降和短路电流能力的关系。11PowerfortheBetterCONFIDENTIALNPT技术正温度系数，高短路能力，低热阻和低成本场阻挡层（薄漂移区）技术低通态，开关损耗和低热阻沟槽栅技术低通态损耗发射极端载流子浓度增强技术低通态损耗集电极低空穴注入低开关损耗和高短路能力12芯片新技术PowerfortheBetterCONFIDENTIALIGBT的纵向结构NPT（Non-Punch-Through）•无外延层•薄p发射区•电场未穿透漂移区；PT(Punch-Through)•p+衬底，n外延漂移区•电场穿透漂移区，到达n+缓冲层。FS(FieldStop)•无外延层•薄p发射区•电场穿透漂移区，到达n+场阻断层。n+p-CollectorEmitterGateEFieldn-driftregionp+substraten+buffern+p-CollectorEmitterGateEFieldn-driftregionImplantedpn+p-CollectorEmitterGateE-Fieldn-driftregionImplantedpn+fieldstop(buffer)•负温度系数•材料成本高•正温度系数•热阻低•材料成本低•拖尾电流小•通态压降低13PowerfortheBetterCONFIDENTIAL栅结构PlanarCellTrenchCellNPeehNPeeh降低Vceon14PowerfortheBetterCONFIDENTIAL发射极端载流子浓度增强CSTBT™n-layerpbasen+emitternburiedlayerp+substraten+bufferlayern+bufferlayerp+substraten+emittern-layerConventionalTrenchIGBT15PowerfortheBetterCONFIDENTIAL集电极低空穴注入N1层阻挡电场；N2层调整空穴注入效率；1200V:硅片厚度可由128um减少到100um。SPTCPT16Field-Stop（Infineon）QuickPT（Fairchild）ControlledPT（ABB）PowerfortheBetterCONFIDENTIAL逆导IGBT17IGBTDiodeIGBTPowerfortheBetterCONFIDENTIAL逆阻IGBT18RBIGBT应用三电平电路较半桥电路损耗减少51%PowerfortheBetterCONFIDENTIAL双向IGBTIcVc12Terminal1Gate1Gate2Terminal2N1+P1+P1N2+P2+P2N-driftlayerJ1J2J3J419双向IGBT可与用于矩阵式变换器PowerfortheBetterCONFIDENTIALSiCIGBT20SiC-IGBT将会在大功率应用领域内取代现有的SCR和GTOPowerfortheBetterCONFIDENTIALIGBT芯片的发展方向大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性薄片工艺，110µm(1200V),60µm(600V)小管芯，15年来管芯的面积减少了2/3大芯片，4”－5”－6”－8”－12”新材料：SiC215“6‘‘8“12“11.522.533.541988199219962000200420082012VCEsat(125°C)[V]@75A1stGen2ndGen3rdGen4thGen5thGenA/A0=1A/A0=650,65A/A0=0,44A/A0=0,39A/A0=0,311200V/75AIGBTPowerfortheBetterCONFIDENTIALIGBT功率模块的新发展PowerfortheBetterPowerfortheBetterCONFIDENTIAL铜线CTE更加匹配高的引线通流能力高的PC循环次数铝带高的引线通流能力高的键合效率铝线通用灵活成本低引线技术PowerfortheBetterCONFIDENTIALDBC板电极双面散热降低芯片工作结温提高PC循环次数DBCDBC焊料芯片焊料薄膜电极高的PC循环次数工艺简单低热阻高的电流浪涌能力可用于更高工作结温的芯片引线技术PowerfortheBetterCONFIDENTIAL传统的端子连接方式缺点：1、工艺复杂，需要波峰焊接或者手工烙铁焊接2、焊点在经过震动或长时间工作后会有焊接疲劳产生PowerfortheBetterCONFIDENTIAL端子连接新技术PressFitPCB安装简便低的接触电阻高的抗震动能力避免焊接疲劳弹簧压接低的端子接触电阻高的TC循环次数PCB安装方便PowerfortheBetterCONFIDENTIALSinter焊接技术低温焊接高温熔化高的TC循环PowerfortheBetterCONFIDENTIAL平板压接式900A,5200VIGBT28•双面散热•易于串联PowerfortheBetterCONFIDENTIAL无焊料内压接式29温度循环能力比标准模块高5倍PowerfortheBetterCONFIDENTIAL双面散热结构HeatSpreaderC-ChipS-ChipS-ChipComponentI/OPinsSolderBaseSubstrateR-CoilStruc.Ceramic提高散热效率30％以上30PowerfortheBetterCONFIDENTIAL紧凑化6xSOT-227Packages36ScrewsSP6-PPackage4screws安装简单、成本低31PowerfortheBetterCONFIDENTIALD3:30mm高，内部引线连接SP6:17mm高，内部PCB板连接薄型化寄生电感减少50%以上32PowerfortheBetterCONFIDENTIAL33功率集成InfineonMIPAQ™BaseIGBT模块，高功率密度，最大电流可达150APowerfortheBetterCONFIDENTIAL智能化电机调速专用模块:600V/150AIGBT半桥带有DCtoDC变换器硬开关：100A@75KHz+控制板主电路专用模块〓34PowerfortheBetterCONFIDENTIAL集成化器件裸片结构多层平板布线双面散热功能集成功率单元驱动、控制工艺多层薄膜和厚膜35集成功率电子模块（IPEM）HeatSpreaderC-ChipS-ChipS-ChipComponentI/OPinsComponentComponentBaseSubstrateR-CoilCeramicIntelligenceCurrent/TemperatureSensingFluxFluxCurrentEMIContainmentPNIPNIDoubleSidedCoolingHigh-DensityInterconnectPowerfortheBetterCONFIDENTIAL362014/6/24IGBT2Fast+SiCDiodefor100KWUltrahighEfficiencyInverterEonEoffErecQrFF600R12IE4617311045FF600R12IS4F2040100Vdc=500VI=213Am=0.88FF600R12IE4FF600R12IS4FTotalLossTvjTotalLossTvj10kHz39777.434381.420kHz668101.644493.0Spec.ofPrimePack™混合封装PowerfortheBetterCONFIDENTIAL宏微IGBTPowerfortheBetterPowerfortheBetterCONFIDENTIAL宏微简介关于宏微全国5个办事处和台北国际办事处2006年8月成立总部：常州市6200平方米2个研发中心1个院士工作站286名员工国家重点高新技术企业；国家高新技术产业化示范工程基地;企业院士工作站；国家IGBT和FRD标准起草单位之一。PowerfortheBetterCONFIDENTIAL研发和生产流程计算机仿真设计芯片代工、模块制造测试可靠性试验应用试验研发和生产流程PowerfortheBetterCONFIDENTIAL401000m2总体万级先进厂房局部千级抗静电超净厂房焊膏印刷自动贴片真空焊接X光扫描自动键合打标和密封灌胶保护外观处理最终测试先进的生产设备PowerfortheBetterCONFIDENTIAL业务范围IGBT模块:FRED模块整流桥模块可控硅模块客户定制模块IGBT单管：2-50A，600-1500VFRED单管VDMOS单管产品介绍IGBT芯片:2-100A,600–1700VFRED芯片VDMOS芯片15-800A,600–1700VPowerfortheBetterCONFIDENTIAL产品应用—变频器通用变频器用功率器件推荐21PowerfortheBetterCONFIDENTIAL43低压变频器—600V