1.IGBT是功率器件中的“结晶” 

（1） 功率半导体根据集成度可以分为分立器件中的功率器件和集成电路IC中的功率IC两个大类。半导体产品的分类是一个十分复杂困难的过程，国际上多种分类方法都不可能完美区分出来各种产品种类与规模，目前较多采用WSTS（世界半导体贸易协会）的分类方法。在下图的半导体产品中，功率半导体是包含了功率器件与功率IC两大类，功率IC相对来说集成芯片的小功率、小电压产品，功率IC集成度较高，是指将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在同一芯片的集成电路，主要应用于手机等小电压产品。功率器件包括二极管、晶体管和晶闸管三大类，其中晶体管市场规模最大，晶体管又细分为IGBT、MOSFET、双极型晶体管等。功率器件是指体积较大，用来处理较大功率、大电压的产品，IGBT属于功率器件的一类产品。

功率半导体产品分类

（2）IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管（BJT）和绝缘栅型场效应管（MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。下图显示了一种N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构。IGBT是一个三端器件，正面有两个电极，分别为发射极(Emitter)和栅极(Gate)背面为集电极(Collector)。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通；反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。

IGBT结构图

（3）IGBT是功率半导体中的核心器件，兼具MOSFET 及BJT 两类器件优势，驱动功率小而饱和压降低。金氧半场效晶体管（MOSFET）输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快；而双极型三极管（BJT）饱和压降低，BJT更强调工作功率，MOSFET更强调工作频率，因此IGBT兼有以上两种器件的优点，性能优势显著。

MOSFET，IGBT和BJT性能对比

（4）功率半导体的两大功能是开关与电能转换，主要可以依据工作频率与功率大小将功率半导体分为不同类型，IGBT属于功率半导体领域中高电压低频率应用的一种。功率器件通过调节改变电子元器件的功率来实现电源开关和电能转换的功能，主要体现在变频、整流、变压、开关等方面。其应用范围广泛，包括工控、风电、光伏、电动汽车与充电桩、轨交、消费电子等领域。IGBT属于其中偏向高电压、中低频率应用场景的一类产品。一般低压IGBT常用于变频白色家电、新能源汽车零部件等领域；中压IGBT常用于工业控制、新能源汽车等领域；高压IGBT常用于轨道交通、电网等领域。

功率半导体器件应用领域

（5）IGBT通常应用形式是模块或者单管，内部的核心组件就是IGBT芯片。如下图所示的IGBT模块型号为：FF1400R17IP4，模块的长宽高为：25cmx8.9cmx3.8cm，模块内部包含两个IGBT模组，也就是我们常说的半桥模块。IGBT模块内部主要包含3个部件，散热基板、DBC（Direct  Bonding  Copper-直接覆铜陶瓷板）基板和硅芯片(包含IGBT芯片和Diode芯片)，其余的主要是焊料层和互连导线，用途是将IGBT芯片、Diode芯片、功率端子、控制端子以及DBC连接起来。DBC的主要功能需要保证硅芯片和散热基板之间的电气绝缘能力以及良好的导热能力，同时还要满足一定的电流传输能力。DBC基板类似2层PCB电路板，DBC常用的陶瓷绝缘材料为氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)。如下右图所示，半桥结构IGBT模块内部有6个DBC，每个DBC上有4个IGBT芯片和2个Diode（二极管）芯片。无论是内部的芯片还是最终形成的模组，IGBT的每一个环节技术壁垒均较高。

（6）IPM（Intelligent  Power  Module，智能功率模块）是一种功能强大的集成电路模块，可以用于控制和驱动高功率电子设备，如交流电机驱动器、变频器、逆变器等。由于IGBT器件的固有特性，当出现过流､短路､过压时如不能及时保护，往往在十几微秒乃至数微秒内就会导致IGBT损坏，造成电力变换系统停机事故。为了解决IGBT在驱动保护､可靠性方面的不足IPM把驱动和多种保护电路封装在同一模块，IPM应用过程中，不再需要用户自己设计驱动保护电路，IGBT的驱动及保护由IPM内部电路来完成。IPM模块通常包括一个功率MOSFET、IGBT（绝缘栅双极晶体管）或SiC（碳化硅）等开关器件，以及一个驱动电路，用于控制这些开关器件的导通和截止。此外，IPM模块还通常集成有电源电路、电流和电压传感器、过温保护和短路保护等功能，可以提供全面的保护措施，以保证高功率电子设备的安全和可靠性。

IPM模块较IGBT模块技术改进点

（7）IGBT应用范围按照领域的不同主要可以分为三大类：消费类，工业类，汽车类。IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器；IGBT模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车（电机控制器、车载空调、充电桩）等领域；而IPM模块应用于变频空调、变频冰箱等白色家电产品。

图7 IGBT应用领域

（8）相比工控与消费类IGBT，车规级IGBT对产品安全性和可靠性提出更高要求。作为汽车电气化变革的关键制程，IGBT产品在智能汽车中具有不可替代的作用。由于汽车电子本身使用环境较为复杂，一旦失效可能引发严重后果，所以市场对于车规级IGBT产品的要求要高于工控类与消费类IGBT产品。对比之下，车规级IGBT对于温度的覆盖要求更高、对出错率的容忍度更低且要求使用时间也更长、工艺处理和电路设计方面对可靠性和散热性要求更高。具体体现为：1）车规级IGBT 的工作温度范围广，IGBT 需适应“极热”、“极冷”的高低温工况；2）需承受频繁启停、加减速带来的电流冲击，导致IGBT 结温快速变化，对IGBT 耐高温和散热性能要求更高；3）汽车行驶中可能会受到较大的震动和颠簸，要求IGBT 模块的各引线端子有足够强的机械强度，能够在强震动情况下正常运行；4）需具备长使用寿命，要求零失效率。

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