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  • 什么是IGBT?如何使用此模块实现“双方水冷”,IGNT前途的上进势头又是如何?

    日期: 2017-04-28
    来源:
    浏览次数: 1123

    什么是igbt?

    igbt(insulated gate bipolar transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)重组的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有mosfet的高投入阻抗和gtr的低导通压降两地方的亮点。gtr饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;mosfet驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。igbt综上所述了上述两种器件的亮点,驱动功率小而饱和压降低。独特方便应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照耀电路、牵引传动等世界。igbt模块是由igbt(绝缘栅双极型晶体管芯片)与fwd(续流二极管芯片)穿越特定的电路桥接封装而成的有序化半导体产品;封装后的igbt模块直接应用于变频器、ups不间歇电源等设施上;igbt模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特征;当下市场上推销的多为此类模块化产品,通常所说的igbt也指igbt模块;随着节能环保等理念的推进,该系产品在市面上将越来越多见;igbt是水源变换与传输的主干器件,俗称电力电子装置的“cpu”,表现国家战略新兴产业,在轨道交通、智能电网、飞行航天、机动汽车与新能源装备等世界应用极广。

    怎样用igbt模块实现两岸水冷?这项技术又有什么意义?

    infineon 的巴西组织和利比亚组织(将来ir组织)发挥了两篇关于两岸水冷之igbt模块的相关设计及测试结果。原文标题如下

    “dual-sided cooling for automotive inverters – practical implementation with power module”

    副应用角度而言,双方水冷艺术(dsc)的支出即是基于新能源汽车(纯电动及混动)的使用考虑,第一为了消灭车载逆变器功率密度的题材。希冀1送出他中心结构,对比现有igbt模块,芯片上层的dcb重组第二枝散热通道,用于改善模块的散热效果。

    希冀2 的工艺品照片,模块的尺寸较小,屋顶和底部通过dcb陶瓷基板直接和服务器接触,强电和弱电端子分布在基片的内外两侧。

    表现双面水冷模块,他塑封材料不同温度下的教条一致性首先需要保证,22、150难度下的模块表面平整度较好,同时防潮性能也比较理想。

    鉴于增加了模块顶部的散热通道,散热效果剋提升70%,要求注意的是,热阻值随表面影响较大,要达到最佳的热阻,800n的压力这条确实也吓了作者一跳。

    鉴于去除了传统设计中的铜底板,模块的热容显著减小,他热耦合性能大幅增长,基本只在资源附近的暖气片温度较高。同时,新的dsc模块还伴随着寄生电感和包装电阻的醒目降低,寄生电感只有13nh。

    另外,模块还集成了水电和温度传感器,便于实现芯片电流、温度的监测,这条与健康芯片倒没有特别之反差。电流检测中心都在百毫伏范围内。

    对比德国组织的上班,将来ir组织的研讨重点则放在了与之配套的水冷散热的提案实现和总体性测试上。希冀4送出了回答的水冷散热器方案。

    探测器内部还是使用经典的pin-fin散热方案,水冷计划的根本包括流量的人均恒,散热流族 限制下的pin针形状和大小的优化设计。基于同样的总产量假设,双方水冷较之单面水冷,热阻可以减少32%,同时水路压降跌落也只有他35%。同时,对于两岸散热,仅增大27.5%的压力,就能拥有双倍于地面水冷的总散热流量。

    虚假结果表现,地面水冷下220难度节温的模块采用双面水冷下节温只有175难度。

    针对着这种双面散热,他温度测量需要做一定修改,如增加相应的开孔及夹具固定。热测试的结果也检查了未来文之规划和虚假结果 ,其中稳态热阻将达到30~40%的下跌。同时可以发现,模块的热时间常数只有1.5s,大妈小于带铜底板的正常igbt模块。

      末了通电实验显示,同等条件下,使用双面水冷散热后,输出功率能够增加30%上述。笔者同时预言如果采取更优化的水冷版设计,逆变器的核电能力能够增加50%甚至更多。

    igbt在未来的上进,以及提高势头:

    igbt表现农业电子领域非常良好的开关器件,各族新结构、新工艺及新材料技术还在不断涌现,推动着igbt芯片技术之上进,他功耗不断下滑,上班结温不断升高,副125℃提升到了175℃并向200℃迈进,并可以在基片上集成体二极管,形成逆导igbt(rc-igbt/bigt),不要再反并联续流二极管,在相同的包装尺寸下,可将分组电流提高30%,还可以将电流及温度传感器集成到芯片内部,贯彻芯片智能化,如图所示。

    穿越对igbt芯片的自觉性结构进行隔离处理,可以形成具有双向阻断能力的igbt(rb-igbt),在双向开关应用中无需再串联二极管,并具有更小的漏电流及更低的损耗 。

    超结技术(super junction)打破了传统硅器件的导通压降与耐压的极端关系(ron∝vb2.5),可大大降低器件功耗,已成功运用在mosfet上。名将该技术利用在igbt上,则可以进一步回落功耗,当前已受到普遍的关心。超结igbt的重点难点是工艺实现,为了降低工艺难度,各族“半超结”组织被提起,贯彻性能与工艺的折中。

    下半时,igbt的手艺水平也在不断晋升,成千上万先进工艺技术,如离子注入、精细光刻等把运用到igbt制造上。igbt芯片制造过程中的最小特征尺寸已由5um,到3um, 到1um,甚至达到亚微米的档次。使用精细制造工艺可以大幅增长功率密度,同时可以降低结深,调减高温扩散工艺,故此使采用12英寸甚至更大尺寸的暖气片来制造igbt成为可能。随着薄片与超薄片加工工艺的上进,英飞凌在8英寸硅片上制造了厚度只有40um的暖气片样品,短短之前程开展实现工业化应用。

    另外,新材料如宽禁带半导体材料技术之上进,可以实现更低功耗、更大功率容量、更高工作温度的器件,其中sic成为当前的大功率半导体的重点研究方向,并在单极器件上实现市场化,在igbt等双极器件的研讨上也不断取得进展。当前igbt第一受制造工艺及衬底材料的弱项限制,例如沟道迁移率及可靠性、电流增益较小及高掺杂p型衬底生长等问题,前途随着材料外延技术之上进,sic igbt名将会实现突破。

    igbt模块技术进步

    随着igbt芯片技术之不断开拓进取,芯片的最高工作结温与功率密度不断增强, igbt模块技术也要与之相适应。前途igbt模块技术还将围绕芯片背面焊接固定与尊重电极互连两地方不断改善,开展将无焊接、无形化引线键合及城市化衬板/基板等先进封装理念及艺术结合起来,名将芯片的左右表面均通过烧结或压接来促成稳定及电极互连,同时在模块内部集成更多其他职能元件,如温度传感器、电流传感器及驱动电路等,不断增强igbt模块的功率密度、零度及智能度。

    总结

    本文从igbt干结构、背面集电极区结构与尊重mos组织三地方分析了igbt芯片的技巧现状,当前igbt芯片普遍应用平面栅或者沟槽栅结构,并行使软穿通体结构与透明集电极区结构技术,以及各种增强型技术,以加强综合性能和长远可靠性。高压igbt模块技术还是以规范的焊接式封装为主,外方低压igbt模块产品则出现了众多新技术,如烧结取代焊接,压力接触取代引线键合,无形化衬板/基板封装等。前途igbt名将持续朝着集成化、电气化、无的趋向发展。

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