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让IGBT性能更出色的秘诀:芯片减薄
2020年11月23日 发布 分类:行业要闻 点击量:387
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在讨论这个看起来是技术性问题之前,我们先来谈一谈能源利用效率与生产力的关系:能源利用效率越高,生产力越先进,这个你认同不。

能源利用问题是世界级难题

众所周知,世界范围内的能源短缺和环境污染问题均日益突出。一方面,为了实现经济社会的可持续发展,各国政府都纷纷加大了对新型清洁能源领域的政策引导力度所以我们meng的gao新能源某某材料,曾经的补贴也是满天飞舞,并希望借此推进新能源的快速发展,使其最终成为人类未来利用的主要能源。另一方面,如何有效利用能源,提升现有能源的利用效率,也是世界各国解决能源短缺和环境污染问题必须长期坚持的基本能源政策。

IGBT

1:蒸汽机车的实际热效率大概只有:5%~7%

IGBT

2:高铁大量应用IGBT,一辆高铁上要用到接近200个IGBT芯片,IGBT很贵,一块进口三菱的高铁IGBT控制芯片价值15万左右,据称IGBT芯片就占到整车成本的15%左右

人类可直接使用的二次能源中,电能是应用最广泛的能源,也是消耗最大的能源。对一个国家的经济和生活质量而言,一次能源(如煤、石油、天然气和太阳能、风能等)转换为电能的比例和效率越高,表明该国的生产力越先进,人民的生活水平越高。正因为如此,提供高效清洁的电能和提高能源利用效率(包括能源转换效率和终端消费效率),就成为电能利用的最重要课题之一。

功率器件与能源利用的关系

而谈到能源利用效率的问题,你不得不提的一个产品便是IGBT咯。目前我国的总体能源利用效率为33%左右,比发达国家低约10个百分点。当前我国节能工作面临较大压力。无论是太阳能电池、风力发电还是新能源汽车,其系统应用都需要把直流电转换为交流电,承担这一任务的部件称为逆变器,逆变器中起到关键作用的东西叫---功率器件。功率器件有很多,后期之秀SiC MOSFET活力视乎火力也很猛,但目前金字塔顶端还是非Si IGBT不可了(当然IGBT 并非适应所有领域,只是它的技术门槛高,适用场合刁钻些而已,通常使用在高电压场合中,例如如上的经典案例:高铁)。

IGBT

3:IGBT的应用领域分布

IGBT融合了BJT和MOSFET(说的都是用硅整的器件)的两种器件的优点。采用IGBT进行功率变换,能够提高用电效率和质量,具有高效节能和绿色环保的特点,是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。

芯片减薄的意义?

IGBT是事关国家经济发展的基础性产品,如此重要的IGBT,长期以来我国却不得不面对依赖进口的尴尬局面,全球IGBT市场终由欧美日韩把持如英飞凌、三菱、富士电机、安森美以及ABB等企业,前五大企业的市场份额就已经超过了70%。从整个牌面上来看,我们国内的IGBT企业只能吃“边角料”了(高端进口率貌似90%以上)。

制约我国的IGBT技术研发瓶颈主要在技术工艺和生产设备方面,而工艺上面临以下几项难点:1、薄晶圆工艺;2、背面工艺,包括背面离子注入、退火激活、背面金属化等工艺步骤;3、模块封装技术。下文小编带大家看看第一个点薄晶圆工艺的背后原因。终于跑回到了本文主题。

IGBT本身是一个非通即断的开关,导通时可以看作导线,断开时可以看作开路。在电机驱动控制器中,IGBT主要负责将动力电池传输的直流电转化为交流电。电流从上而下垂直穿过IGBT,直至抵达驱动电机。芯片越薄,电流所上面流过的路径就越短,损耗在芯片上的能量也就随之降低。同理,减薄可以降低芯片的热阻,提高芯片的散热性能。

实际上,IGBT并不是一个理想开关非通即断不是的,原因在于它在导通之时有饱和电压——Vcesat,造成导通损耗;在开关时也有开关能耗——Eon和Eoff。IGBT在它们的打击下性能减弱。IGBT受到的损耗降低,整车电耗也将明显降低。

一句话来概括,为了降低整车电耗,必须有意将Vcesat和开关损耗降到更低。增加复合场终止层,减薄N-漂移区(漂移区的正向压降与厚度密切相关这就是我们为啥要减薄了)

场终止层是为了能够截止电场。“通过一个多层的场终止结构,优化电阻分布。”N-漂移区更薄,电阻越小,Vcesat损耗更低;更薄N-层导通时存储的过剩载流子总量更少,缩短关断时间,减少关断损耗。最终达到一个整体电耗的降低。

另一层面,Vcesat和Eoff是一对矛盾体,对同一代的IGBT技术来讲,Vcesat做小,Eoff就高了,反之亦然。它们必须相互妥协,相互折衷。这就到了考验芯片制造商技术的时候。

 编辑:Alpha


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