第1章x系列的基本概念和特征

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1、富士电机FujiElectric第1章X系列的基本概念和特征1.X系列的基本概念1-22.X系列芯片特征1-33.X系列封装技术特征1-74.额定电流等级提升和模块的小型化1-115.模块型号的说明1-13６．6.术语和符号1-1514MT5F37920©FujiElectricCo.,Ltd.Allrightsreserved.1-1富士电机FujiElectric本章介绍第7代X系列IGBT模块的基本概念和特征。1.X系列的基本概念近年来，为了防止化石燃料枯竭和全球变暖，人们正在追求提高能源利用率和减少二氧化碳排放方面作出了努力。因此，包括了马达驱动等工业应用，

2、开关电源等民生应用，以及电动汽车和铁路、太阳能发电和风力发电等可再生能源应用等，使用功率半导体器件的高效率电力变换装置其适用领域和市场正在急速扩大。在功率半导体器件中，IGBT（绝缘栅双极晶体管）模块具有高速开关、大功率高效率和容易操控的特征，从而使它在其应用领域中不断扩大。IGBT模块在投放市场以来，凭借多项技术创新实现了更低的损耗以及结构的小型化。这些创新在电力变换装置的高效率、小型化、高性价比作出了贡献。然而，IGBT模块尺寸的小型化会导致IGBT模块在高功率密度时，结温升高和可靠性降低。为了进一步实现模块的小型化和高效率，除了提高芯片性能，创新的封装技术（散

3、热性能和可靠性提高）也变得不可欠缺。为了满足市场需求，富士电机开发了新型芯片技术和封装技术的第7代IGBT模块「X系列」。更低的变频器损耗（芯片技术）第7代X系列IGBT通过极薄的晶圆制造技术和细小的沟槽门极结构，使得它在损耗方面的表现比我们第6代V系列IGBT有了突飞猛进的进步。连续运行温度Tvjop=175℃实现了更高电流输出（封装技术）通过使用新开发的封装技术（高散热绝缘基板/高耐热硅凝胶/高强度焊锡）和模块构造的优化（绑定线直径/长度），提高了X系列在高温工作时的稳定性和耐久性，从而将最大连续可操作结温Tvjop从原来的150℃提高到175℃。这实现了在

4、保持模块原有尺寸的条件下增加了输出能力。额定电流的提升和IGBT模块的小型化通过以上的性能提升，在保持模块尺寸不变的同时扩大了X系列模块的额定电流。例）1200VEP2封装（最大额定电流：第6代：50A→第7代：75A），这意味着X系列的技术使得额定电流扩大了50%。从另一个角度来说，最大额定电流的扩大可以让封装尺寸减小，原来75A/1200V只能使用更大的EP3封装（详见第四章）。新一代的IGBT可以为电力变换装置小型化以及低成本化作出贡献。MT5F37920©FujiElectricCo.,Ltd.Allrightsreserved.1-2富士电机FujiEl

5、ectric图1-1第7代X系列IGBT模块基本的概念2.X系列芯片特征如图1-2所示是第6代V系列和第7代X系列的芯片剖面图。第7代的IGBT芯片结构继承了第6代V系列技术开发的场截止（FieldStop）结构和沟槽门极结构。第7代X系列与第6代V系列相比，通过用薄晶片减少漂移层的厚度。通过采用这样的薄漂移层，可以在第7代X系列中更进一步降低IGBT芯片的导通压降。一般来说，漂移层变薄时，可能会出现关断时的电压振荡及耐压降低，但通过进一步优化场截止层，可以抑制电压振荡的同时确保足够的击穿电压以达成芯片的进一步减薄。另外，与第6代V系列相比，通过使芯片表面的沟槽门极

6、结构的细小化和最优化，可以抑制在导通时P通道抽出的空穴，通过增加表面的载流子浓度来提高IE效果（InjectionEnhanced），大幅度改善了导通压降和关断损耗之间的平衡关系。MT5F37920©FujiElectricCo.,Ltd.Allrightsreserved.1-3富士电机FujiElectric发射极沟槽门极Generation6th7th通道层SeriesVXWaferFZFZ漂移层N层GatestructureTrenchFineTrenchBulkFSFSLifetimecontrolNoneNoneThicknessThinThinner第

7、7代X系列图1-2X系列IGBT芯片剖面图X系列芯片的主要特征1.更薄的漂移层-降低导通压降-降低开关损耗2.细小化沟槽门极结构-降低导通压降-降低开关损耗3.优化场截止层-抑制电压振荡-降低高温漏电流2.1导通压降和关断损耗之间平衡关系的改善图1-3显示了第7代X系列和第6代V系列IGBT芯片输出特性的比较。如图所示，在额定电流条件下，第7代X系列的导通压降(集电极－发射极电压)VCE(sat)降低了约0.25V。通过降低导通压降，可以减小电流流过IGBT时产生的导通损耗（电流×导通压降），从而可以进一步提高电力变换装置的效率。MT5F37920©FujiEl