具有高温工作能力的1700vspt+igbt和二极管芯片组

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1、具有高温工作能力的1700VSPT+IGBT和二极管芯片组1700VSPT+IGBTandDiodeChipSetwithHighTemperatureOperationCapability吴立成，周东海译胡冬青校TranslatedbyWuLicheng,ZhouDonghai,ProofreadbyHuDongqing摘要：本文介绍一种新研制的，具有优化高温工作能力的1700VIGBT和二极管芯片组。由于引入新的终端概念和硅设计，改进了ABB公司的最新一代平面栅1700VIGBT（SPT+）性能。通过局部质子寿命控制层的引入，150℃下二极管的漏电流已显著减小，同时保留了与先前SP

2、T（软穿通）二极管工艺平台相同的电学特性。上述所有特征有望使额定值在3600A、工作在-40℃到150℃结温变化范围内的1700V模块研制成为可能。这种模块将具有低损耗和高安全工作区（SOA）。高于175℃工作温度方向的拓展，将在以后介绍。关键词：芯片组高温低损耗高安全工作区Abatract:Thispaperintroducesanew1700VSPT+IGBTandDiodeChipSetwithHighTemperatureOperationCapability.Thankstotheintroductionofnewterminalconceptandsilicondesign

3、,theperformanceofthenew-generationpanarcascadebyABBcompanyhasbeenimproved.Bytheintroductionofpartialprotondurationcontrollayer,theleakagecurrentofdiodeunder150℃hasbeenlessened,whileinthemeantime,theelctricfeaturesofthepreviousSPTdiodetechnologicalplatformstillremain.Allthefeaturesmakeitpossiblef

4、ortheresearchof1700Vmodule,whichhasatemperaturerageof-40℃and150℃andaratingof3600A.ThemodulewillenjoylowlossandhighSOA.Theextensiontowardthefunctiontemperaturehighthan175℃willbeintroducedinthefuture.Keywords:Chipset,Hightemperature,LossLoss,HighSOA［中图分类号］TN86［文献标识码］A文章编号：1561-0349（2012）03-1简介过去几年

5、，功率半导体的发展趋势，主要集中在对给定的应用提高功率密度。但当考虑到工作时的总功耗、安全工作区容限和允许的最大结温时，这种性能指标受到挑战。随着最先进的IGBT正慢慢接近损耗降低的极限，提高最大结温已成为当今功率器件开发的主要动力之一。由于热流跟温差成正比，如果半导体器件允许的结温更高，将为产生的热量提供更好的传导，进而增加给定器件面积的功率密度。从2005年开始，平面SPT+技术已成功引入到从1.2kV到6.5kV不同的电压等级中[1][2]。本文将介绍一种改进了的1700VSPT+芯片组。其研发应用于额定值3.6kA/1700VHiPak2模块封装，且指定工作结温为Tj=150℃

6、。SPT+技术可使导通损耗减小，加之它具有比25℃更高（可能是125℃，疑误—译者）的温度承受能力，故同当前典型的水冷应用的SPT一代相比，新型的1700VSPT+IGBT模块在频率从250Hz变化到1000Hz时逆变器输出电流增加了20％，如图1所示。图1逆变器输出电流随开关频率变化：1700VSPT与SPT+HiPak2对比图中符号改为斜体21700VSPT+高温芯片组技术2.1SPT+高温IGBT技术同原始的平面IGBT元胞相比，SPT+技术的主要优点是在减小导通损耗的同时，保留了具有相同开关控制能力的SPT（软穿通）纵向设计。上述优点的实现，是通过在IGBTMOS单元的P－we

7、ll周围引入一个N型增强层来实现的，如图2剖面结构所示。增强层增大了IGBT阴极端的载流子浓度，因此，在没有显著增加关断损耗的同时使导通压降降低。N型增强层的杂质分布形式是仔细优化了的，以避免任何对SPT+IGBT的关断安全工作区及耐压能力的负面影响。1700VSPT+IGBT的最终设计将胜过具有相同面积的以往SPT产品，它的导通损耗更低而关断损耗与SPT相当，可多承受20％的电流。为确保在Tj=150℃时能可靠工作，引入了一种基于偏置环概念[