安森美半導(dǎo)體是領(lǐng)先的功率器件半導(dǎo)體供應(yīng)商，提供全面的功率器件，包括MOSFET、IGBT、二極管、寬帶隙(WBG)等分立器件及智能功率模塊(IPM)等功率模塊，尤其在收購Fairchild半導(dǎo)體后，是全球第二大功率分立器件半導(dǎo)體供應(yīng)商，在IGBT領(lǐng)域有著不可比擬的優(yōu)勢，提供同類最佳的IGBT技術(shù)和最寬廣的IGBT產(chǎn)品陣容。
安森美半導(dǎo)體在IGBT領(lǐng)域的優(yōu)勢
安森美半導(dǎo)體在功率器件、IGBT、薄晶圓和封裝技術(shù)方面有強大的知識產(chǎn)權(quán)陣容，在全球多地擁有IGBT制造設(shè)施，量產(chǎn)點火IGBT具有30年經(jīng)驗，600 V和1200 V溝槽場截止IGBT平臺性能已通過分立產(chǎn)品和功率集成模塊(PIM)系列證實。自2016年9月收購Fairchild，安森美半導(dǎo)體的IGBT產(chǎn)品陣容大為擴展，提供600 V、650 V、1200 V、1350 V、1500 V IGBT，采用TO-3P、TO-247、TO-247 4L、TO-220、TO-220 FullPak、D2PAK、DPAK等封裝，用于汽車、太陽能逆變器、不間斷電源(UPS)、電磁爐、電焊機和電機控制等各種不同應(yīng)用。
圖1：安森美半導(dǎo)體的IGBT陣容
溝槽柵場截止IGBT技術(shù)是當前IGBT領(lǐng)域的一大技術(shù)亮點，圖2為安森美半導(dǎo)體的溝槽柵場截止IGBT的橫截面，采用了背面金屬化、背面注入、柵氧化、場氧化、鈍化等工藝，電場分布呈梯形，可實現(xiàn)優(yōu)化的導(dǎo)通損耗和開關(guān)性能。
圖2：溝槽柵場截止IGBT橫截面
安森美半導(dǎo)體的IGBT具有出色的非鉗位感性開關(guān)(UIS)能力，大大增強了在系統(tǒng)發(fā)生瞬態(tài)事件時的可靠性。UIS用以測試器件的抗雪崩能力，如器件在擊穿后能承受的能量水平。UIS能力不依賴于擊穿電壓。
安森美半導(dǎo)體的FSIII 超場截止1200 V IGBT采用公司專有的超場截止溝槽技術(shù)，并與一個具有軟關(guān)斷特性的快速恢復(fù)二極管(FRD)共同封裝在一起，提供最小的反向恢復(fù)損耗。FSIII FRD采用更薄的外延層、優(yōu)化的外延緩沖層和更少摻雜的陽極，表現(xiàn)出更低的正向壓降(VF)、更軟開關(guān)和更低的反向恢復(fù)電流(IRRM)。加之其極寬的高度觸發(fā)的場截止層，能實現(xiàn)領(lǐng)先行業(yè)的總開關(guān)損耗，為大功率開關(guān)系統(tǒng)在電源能效方面設(shè)立新的基準。如NGTB40N120FL3WG的總開關(guān)損耗為2.7毫焦耳(mJ)，而NGTB25N120FL3WG的總開關(guān)損耗為1.7 mJ。兩款器件在各自額定電流下的VCEsat均為1.7 V，非常適用于UPS和太陽能逆變器。NGTB40N120L3WG經(jīng)優(yōu)化提供低導(dǎo)通損耗，額定電流下的VCEsat為1.55 V，總開關(guān)損耗為3 mJ，主要針對電機驅(qū)動應(yīng)用。這些1200 V IGBT還曾在2016年獲《今日電子》與21IC中國電子網(wǎng)聯(lián)合頒發(fā)“Top 10電源產(chǎn)品獎”，這是于電子業(yè)備受認同的確定高品質(zhì)產(chǎn)品的一個基準。
安森美半導(dǎo)體的FS4 溝槽場截止650 V IGBT，如FGH50T65SQD_F155和FGH75T65SQD_F155，具備高電流能力、高輸入阻抗、快速開關(guān)和緊密的參數(shù)分布等特性。
FSIII和FS4都是先進的IGBT技術(shù)，提供高性能和強固的IGBT產(chǎn)品。
此外，安森美半導(dǎo)體不光在分立器件上有業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品，公司還結(jié)合在功率模塊上的先進技術(shù)，推出了用于太陽能逆變器和UPS的T型逆變器 PIM。集成化的模塊包括了IGBT及整流器，采用安森美半導(dǎo)體的專有溝槽FS技術(shù) 及強固的超快FRD，配置為中點鉗位式T型拓撲結(jié)構(gòu)，能效可超過98%。模塊中的IGBT通過在低飽和電壓(Vce)和低關(guān)斷損耗(Eoff)之間權(quán)衡取舍，恰到好處地優(yōu)化電路性能，具有最大結(jié)溫Tj = 175°C或短路能力。模塊中的超快整流器提供低VF性能和高溫能力?？膳渲玫姆庋b平臺采用大功率直接鍵合銅(DBC)基板技術(shù)及專有的壓合(press-fit)引腳，可以提供更高的功率密度、更高的性能與更高的可靠性。
我們對安森美半導(dǎo)體的IGBT PIM模塊和競爭對手的IGBT模塊進行了能效對比測試，它們被評估用于一個7千瓦的T型逆變器應(yīng)用，工作于15千赫、200 V交流電壓和650伏直流鏈電壓。結(jié)果表明，安森美半導(dǎo)體的IGBT PIM模塊能效和熱性能都要優(yōu)于競爭器件。
用于白家電的IGBT
1. 功率因數(shù)校正(PFC) 類應(yīng)用
PFC類的IGBT主要用于工業(yè)、空調(diào)等應(yīng)用，工作頻率在20至40 kHz，峰值電流在20 A至 40 A，要求低噪聲、低開關(guān)損耗。
同等工作條件下，IPM結(jié)構(gòu)比分立的PFC結(jié)構(gòu)提供更高的工作頻率，且由于其將升壓線圈布設(shè)在電路板上，從而減小磁芯尺寸，進而降低組裝成本。在220 V交流電壓，4 kW工作頻率下，無橋交錯式PFC的系統(tǒng)總損耗還較分立的升壓PFC降低38%。
表1：安森美半導(dǎo)體用于PFC類白家電的IGBT陣容
2. 逆變器類應(yīng)用
這類應(yīng)用主要包括冰箱、洗衣機、洗碗機等，工作頻率在5至20 kHz，峰值電流在3至15 A，要求低功耗、高可靠性，若需降低成本，可轉(zhuǎn)向采用分立的IGBT。
例如，對于用于冰箱的逆變器，安森美半導(dǎo)體提供600 V NGTB03N60R2DT4G、NGTB05N60R2DT4G、NGTB10N60R2DT4G，采用緊湊的DPAK封裝，提供低飽和電壓VCE(sat)，能承受達5 μs的短路，散熱性極佳，有助于設(shè)計人員采用緊湊的PCB和實現(xiàn)高能效。
對于用于洗衣機、電鋸的逆變器或電機，安森美半導(dǎo)體提供采用DPAK封裝的NGTB10N60R2DT4G、采用TO-220F-3FS封裝的NGTB10N60FG和NGTB15N60R2FG，這些IGBT具有低VCE(sat)和高速開關(guān)性能，能承受達5 μs的短路，無需隔離器件，提供高能效。
3. 感應(yīng)加熱類應(yīng)用
感應(yīng)加熱類應(yīng)用分為兩種拓撲結(jié)構(gòu)：單端式和半橋式。單端式結(jié)構(gòu)簡單，主要用于電飯煲、微波爐等低成本應(yīng)用，需要IGBT、電容及電感等高壓器件，最大功率不超過2 kW，通過電壓諧振實現(xiàn)軟開關(guān)，采用高BVces的IGBT，最好具有快速開關(guān)性能，電壓范圍在1000至1,500 V，電流在15至30 A；半橋式拓撲主要用于頻率超過2 kW 的高功率應(yīng)用如電磁爐爐面，需要2個IGBT和隔離的門極驅(qū)動器，通過電流諧振實現(xiàn)軟開關(guān)，采用高額定電流的IGBT，最好具有低VCE(sat)，電壓范圍在600至650 V，電流在40至60 A。
圖3：單端拓撲(左)和半橋拓撲(右)
表2：安森美半導(dǎo)體用于感應(yīng)加熱類白家電的IGBT陣容
總結(jié)
安森美半導(dǎo)體是領(lǐng)先的IGBT供應(yīng)商，具備先進的IGBT技術(shù)和寬廣的IGBT陣容，提供從600 V到1500 V、涵蓋平面型和溝槽型、FS到FS4的高性能IGBT和IGBT PIM。公司專有的溝槽場截止技術(shù)和封裝優(yōu)勢，完美地平衡開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，能滿足各類應(yīng)用和不同客戶的需求。