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摘要：绝缘栅双极晶体管

是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管合成的

复合型全控型电压驱动式功率半导体器件

,

具有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗

与双极型三极管的低导通压降、以与驱动电路简单、安全工作区宽等优点

,

作为

电力电子系统的核心开关器件

, IGBT 

起了不可取代的关键的作用

.

本文主要针

对

 IGBT 

的发展历程和国内外技术现状、阐述了一些先进的芯片技术和新结构、

新材料与模块封装技术

.

描述了

 IGBT 

芯片和模块的发展方向

. 

1.

引

言

全球能源危机与气候变暖的威胁使人们在追求经济发展的同时越来越重视

绿色环保

,

节能减排

.

电力电子是节能减排的王牌技术

,

从电能产生、电能传

输、电能使用到电能管理

,

渗透到工业、交通、通信、能源等各个领域

,

发挥着

举足轻重的作用

.

电力电子器件是电力电子装置和系统的

"

绿色的芯

". 

目前我国

新

型的电力电子器件主要代表是

 IGBT

、

VDMOS 

和

 FRED 

等高频器件

,

而新材料

的电力电子器件的主要代表是

 SiC 

与

 GaN 

器件

.

本文重点针对

 IGBT 

发展历史、

现状、新结构、新材料与其新封装技术做一

些阐述

. 

2.IGBT 

是节能减排的王牌器件

作为新型高频大功率电力半导体器件代表的

 IGBT 

自

 1982 

年问世以来

,

在

国民经济的各行各业得到的广泛的应用：如工业领域中的机电变频调速、逆变

焊机、各种开关电源等

;

家用电器中的变频空调、洗衣机和电

冰箱等

;

交通领域

的动车、轻轨和地铁等

;

新能源领域中的光伏逆变、风能变流和电动汽车等

;

还

包括医学、智能电网、航天航空与军事领域

.

仅以汽车引擎系统、

机电的调速

驱动和节能灯电子镇流器为例

,

在过去的

 20 

年时间内

,

由于在这些电力电子装备

中采用了

 IGBT 

器件

,

如表

 1 

所示

,

为美国用户累计节省了

 2.7 

万

亿美元

,

减少了

35 

万亿磅的二氧化碳排放

;

如表

 2 

所示

,

为全球客户累计节省了

 15.8 

万亿美元

和减少了

 78 

万亿磅的二氧化碳排放

[1].

可见

,IGBT 

器

件对节能减排做出的巨

大贡献

,

对世界经济的可持续发展的产生了巨大而深远的影响

. 

3. IGBT 

的发展历史与国内外现状

3.1 IGBT 

的发展历史

IGBT

即绝缘栅双极晶体管

,

是一种

复合了

 BJT 

优点的功率

MOS 

型器件

,

它既具有功率

 MOSFET 

的高速开关和电压驱

动特性

,

又兼具有双

极型晶体管的低饱和压降特性与承载较大电流能力的特点

, 

且具有高耐压能力

.

由于其优良的综合性能

, 

自问世以来

,

引起了世界许多半导体

厂家和研究者的重视

, 

国际上各大半导体公司都投入巨资开辟

 IGBT 

器件

. 

自

IGBT 

研制成功以来

,

随着工艺技术不断改进和提高

,

电性能参数和可靠性日益完

善

. 

以英飞凌公司

 IGBT 

为例

,

回顾

 IGBT 

芯片发展轨迹

,

如图

 1 

所示

.