相信做过电力电子,对IGBT等功率管应该不陌生,这种器件广泛应用关于变频器,电源,逆变器,新能源行业等。 前几天朋友拿来一套西门子伺服电机功率模块,没有输出,红色故障灯常亮,这种一般要么就是IGBT驱动有问题,要么就是功率管IGBT有问题,下图可看出,IGBT已经断裂,正常情况下,这一层是打不开的。 打开一看,IGBT已经烧断,跟连接片完全断裂 ? 下图就是IGBT,用的是塞米控的13AC126V1 ? 塞米控这个型号的IGBT参数如下 ? IGBT的安装位置, ? 烧毁的IGBT内部 ? 下图银白色焊点部分是顶着IGBT的触点的。 ? ? 找到问题后,购买新的IGBT和导热硅脂,清洁原有安装的部分,涂抹导热硅脂,安装IGBT,带一切正常后,可以接通电源,实验正常。 证明修复成功,有兴趣的可以下去搜搜IGBT的资料和驱动实现。
一、引言IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为电力电子领域的核心器件,广泛应用于新能源汽车、智能电网等关键领域。短路失效是 IGBT 最严重的失效模式之一,会导致系统瘫痪甚至安全事故。 研究发现,IGBT 芯片表面平整度与短路失效存在密切关联,探究两者的作用机理对提升 IGBT 可靠性具有重要意义。 二、IGBT 结构与短路失效危害IGBT 由双极型晶体管和 MOSFET 组合而成,其芯片表面通常包含栅极氧化层、源极金属层等多层结构。 实验数据表明,表面平整度差的 IGBT 在短路时的结温上升速率比正常芯片快 15%-20%。 扫描电镜观察发现,失效 IGBT 芯片的裂纹多起源于表面不平整区域。
由于 IGBT 模块长期工作在高电压(数百至数千伏)、大电流(数十至数百安)、剧烈温变(-40℃~150℃)环境中,易出现栅极氧化层失效、芯片热疲劳、封装开裂等故障,因此IGBT 模块测试座作为 “模块与测试系统的桥梁 IGBT 模块关键测试项与IC测试座的技术支撑IGBT 模块的测试需覆盖 “静态参数、动态参数、热性能、可靠性、安全性能” 五大维度,测试座的设计直接决定各测试项的精度、效率与安全性。 (二)典型行业应用案例新能源汽车电机控制器 IGBT 测试项目(某头部车企)需求:对 EconDUAL 封装 1200V/400A IGBT 模块进行批量测试,需覆盖静态、动态、热性能测试,单日测试量> 轨道交通引变流器 IGBT 测试项目(某轨交企业)需求:对 PressPACK 封装 3300V/1200A IGBT 模块进行高压绝缘与短路测试,绝缘耐压>5kV,短路电流 1500A/1ms;谷易方案 IGBT 模块作为功率电子系统的 “能量核心”,其性能与可靠性直接决定下游设备的安全与效率,而IGBT 模块测试座作为测试环节的 “关键接口”,需同步适配 “大电流、高电压、高频、宽温” 等复杂需求。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)因为其在功率控制和变频应用中的卓越表现,逐渐成为了重要的功率器件。尤其在国产化进程加速的背景下,国产IGBT模块凭借其独特的性能和应用潜力受到了广泛关注。 一、国产IGBT模块的特点1. 优异的电性能国产IGBT模块近年来在电性能上取得了显著的进步。其主要特点包括低导通损耗、高开关速度和良好的热性能。 二、国产IGBT模块的应用领域1. 工业自动化在工业自动化领域,IGBT模块被广泛应用于各类变频器中,用于控制电机的速度和扭矩。在这种应用场合,IGBT模块的高效率和快速响应特性显得尤为重要。2. 电动汽车在电动汽车领域,IGBT模块被广泛应用于电驱动系统,用以控制电动机功率输出和电池充放电过程。高效可靠的IGBT模块是提升电动汽车性能和续航里程的关键技术。三、IGBT模块的封装与测试1. 两者结合,可以确保IGBT模块出厂前的最高质量控制。四、IGBT模块测试座的关键应用IGBT模块的测试离不开专业的测试座。
在电路设计中,MOS管和IGBT管会经常出现,它们都可以作为开关元件来使用,MOS管和IGBT管在外形及特性参数也比较相似,那为什么有些电路用MOS管?而有些电路用IGBT管? 判断IGBT内部是否有体二极管也并不困难,可以用万用表测量IGBT的C极和E极,如果IGBT是好的,C、E两极测得电阻值无穷大,则说明IGBT没有体二极管。 IGBT非常适合应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 MOS管和IGBT的结构特点 MOS管和IGBT管的内部结构如下图所示。 IGBT的理想等效电路如下图所示,IGBT实际就是MOSFET和晶体管三极管的组合,MOSFET存在导通电阻高的缺点,但IGBT克服了这一缺点,在高压时IGBT仍具有较低的导通电阻。 另外,相似功率容量的IGBT和MOSFET,IGBT的速度可能会慢于MOSFET,因为IGBT存在关断拖尾时间,由于IGBT关断拖尾时间长,死区时间也要加长,从而会影响开关频率。
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为电力电子系统中的关键器件,其可靠性至关重要。IGBT 在工作时会产生大量热量,需通过散热器有效散热,以维持正常工作温度。 而 IGBT 封装底部与散热器贴合面的平整度,对散热效果有显著影响,进而可能关联到 IGBT 的短路失效机理。IGBT 工作时,电流通过芯片产生焦耳热,若热量不能及时散发,将导致芯片温度升高。 良好的散热可使 IGBT 保持在适宜工作温度,确保性能稳定。IGBT 封装底部与散热器贴合面平整度差时,二者间会形成空气间隙。 空气的热导率远低于金属材料,这些间隙如同热阻,阻碍热量从 IGBT 传递到散热器,致使 IGBT 局部温度过高。当 IGBT 因贴合面平整度差出现局部过热,可能引发一系列问题,与短路失效机理紧密相关。 另一方面,温度升高还会影响 IGBT 的电气参数。例如,高温可能使 IGBT 的阈值电压降低,导致其更容易导通。当温度超过一定阈值,IGBT 内部的寄生晶闸管可能被触发,产生擎住效应。
IGBT 作为功率半导体器件,其封装结构的机械可靠性对器件性能至关重要。 IGBT 封装底部与散热器贴合面的平整度是影响封装机械应力分布的关键因素,当贴合面存在平整度差时,会通过封装结构的力学传递使 IGBT 芯片承受不均匀的机械应力,进而对器件的电性能和可靠性产生潜在影响。 不均匀机械应力对 IGBT 芯片的影响体现在多个层面。在材料微观结构上,应力会导致硅晶体的晶格常数发生变化,进而影响载流子的迁移率和寿命。 在 IGBT 开关过程中,由于电流突变产生的电磁力会与机械应力耦合,使芯片受到动态载荷,加速界面失效进程。 在 IGBT 模块的实际应用中,贴合面平整度差引发的不均匀机械应力往往与热应力、电应力相互作用。
IGBT 作为电力电子系统的核心器件,其内部电场分布的均匀性直接影响器件的可靠性与工作寿命。 IGBT 封装底部与散热器贴合面的平整度是散热系统的关键参数,当该贴合面存在平整度差时,不仅会影响散热效率,还可能通过热 - 电耦合效应改变 IGBT 内部的电场分布,进而引发潜在的失效风险。 当 IGBT 工作时,芯片产生的焦耳热通过封装底部传递至散热器的过程中,会因空气间隙的非均匀分布导致热量堆积位置出现差异,进而在 IGBT 内部形成非均匀的温度场。 这种非均匀电场分布会使 IGBT 芯片内部的电场集中于特定区域,如 pn 结边缘或氧化层界面处,增加局部电场强度超过材料击穿阈值的风险。 在 IGBT 的阻断状态下,电场分布不均匀会直接影响器件的耐压能力。
功率分立器件的演进路径基本为二极管→晶闸管→MOSFET→IGBT,其中IGBT 是功率半导体新一代中的典型产品。 全球前五大 IGBT 厂商(英飞凌、三菱、富士电机、安森美、瑞士 ABB)的份额超过 70%;国内企业目前的市场份额普遍偏小,IGBT 多以 IGBT 模块形式出现,目前国内 IGBT 模块进入全球前 2 确定高增:未来五年 IGBT 高景气驱动因素 IGBT 占新能源车成本近 8%,且是纯增量产品 IGBT 在电动车领域主要应用分三类: 1)电控系统:IGBT 模块将直流变交流后驱动汽车电机(电控模块 66 亿美金,相当于再造一个 IGBT 市场(2019 年全球总的 IGBT 在 60 亿美金量级)。 白色家电的变频驱动 IGBT 持续成长。IGBT 是“变频器”的核心部件之一,变频白色家电的推广可以为 IGBT 的 IPM 带来稳定的市场。
IGBT是变频器中非常重要的功率器件,这段时间给大家推送了多篇变频器拆解,设计的文章,而功率器件的好坏是检测中非常重要的一环,那么如何用万用表检测呢,我们以英飞凌的FP15R12KT3为例来说明,这也是上篇文章中博世小功率变频器中使用的一颗功率模块 可以看到仍然在0.46附近,六次测量结果基本一致,基本可以判定IGBT为好的,如果不放心还可以测量G,C,E端的电阻。此方法可以简便测量IGBT的好坏,为了给大家拍照,我也是拼了,用螺丝刀压的表笔。 另外还要注意散热的处理,IGBT背面,如下图需要涂上导热硅脂,和散热片粘合,进行散热处理。 ? ?
近日,浙江晶能微电子有限公司宣布,其自主设计研发的首款车规级IGBT产品成功流片。新款芯片各项参数均达到设计要求。 此次突破标志着晶能在IGBT技术上迈出一个“芯”的里程碑,为后续更多功率芯片的研制打下基础。 △晶能自主研发IGBT流片晶圆 该款IGBT芯片采用第七代微沟槽栅和场截止技术,通过优化表面结构和FS结构,兼具短路耐受同时实现更低的导通/开关损耗,功率密度增大约35%,综合性能指标达到行业领先水平。 △晶能自主研发IGBT HP Drive模块 IGBT是现代电力电子中的主导型器件,被誉为电力电子行业里的CPU,是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品。 近期,也有行业开发者讨论将Si IGBT和SiC MOS封装在一起,形成混合并联模块的解决方案。未来,功率芯片和模块的创新应用场景会更加丰富。
12月22日消息,据路透社近日报道,闻泰科技旗下功率半导体大厂安世半导体(Nexperia)中国公司已经锁定本地企业的晶圆供应,以覆盖其2026年对于IGBT产品制造所需的全部生产。 报道称,中国安世的这一举措将使这两个月前宣布独立于荷兰安世管理层的中国工厂能够继续制造绝缘栅双极晶体管(IGBT)功率芯片和模块,这些开关用于调节电动汽车和工业设备的电流。 鼎泰匠芯将向中国安世提供12英寸汽车级IGBT晶圆,其上海生产基地目前每月有能力生产3万片晶圆。 除了鼎泰匠芯,安世中国还将从上海GAT半导体(Shanghai GAT Semiconductor,原文如此),以及芯联集成(United Nova Technology)采购8英寸IGBT晶圆。 安世半导体表示,IGBT产品在2024年占整个安世半导体的总收入的约0.1%。 中国安世尚未立即回应置评请求。
3月20日消息,据中国台湾媒体报道,在半导体市场需求下滑之际,IGBT(绝缘栅双极型晶体管)依然是大缺货,并且价格还在上涨。 报道称,IGBT供不应求、价格上涨的主要原因是现阶段供应量有限,并且太阳能电厂的疯狂建设所需的逆变器对IGBT需求庞大,再加上电动汽车也需要IGBT,各大车厂频频出手抢购,也加剧了IGBT的供不应求。 随着新能源车兴起,对高电压需求大增,IGBT成为产业发展焦点,一辆电动车使用的IGBT数量高达上百颗,是传统燃油车的七到十倍。 至于IGBT用在太阳能领域,则是搭在逆变器当中。 报道称,汉磊掌握由IGBT龙头大厂英飞凌的大单,日前传出调涨代工报价一成。足见IGBT需求之旺盛。 编辑:芯智讯-浪客剑
据报道,IGBT陷入大缺货,缺货问题至少在2024年中前难以解决。此前有消息称,部分厂商IGBT产线代工价上涨10%。这究竟是什么原因导致的呢?一、IGBT是什么?首先,我们先来认识一下IGBT。 当UCE为负值时,IGBT呈反向阻断状态。IGBT的开关速度受到BJT的载流子复合时间的影响,因此IGBT一般适用于中低频率的开关应用。二、IGBT为什么全球缺货? 而IGBT是新能源汽车中不可或缺的核心元件之一,一辆电动汽车需要使用上百颗IGBT,是传统燃油车的7到10倍。因此,新能源汽车的需求直接推动了IGBT的需求增长。二是太阳能光伏的普及。 可以说,IGBT的技术突破为新能源汽车、太阳能光伏等行业的发展奠定了基础,整体行业的高速发展又将带动IGBT技术持续进步。三、当下IGBT发展到哪一步了? 四、IGBT下一个机遇点在哪里?IGBT的未来机遇主要来自于新能源发电和储能的快速发展,随着“双碳”目标的提出,光伏、风电及电化学储能(光风储)的需求将持续增长,带动IGBT市场规模扩大。
因此,IGBT芯片对于电动车而言不可或缺。2018年以来,新能源汽车高速发展,给IGBT芯片乃至整个汽车半导体产业带来了新的历史机遇。 在新能源汽车的成本结构中,IGBT占据着5%-10%的比例,仅次于动力电池。以单车成本15万计算,IGBT价值在7500-15000元。 因此,IGBT市场前景广阔。 机构预计2020年全球IGBT市场空间接近百亿元,到2025年国内新能源汽车IGBT市场空间1050亿元左右。 庞大的市场空间,让IGBT芯片成了新能源汽车供应链上的一块新蛋糕。 比亚迪最新的IGBT 4.0技术对外宣布于2018年12月,是国内车规级IGBT产业的重大突破。 “以全新一代唐为例,在其他条件不变的情况下,采用比亚迪的IGBT4.0,较采用当前市场主流的IGBT,百公里电耗少约3%。”据陈刚介绍说。
IGBT 最后,我们有IGBT,这是驱动输出的最后一步:直流到交流转换器和我们的 PWM 输出。 我们知道,最后一步会将直流电转换为交流电,作为脉冲宽度调制输出。 要了解 IGBT 在 VFD 中的功能,了解 IGBT 如何单独工作非常重要。 IGBT是如何工作的? 让我们仔细看看典型的 IGBT:端子(引脚)代表栅极、集电极和发射极。 电流沿着由集电极和发射极组成的电导路径流动,而栅极控制器件。 这是它的电气绘图表示。 IGBT 的行为类似于开关。 脉宽调制信号 现在我们已经了解了我们的 IGBT 是如何工作的,让我们回到 IGBT 在 VFD 中的应用,让我们将我们的 IGBT 表示为接触开关,以便更简单地理解。 现在过滤的直流电可以通过IGBT再次转换为交流电,其作用类似于开关,允许以脉宽调制输出的形式控制信号的相位和频率。
▲ 全球功率半导体分立器厂商销售份额占比 从器件种类来看,以硅基功率MOSFET和IGBT为代表的场控型器件是国际功率半导体分立器件市场的主力军,其中IGBT器件的年平均增长率超过30%,远高于其它种类器件 芯片已研发成功,并进入量产阶段;IGBT模块的封装技术也上了一个大台阶,采用国产芯片的600V、1200V、1700V、3300V/200~3600A 的 IGBT 模块已经实现量产,采用国产芯片的4500V 、6500V/600~1200A 的 IGBT 模块进入小批量的量产阶段。 国产品牌IGBT 芯片和模块已经形成与国际品牌竞争的态势。 轨道交通市场:每台高铁电力机车需要500个IGBT模块,动车组需要超过100个IGBT模块,一节地铁需要50~80个IGBT模块,轨道交通的高速发展对IGBT等功率器件有着极大的需求。
融资拆分破除内部屏障 近日,知名IGBT车规级厂商比亚迪半导体,就此前接受新加坡政府投资公司的投资调研发布了公告。 据2019年的IGBT市场数据显示,2019年英飞凌为国内电动乘用车市场供应62.8万套IGBT模块,市占率达到58%,占据了超过半数的国内IGBT模块市场,同年比亚迪在中国共配套约19.4万套车规级IGBT 随着国产化的加速,未来比亚迪半导体在IGBT市场的市场份额,有望得到进一步提升。 除了IGBT模块之外,国内汽车半导体市场的其他模块,也存在明显的替代空间。 相比较之下,比亚迪半导体的IGBT4.0(国际上的第五代),仍稍显落后。 另外,国际排名前20的安世半导体,也是国内汽车芯片领域的重量级玩家。 这也意味着在很长的一段时间之内,老牌汽车芯片巨头在汽车的主控芯片(ECU、IGBT等)领域的领先地位,仍很难被取代。
2、IGBT驱动 IGBT常被用于中大功率数字电源开发,其驱动电压范围为-15~15V。 IGBT驱动电路分为正压驱动和负压驱动,两者的区别在于关断时的门极电位。 1)东芝TLP250芯片 在低性能的三相电压源或逆变器中,会通过监测直流母线电流来实现电流控制,检测结果可以用于IGBT的过流保护。在这类电路中,对IGBT驱动电路的要求相对简单。 TLP250内置光耦合器,其隔离电压可达2500V,上升和下降时间均小于0.5us,输出电流达0.5A,可直接驱动50A/1200V以内的IGBT。 驱动器体积小,价格便宜,是不带过电流保护的IGBT驱动芯片中的理想选择。 2)英飞凌1ED020I12-F2芯片 英飞凌公司的1ED020I12F2是一款电流隔离单路IGBT驱动芯片,芯片输出电流典型值为2A,可用于600V/1200V IGBT驱动。
公司自创业初期就专注于以IGBT为主的功率半导体芯片及模块的设计研发和生产,主要从事IGBT芯片和FRD芯片的设计和工艺及IGBT模块的设计、制造和测试,是唯一跻身全球IGBT模块市场前十的国内企业。 公司的IGBT模块型号齐全,在工业控制及自动化、新能源汽车、光伏发电、风能发电等诸多领域都有广泛应用。 时代电气:公司是国内轨道交通装备龙头企业,具备从器件到整机的完整产业布局。 目前公司正在建设的8英寸车规级IGBT生产线进展顺利,设计晶圆产能24万片/年,满产预计将能够满足240万辆新能源车(单电机)的IGBT模块需求。 此外,随着光伏、海上风电等领域投资的持续推进,IGBT应用也会增加,公司也会充分受益。 新洁能:公司成立于2013年,2020年在上交所主板上市。