人類社會的進步離不開社會上各行各業(yè)的努力,各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開我們的設計者的努力,其實很多人并不會去了解電子產(chǎn)品的組成,比如功率半導體器件。近年來,萬物互聯(lián)的呼聲越來越高,以汽車、高鐵為代表的交通工具,以光伏、風電為代表的新能源領域,以手機為代表的通信設備,以電視機、洗衣機、空調、冰箱為代表的消費級產(chǎn)品,都在不斷提高電子化水平,其中又以新能源汽車的高度電子化最為引人注目;與此同時,工業(yè)、電網(wǎng)等傳統(tǒng)行業(yè)也在加速電子化進程。
幾乎全行業(yè)的電子化發(fā)展,勢必大大增加了對功率半導體器件的需求。目前全球的功率半導體器件主要由歐洲、美國、日本三個國家和地區(qū)提供,他們憑借先進的技術和生產(chǎn)制造工藝,以及領先的品質管理體系,大約占據(jù)了全球70%的市場份額。而在需求端,全球約有39%的功率半導體器件產(chǎn)能被中國大陸所消耗,是全球最大的需求大國,但其自給率卻僅有10%,嚴重依賴進口。
電力電子器件(Power Electronic Device),又稱為功率半導體器件,用于電能變換和電能控制電路中的大功率(通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安,電壓為數(shù)百伏以上)電子器件??梢苑譃榘肟匦推骷?、全控型器件和不可控型器件,其中晶閘管為半控型器件,承受電壓和電流容量在所有器件中最高;電力二極管為不可控器件,結構和原理簡單,工作可靠;還可以分為電壓驅動型器件和電流驅動型器件,其中GTO、GTR為電流驅動型器件,IGBT、電力MOSFET為電壓驅動型器件。
概括來說,功率半導體器件主要有功率模組、功率集成電路(即PowerIC,簡寫為PIC,又稱為功率IC)和分立器件三大類;其中,功率模組是將多個分立功率半導體器件進行模塊化封裝;功率IC對應將分立功率半導體器件與驅動/控制/保護/接口/監(jiān)測等外圍電路集成;而分立功率半導體器件則是功率模塊與功率IC的關鍵。
1. MCT(MOSControlledThyristor):MOS控制晶閘管:MCT是新型的MOS和雙極復合器件。 MCT結合了MOSFET的高阻抗,低驅動功率和快速開關速度的特性,以及晶閘管的高電壓和高電流特性,形成了一個高功率,高電壓,快速而完整的控制裝置。本質上,MCT是MOS門控晶閘管。它可以在門上添加一個窄脈沖以將其打開或關閉,它由無數(shù)個并聯(lián)的單位單元組成。
2. IGCT(IntergratedGateCommutatedThyristors):IGCT是在晶閘管技術與IGBT和GTO技術相結合的基礎上開發(fā)的一種新型器件。它適用于高壓和大容量的變頻系統(tǒng)。它是用于巨型電力電子設備的新型功率半導體。
3. IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)電子注入增強型柵極晶體管:IEGT是IGBT系列功率電子器件,耐壓超過4kV。通過采用增強的注入結構以實現(xiàn)低導通電壓,大容量功率電子器件實現(xiàn)了飛躍式發(fā)展。 IEGT作為MOS系列電力電子設備具有潛在的發(fā)展前景。它具有低損耗,高速運行,高耐壓和智能有源柵極驅動的特性,以及利用溝槽結構和多芯片并聯(lián)和自流共享特性。它有潛力進一步擴大現(xiàn)有能力。此外,可以通過模塊包裝提供許多衍生產(chǎn)品,預計將在大中型變頻器應用中使用。
4. IPEM(IntergratedPowerElactronicsModules):集成式電力電子模塊:IPEM是一個集成了電力電子設備許多組件的模塊。首先將半導體器件MOSFET,IGBT或MCT以及二極管芯片封裝起來,以構成構件單元,然后將這些構件單元堆疊在開孔高電導率絕緣陶瓷基板上,然后是銅基板,氧化鈹陶瓷片和散熱器。在積木單元的上部,通過表面安裝將控制電路,柵極驅動器,電流和溫度傳感器以及保護電路集成在一個薄絕緣層上。 IPEM實現(xiàn)了電力電子技術的智能化和模塊化,大大降低了電路布線的電感,系統(tǒng)噪聲和寄生振蕩,并提高了系統(tǒng)效率和可靠性。
5. PEBB(PowerElectric Building Block):功率電子模塊PEBB(PowerElectric Building Block)是基于IPEM開發(fā)的可以處理電能集成的設備或模塊。 PEBB不是特定的半導體器件,它是根據(jù)最佳電路結構和系統(tǒng)結構設計的不同器件和技術的集成。盡管它看起來很像功率半導體模塊,但PEBB不僅包括功率半導體器件,還包括柵極驅動電路,電平轉換器,傳感器,保護電路,電源和無源器件。





