Техническое состояние и характеристики мощного чипа IGBT

В этом документе, соответственно, о структуре чипа IGBT, структуре области коллектора на задней и передней MOS-структуре, система анализирует текущую ситуацию с технологией и характеристики мощного чипа IGBT, с двух аспектов сварки чипа и комплексного соединения электродов. Представлена ​​технология инкапсуляции модуля IGBT, а новая структура, новая технология и технология новых материалов, три аспекта анализируют технологию IGBT как направление развития будущего.

Биполярный транзистор с изолированным затвором (биполярный транзистор с изолированным затвором, IGBT) представляет собой металлооксидный полевой транзистор (MOSFET) и биполярный транзистор (биполярный), разработанный на основе нового типа композитного силового устройства с функциями МОП-входа и биполярного транзистора. выход.

IGBT обладает преимуществами низкого падения напряжения, высокой плотности тока, высокого сопротивления напряжению и малой мощности привода MOSFET, быстрой скорости переключения, высокого входного сопротивления и хорошей термической стабильности.

Являясь основным устройством силового электронного преобразователя, он закладывает основу для высокой частоты, миниатюризации, высокой производительности и высокой надежности прикладного устройства.

С момента коммерческого применения IGBT, как основного типа новых силовых полупроводниковых приборов, IGBT занимает важную позицию в диапазоне частот применения 1–100 кГц, с диапазоном напряжения 600–6500 В и диапазоном тока 1–3600 А. (модуль 140мм х 190мм).

IGBT широко используется в отраслях 4C (коммуникации, компьютеры, бытовая электроника, автомобильная электроника), аэрокосмической, оборонной и других традиционных отраслях, а также в железнодорожном транспорте, новой энергетике, интеллектуальных сетях, транспортных средствах на новой энергии и других стратегических развивающихся отраслях.

Использование IGBT для преобразования энергии может повысить эффективность и качество использования электроэнергии, а также обладает характеристиками высокой эффективности, энергосбережения и защиты окружающей среды.Это ключевая вспомогательная технология для решения проблемы нехватки энергии и сокращения выбросов углекислого газа.Поэтому его называют «процессором» преобразователей энергии и «ядром зеленой экономики».

В долгосрочном будущем IGBT будет играть более важную роль в удовлетворении стратегических потребностей глобального сокращения выбросов CO2 и станет важной опорой энергосберегающих технологий и низкоуглеродной экономики.

В настоящее время мировые компании, производящие мощные полупроводники, ведут бум исследований и разработок IGBT, исследования и технологические инновации все более ускоряются, производители чипов IGBT и производители - Infineon, ABB, Mitsubishi Electric, Dynex (Китайский южный автомобиль,

CSR), IXYS Corporation, International Rectifier, Powerex, Philips, Motorola, Fuji Electric, Hitachi, Toshiba и т. д., в основном сосредоточены в Европе, Америке, Японии и других странах.

По ряду причин, хотя отечественные исследования и разработки технологий IGBT начались рано, но прогресс идет медленно, особенно в том, что индустриализация IGBT все еще находится на начальной стадии, поскольку это крупнейший в мире рынок приложений IGBT, модуль IGBT в основном зависит от импорта.

В последние годы, под руководством и организацией национальной макрополитики, отечественные предприятия через различные каналы в чипах, модулях и других областях IGBT добились большого прогресса, британская полупроводниковая компания Dynex CSR посредством слияний и поглощений в полной мере использует европейские богатые технические ресурсы, создание зарубежного научно-исследовательского центра по производству силовых полупроводников, быстрое освоение передовых конструкций IGBT-чипов с напряжением от 1200 до 6500 В, процесс производства и технология инкапсуляции модулей, а также в Чжучжоу строительство современной производственной линии по производству 8-дюймовых IGBT-чипов.

Чип IGBT будет запущен в массовое производство в начале 2014 года.

Вакуумная эвтектическая печь IGBT производства компании ФАКЕЛ , питает заводы по производству IGBT и добавляет кирпичи и раствор в продукцию IGBT, произведенную в Китае с использованием профессиональных технологий и технологий.

Что касается технологии упаковки модулей, Китай в основном освоил традиционную технологию сварки упаковки, среди которой есть много производителей упаковки модулей IGBT среднего и низкого напряжения, в то время как упаковка модулей IGBT высокого напряжения в основном ориентирована на CSR и CNR.

Технологический разрыв сохраняется за иностранными компаниями.

Основываясь на традиционной технологии упаковки, иностранные компании разработали множество передовых технологий упаковки, которые могут значительно улучшить плотность мощности, характеристики рассеивания тепла и долгосрочную надежность модуля, и первоначально реализовали коммерческое применение.

ФАКЕЛ Технология вакуумной упаковки товарища IGBT прошла в BYD и других крупных компаниях IGBT процедуру долгосрочной проверки.

2 технический статус

2.1 Технология чипов IGBT

Чип IGBT (вакуумная эвтектическая печь) структурно состоит из десятков тысяч ячеек (повторяющихся единиц) и изготавливается по технологии LSI и технологии силовых устройств [2].

Структура каждой ячейки показана на рисунке 2 ниже, которую можно разделить на три части: структуру корпуса, структуру передней МОП-структуры и структуру области заднего коллектора.

Разработка технологии проектирования объемной структуры для коммерческих IGBT прошла через процесс от сквозной перфорации (PT) к неперфорированной (NPT), а затем к мягкой сквозной перфорации (SPT), как показано на рисунке 3 [3].

До сквозной структуры объемная структура IGBT представляла собой несквозную структуру, основанную на процессе диффузии толстых пластин, и эффективность инжекции обратного отверстия была очень высокой.Из-за паразитной тиристорной структуры внутри устройства IGBT был склонен к замыканию при работе, поэтому его было трудно реализовать в коммерческих целях.

С развитием эпитаксиальной технологии был введен буферный слой n-типа для формирования проникающей структуры, что снизило эффективность инжекции отверстий сзади и реализовало серийное применение.Однако из-за особенностей эпитаксиальной технологии разработка высоковольтных IGBT была ограничена, и их максимальный уровень напряжения составлял 1700 В.

С развитием технологии зональных тонких пластин, IGBT с несквозной структурой на основе подложек n-типа способствует постоянному улучшению уровня напряжения, а IGBT имеет положительный температурный коэффициент за счет технологии управления эффективностью впрыска отверстий, которая может лучше реализовать параллельную работу. приложение и улучшить уровень мощности приложения.

С увеличением уровня напряжения толщина подложки чипа также быстро увеличивается, что в конечном итоге приводит к увеличению перепада давления в состоянии, чтобы оптимизировать состояние перепада давления и давления, в исторический момент возникает связь между локальной сквозной структурой, ABB называется Soft Сквозное (Soft Punch Through, SPT) [4], infineon называют электрическим полем (Field Stop, FS) [5], mitsubishi называют слабым сквозным (Light Punch Through, LPT) [6].

IXYS называет его «чрезвычайно легким сквозным пробитием» (XPT), а также другими названиями, такими как «тонкий сквозной сквозной удар» (TPT) и контролируемый сквозной сквозной удар (CPT)[7].

При одинаковом сопротивлении давлению толщина мягкой проходной конструкции на 30% меньше толщины непроходной конструкции, при этом сохраняется положительный температурный коэффициент непроходной конструкции.

В последние годы различные усовершенствованные технологии и технологии ультратонких чипов основаны на сквозной мягкой структуре корпуса.В настоящее время толщина сквозного чипа IGBT с напряжением 600 В может достигать 70 мкм.

Коллекторная структура IGBT влияет на коэффициент усиления PNP-транзистора и оказывает важное влияние на прямое падение напряжения и потери при выключении.

Ранний IGBT проникающего типа имел большую глубину перехода в области коллектора и большую эффективность инжекции дырок, что было склонно к эффекту защелки.Таким образом, для контроля эффективности закачки в заднюю скважину необходимо использовать технологию местного контроля срока службы, но отрицательный температурный коэффициент падения давления проводимости возникает на поверхности, что не способствует параллельному применению.

Более поздний непроникающий IGBT с прозрачной структурой коллектора.

Инжекция в отверстие контролируется, локальный контроль ресурса устраняется, и реализуется положительный температурный коэффициент падения давления проводимости.Эта конструктивная технология используется по сей день и была оптимизирована для улучшения скорости отключения и характеристик рабочей зоны, безопасной при коротком замыкании.

Ввиду сложности обработки чипов напряжением менее 1200В из-за толщины чипа предложена структура «внутренний прозрачный коллектор», в которой ИСПОЛЬЗУЕТСЯ метод имплантации ионов гелия и эпитаксии, чтобы избежать ультратонкости чипа. технология обработки для формирования прозрачного коллектора.

Конструкция коллектора также оказывает важное влияние на характеристики безопасной рабочей зоны, особенно рабочей зоны, защищенной от короткого замыкания.Для применений с особыми требованиями к характеристикам рабочей зоны, безопасной при коротком замыкании, компромисс между потерями отключения и концентрацией легирования области коллектора и эффективностью инжекции буферного слоя может быть достигнут путем контроля и оптимизации концентрации легирования площадь коллектора и эффективность инжекции буферного слоя.

Передняя МОП-структура IGBT включает в себя области затвора и эмиттера.

Сетчатая структура имеет два типа: плоский затвор (фиг. 4(а)) и пазовый затвор (фиг. 4(b)).

Плоская структура затвора имеет хорошее качество оксидного слоя затвора, емкость затвора мала, что не вызывает концентрации электрического поля в нижней части затвора и не влияет на выдерживаемое напряжение.Поэтому он широко используется в высоковольтных IGBT (класс напряжения 3300 В и выше).

За счет оптимизации и улучшения планарной структуры затвора можно дополнительно уменьшить емкость затвора и улучшить другие рабочие характеристики, такие как сокращение времени хранения затвора, уменьшение потерь на переключение и снижение перенапряжения затвора в тесте на безопасную рабочую зону при коротком замыкании (SCSOA) [ 16].

Будет канальная и рифленая структура затвора от горизонтального к вертикальному, устраняет эффект сопротивления проводимости RJFET, а также может улучшить плотность ячеек, тем самым снижая энергопотребление [17], поэтому они широко используются в системах низкого напряжения (1700 В) и продукт под напряжением, но травление канавок после шероховатой поверхности может вызвать концентрацию электрического поля, подвижность носителей и повлиять на напряжение пробоя, а площадь поликремниевого затвора увеличивается, что приводит к увеличению емкости затвора, кроме того, из-за плотности тока приводит к уменьшению мощности короткого замыкания.

Чтобы уменьшить емкость затвора и уменьшить ток короткого замыкания, необходимо оптимизировать ячеистую структуру, как показано на рисунке 5.

Компания Mitsubishi предложила «ячеистую комбинированную» структуру IGBT (заглушенные/заглушенные ячейки) [18-19] (рис. 6) для уменьшения тока насыщения, улучшения устойчивости к короткому замыканию и подавления колебаний напряжения на затворе во время испытаний на короткое замыкание.

Чтобы удовлетворить различные потребности в упаковке, электрод затвора IGBT может быть расположен в центре чипа, в центре края и в углу. Для сварочного пакета эти три позиции могут соответствовать требованиям, для компрессионного пакета обычно выбирают чтобы установить электрод затвора в углу.

В настоящее время передовая технология улучшения заключается в повышении эффективности инжекции электронов на конце вблизи области эмиттера за счет оптимизации МОП-структуры на передней стороне, чтобы оптимизировать компромиссное соотношение между падением давления при включении-выключении и потерями при выключении (рис. 7).

Обычно используется структура несущего уровня хранения (CSL)/дырочного барьерного слоя (HBL), как показано на рисунке 8.

Как видно из рисунка, структура окружает p-яму, устанавливая легированную область n-типа на периферии p-ямы.

Легированная область сокращает длину канала и увеличивает барьерные потоки носителей дырок к эмиттеру IGBT, таким образом, в P-ловушке образуется слой накопления дырок, а в условиях электронов проводимости увеличивается эффективность инжекции МОП-канала. , усиливает эффект модуляции проводимости, может значительно уменьшить потери проводимости устройства.

При реализации процесса можно использовать самовыравнивающийся процесс, не увеличивая количество литографий.

Однако обнаружено, что область с легированием n под p-ловушкой не способствует устойчивости чипа к напряжению.

Чтобы достичь лучшего компромисса между падением напряжения включения-выключения и запирающим напряжением, был разработан метод легирования n-типа рядом с p-ямой, то есть пара симметричных легированных n-областей была сформирована с обеих сторон p-ямы. -ну, как показано на рисунке 9 [23].

По сравнению с технологией структуры слоя памяти/дырочного барьера, разница состоит в том, что легированная область не окружает нижнюю часть и угол p-ловушки, тем самым эффективно уменьшая падение напряжения на кристалле, сохраняя при этом сопротивление чипа напряжению на максимальном уровне. степень.

Другие меры улучшения включают оптимизацию ячеистой структуры канавки или использование специальной структуры канавки для снижения эффективности извлечения дырок в базовой области, чтобы достичь цели улучшения инжекции электронов и уменьшить потери проводимости при сохранении низкого витка. -выкл потери.

IGBT, вакуумная сварочная печь IGBT, вакуумная эвтектическая печь IGBT, вакуумная пайка IGBT оплавлением, пайка олово-олово, сварка Au80Sn20, Au88Ge12, предварительно установленная оловянно-оловянная крышка, лист припоя из индиевого сплава, лист припоя SAC из олова и серебра, медь, свинец лист свободного припоя, Ag72Cu28, In52Sn48, лист припоя из сплава индия-серебра, Sn90Sb10, Sn63Pb37, лист припоя олово-свинец, лист припоя на основе золота

, припой на основе серебра, индий, золото-германиевый припой, припой Jinxi, инкапсуляция припоя, Jinxi, сварка припоем высокой чистоты IGBT, предварительное покрытие сварочных деталей флюсом, сборное наполнение сваркой, пайка, сварка SMT Ag92.5 Cu7.5, сварочные детали Bi58Sn42 , сварочные детали Pb60In40, сварочные детали In60Pb40, сварочные детали Pb75In25, сварочные детали In50Sn50, низкотемпературная пайка, олово, таблетки, сварочные детали Zn95Al4Cu1, In51Bi32.5сн16.5 сварочных деталей, сварка In66.3 Bi33.7, сварочные таблетки Ag62Sn35Pb3

Преформы для припоя Ag60Cu23Sn17, бесфлюсовый припой, лента для пайки

Если вы заинтересованы в нашей продукции, пожалуйста, посетите наш сайт（www.torch.cc） или найдите Вакуумная сварка IGBT духовка на Baidu, чтобы узнать о нашей продукции.