IGBT 是功率器件中的“結(jié)晶”

IGBT為何被譽(yù)為電子電力行業(yè)的“CPU”

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）是電力電子行業(yè)中的一種關(guān)鍵功率半導(dǎo)體器件，它被廣泛應(yīng)用于各種高電壓、大電流的場(chǎng)合。IGBT結(jié)合了MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）和BJT（雙極型晶體管）的優(yōu)點(diǎn)，具有開關(guān)速度快、輸入阻抗高、導(dǎo)通壓降低等特點(diǎn)，因此在電力電子領(lǐng)域有著極其重要的地位。以下是關(guān)于IGBT為何被視為電子電力行業(yè)“CPU”的詳細(xì)解釋：

1. 結(jié)構(gòu)與工作原理

IGBT是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，由雙極型三極管（BJT）和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOS）組成。它的結(jié)構(gòu)使得它既具有MOSFET的高輸入阻抗和快速開關(guān)特性，又具有BJT的低導(dǎo)通壓降和高電流密度優(yōu)點(diǎn)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得IGBT在電力電子系統(tǒng)中能夠高效地控制和轉(zhuǎn)換電能。

2. 功能強(qiáng)大

IGBT作為一種功率半導(dǎo)體器件，其主要功能是在高壓和大電流條件下進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和控制。它可以用于變頻、整流、變壓、功率放大和功率控制等多種應(yīng)用場(chǎng)合。這些功能對(duì)于電力電子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，類似于CPU在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心作用。

3. 應(yīng)用廣泛

IGBT的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了消費(fèi)電子、工業(yè)控制、新能源、智能電網(wǎng)等多個(gè)行業(yè)。不同電壓等級(jí)的IGBT被應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，例如超低壓IGBT用于消費(fèi)電子，低壓IGBT用于電動(dòng)汽車和智能家電，中壓IGBT用于軌道交通和新能源發(fā)電，高壓IGBT用于軌道牽引和智能電網(wǎng)。這種廣泛應(yīng)用使得IGBT成為電力電子行業(yè)中不可或缺的元件。

4. 技術(shù)演進(jìn)與性能提升

IGBT的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段，從最初的PT穿通、NPT非穿通到FS場(chǎng)截止，柵極結(jié)構(gòu)也從平面發(fā)展到Trench溝槽，再到第七代的精細(xì)Trench溝槽。隨著技術(shù)的進(jìn)步，IGBT的芯片面積、工藝線寬、通態(tài)功耗、關(guān)斷時(shí)間、開關(guān)功耗等參數(shù)不斷優(yōu)化，斷態(tài)電壓也從第一代的600V提升到第七代的7000V。這種持續(xù)的技術(shù)演進(jìn)使得IGBT在電力電子系統(tǒng)中的性能不斷提升，類似于CPU在計(jì)算能力上的不斷進(jìn)步。

5. 市場(chǎng)規(guī)模與競(jìng)爭(zhēng)格局

全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模在2022年有望達(dá)到57億美元，中國(guó)市場(chǎng)主要應(yīng)用在新能源汽車、工控和消費(fèi)電子等領(lǐng)域。海外大廠如英飛凌在IGBT市場(chǎng)占有率上處于領(lǐng)先地位，而中國(guó)企業(yè)如斯達(dá)半導(dǎo)也在不斷提升自身的市場(chǎng)份額和技術(shù)水平。這種市場(chǎng)規(guī)模和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)格局表明IGBT在電力電子行業(yè)中的重要地位。

6. 保護(hù)功能與可靠性

IGBT器件在過(guò)流、短路、過(guò)壓等異常情況下，如果不能及時(shí)保護(hù)，可能會(huì)在微秒級(jí)別內(nèi)導(dǎo)致?lián)p壞，造成電力變換系統(tǒng)的停機(jī)事故。因此，IGBT模塊通常集成了保護(hù)電路，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。這種保護(hù)功能類似于CPU中的錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正機(jī)制，確保系統(tǒng)在異常情況下仍能安全運(yùn)行。

7. 驅(qū)動(dòng)與控制

IGBT的驅(qū)動(dòng)和控制電路相對(duì)復(fù)雜，需要精確的電壓和電流控制，以確保其在各種工作條件下的穩(wěn)定性和效率。這種驅(qū)動(dòng)和控制電路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化是電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，類似于CPU在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理過(guò)程。

車規(guī)級(jí)IGBT芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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結(jié)論

綜上所述，IGBT作為電力電子行業(yè)中的關(guān)鍵功率半導(dǎo)體器件，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛、技術(shù)演進(jìn)迅速、市場(chǎng)規(guī)模龐大、保護(hù)功能完善以及驅(qū)動(dòng)與控制復(fù)雜等特點(diǎn)，被譽(yù)為電子電力行業(yè)的“CPU”。它在電力電子系統(tǒng)中的核心作用和重要地位，使其成為推動(dòng)電力電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵因素。