IBGT是英文單詞Insulated Gate Bipolar Transistor縮寫(xiě)而成，它的中文意思是絕緣柵雙極型晶體管。IGBT是以GTR為主導(dǎo)元件，MOSFET為驅(qū)動(dòng)元件的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的復(fù)合器件。其外部有三個(gè)電極，分別為G-柵極，C-集電極，E-發(fā)射極。由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的IGBT，具有MOSFET輸入阻抗高、柵極易驅(qū)動(dòng)和雙極型晶體管電流密度大、功率密度高的優(yōu)勢(shì)。

 

從功能上來(lái)說(shuō)，IGBT就是一個(gè)電路開(kāi)關(guān)，優(yōu)點(diǎn)就是用電壓控制，飽和壓降小，耐壓高。可以用在電壓幾十到幾百伏量級(jí)、電流幾十到幾百安量級(jí)的強(qiáng)電上。

 

從結(jié)構(gòu)上講，IGBT主要有三個(gè)發(fā)展方向：

 

1、IGBT縱向結(jié)構(gòu)：非透明集電區(qū)NPT型、帶緩沖層的PT型、透明集電區(qū)NPT型和FS電場(chǎng)截止型；

 

2、IGBT柵極結(jié)構(gòu)：平面柵機(jī)構(gòu)、Trench溝槽型結(jié)構(gòu)；

 

3、硅片加工工藝：外延生長(zhǎng)技術(shù)、區(qū)熔硅單晶；

 

按照封裝工藝來(lái)看，IGBT模塊主要可分為焊接式與壓接式兩類(lèi)。高壓IGBT模塊一般以標(biāo)準(zhǔn)焊接式封裝為主，中低壓IGBT模塊則出現(xiàn)了很多新技術(shù)，如燒結(jié)取代焊接，壓力接觸取代引線鍵合的壓接式封裝工藝。

 

隨著IGBT芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的最高工作結(jié)溫與功率密度不斷提高，IGBT模塊技術(shù)也要與之相適應(yīng)。未來(lái)IGBT模塊技術(shù)將圍繞“芯片背面焊接固定”與“正面電極互連”兩方面改進(jìn)。

 

IGBT的主要應(yīng)用領(lǐng)域

 

作為新型功率半導(dǎo)體器件的主流器件，IGBT已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、4C（通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車(chē)電子）、航空航天、國(guó)防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，以及軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車(chē)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

其中，IGBT單管主要應(yīng)用于小功率家電，分布式光伏逆變器等小功率變頻器等領(lǐng)域，IGBT模塊由于其高度集成性和可靠性，容量相同的前提下有更小的體積和更輕的重量，易于安裝而且散熱穩(wěn)定，應(yīng)用于大功率變頻器，新能源汽車(chē)中功率消耗較大的（充電樁，電機(jī)控制器等）模塊；而IPM模塊重點(diǎn)專(zhuān)注于通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電流的幅值和控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變頻率，適用于各類(lèi)變頻家電如洗衣機(jī)，空調(diào)等。據(jù)IHS Markit數(shù)據(jù)顯示：IGBT模塊目前市場(chǎng)應(yīng)用率最高，應(yīng)用占比超過(guò)50%。

 

一、IGBT應(yīng)用在軌道交通中：

 

IGBT器件已成為軌道交通車(chē)輛牽引變流器和各種輔助變流器的主流電力電子器件。交流傳動(dòng)技術(shù)是現(xiàn)代軌道交通的核心技術(shù)之一，在交流傳動(dòng)系統(tǒng)中牽引變流器是關(guān)鍵部件，而IGBT又是牽引變流器最核心的器件之一。

 

二、IGBT應(yīng)用在智能電網(wǎng)中：

 

IGBT廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)的發(fā)電端、輸電端、變電端及用電端：從發(fā)電端來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電中的整流器和逆變器都需要使用IGBT模塊。從輸電端來(lái)看，特高壓直流輸電中FACTS柔性輸電技術(shù)需要大量使用IGBT等功率器件。從變電端來(lái)看，IGBT是電力電子變壓器（PET）的關(guān)鍵器件。從用電端來(lái)看，家用白電、 微波爐、 LED照明驅(qū)動(dòng)等都對(duì)IGBT有大量的需求。

 

三、應(yīng)用在變頻器中：

 

IGBT是變頻器的核心器件，作用是將直流變?yōu)榻涣鞴╇姍C(jī)使用，與其它電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、保護(hù)容易、不用緩沖電路和開(kāi)關(guān)頻率高等特點(diǎn)，鑒于此，開(kāi)發(fā)高電壓、大電流、頻率高的高壓IGBT并將其應(yīng)用到變頻調(diào)速器中以獲得輸出電壓等級(jí)更高的裝置成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。中壓變頻器的研發(fā)與電力電子器件如高壓IGBT、GTO、IGCT等器件研制水平和應(yīng)用水平密切相關(guān)，隨著高電壓、大電流IGBT的面世，給中壓變頻器注入了新的活力。

 

四、IGBT應(yīng)用在新能源汽車(chē)中：

 

IGBT模塊在電動(dòng)汽車(chē)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是電動(dòng)汽車(chē)及充電樁等設(shè)備的核心技術(shù)部件。IGBT模塊占電動(dòng)汽車(chē)成本將近10％，占充電樁成本約20％。IGBT主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中以下幾個(gè)方面：電動(dòng)控制系統(tǒng) 大功率直流／交流（DC／AC）逆變后驅(qū)動(dòng)汽車(chē)電機(jī)；車(chē)載空調(diào)控制系統(tǒng) 小功率直流／交流（DC／AC）逆變，使用電流較小的IGBT和FRD；充電樁、智能充電樁中IGBT模塊被作為開(kāi)關(guān)元件使用。