本文介绍了集成续流二极管(FWD)的1200V RC-IGBT，并将讨论面向软开关运用的1,200V逆导型IGBT所获得的严重技能进步。
IGBT技能进步首要体现在两个方面：经过选用和改善沟槽栅来优化笔直方向载流子浓度，以及运用“场停止”概念(也有称为“软穿通”或“轻穿通”)下降晶圆n衬底的厚度。
此外，带有单片二极管的IGBT概念也经常被讨论。首要投产的逆导型IGBT是针对电子镇流器运用进行优化的，被称之为“LightMOS”。
TrenchStop和RC-IGBT技能
在选用的TrenchStop技能中，沟槽栅结合了场停止概念(见图1中的IGBT)。因为发射极(阴极)邻近的载流子浓度进步，沟槽栅可使得导通损耗下降。场停止概念是NPT概念的进一步开展，包含一个额定的植入晶圆反面的n掺杂层。
将场停止层与高电阻率的晶圆衬底结合起来，能使器材的厚度削减大约三分之一，一起坚持相同的阻断电压。跟着晶圆厚度的下降，导通损耗和关断损耗也可进一步下降。场停止层掺杂度低，因而不会影响反面植入的低掺杂p发射极。为了完成RC-IGBT，二极管的部分n掺杂反面阴极(图1)将与IGBT集电极下面的p发射极结合起来。
RC-IGBT的沟槽栅概念所根据的技能与传统的TrenchStop-IGBT(见图2)相同，但针对软开关运用所需的超低饱满压降Vce(sat)进行了优化，比方电磁炉或微波炉运用。数以万计的沟槽栅经过金属(铝)相连，该金属铝层一起也是连线区。栅极和发射极之间的区域和端子被嵌入绝缘亚胺薄膜里。最新的投产型RC2-IGBT，其沟槽栅极更小，与规范TrenchStop-IGBT比较要多出150%的沟槽栅单元。图3为根据TrenchStop技能的最新一代RC2-IGBT的沟槽栅截面图。
超薄晶圆技能
因为导通电压和关断损耗在很大程度上取决于晶圆的厚度，因而需求做更薄的IGBT。图4显现了英飞凌600/1,200V IGBT和EMCON二极管的晶圆厚度趋势。关于新式1,200V RC-IGBT而言，120um厚度晶圆将是规范工艺。这需求进行杂乱的晶圆处理，包含用于正面和反面的特别处理设备。将晶圆变薄可经过晶圆打磨和湿式化学蚀刻工艺完成。
新式RC2-IGBT的优势
来自英飞凌的新式RC2-IGBT系列产品是以老练的TrenchStop技能为根底的，具有超低饱满压降。此外，IGBT还集成了一个功能强大且正向电压超低的二极管。
新式RC2-IGBT的优势是针对软开关运用(比方微波炉、电磁炉和感应加热型电饭煲)进行优化的定制解决方案。与曾经的器材比较，RC2-IGBT可提高功能，下降饱满压降损耗。这可导致十分低的整体损耗，因而所需的散热器更小。别的一个优势是最大结温被进步到TvJ(max)=175℃，比一般IGBT芯片进步了25℃。这种结温已经过TO-247无铅封装的运用验证。
图1：运用TrenchStop技能的RC-IGBT
图2 ：RC-IGBT芯片(IHW20N120R)前视图
图3：根据TrenchStop技能的最新一代RC2-IGBT的沟槽栅截面图(沟槽栅里的洞是为剖析预备)
图4 ：IGBT和二极管晶圆厚度改变
在典型饱满压降Vce(sat)=1.6V@25℃/1.85V@175℃和典型正向电压Vf=1.25V@175℃(额定电流)的条件下，功率损(特别是软开关运用的导通损耗)可大起伏下降。由IHW20N120R2的下降时间的切线可看出高速度―tf=24ns@25℃和Rg=30Ω(44ns@175℃)。IHW30120R2在下降时间方面是最为超卓的：tf=33ns@25℃，Rg=30Ω；tf=40ns@175℃。(在硬开关条件下丈量，拜见带有Eoff曲线的图6和图7)。
图5 ：来自英飞凌科技的最新一代RC2-IGBT(IHWxxN120R2，xx=15A、20A、25A和30A)。选用无铅电镀TO-247封装
图6 ： 在硬开关条件下，175℃结温以及室温下IHW20N120R2(IN=20A，Vces=1,200V)和IHW30N120R2(IN=30A)的下降时间切线
图7 ：在硬开关条件下，175℃结温以及室温下RC2-IGBT的Eoff曲线
图6显现假如栅极电阻低于30(，下降时间再度上升。这关于完成杰出的EMI行为十分重要。一切市场上相关运用规划现在运用的栅极电阻都在10~20Ω之间。这个栅极电阻选用区域也是最低开关损耗区(见图7)。它具有最低的开关损耗和适宜的EMI体现。
图8 ：室温文不同电流条件下IHW20N120R2的饱满压降与Vf的联系
图7和图8显现了最新一代RC2-IGBT(IHW20N120R2)的超低饱满压降Vce(sat)和正向电压Vf。图8显现了1,000片该器材在室温文不同电流条件下的最低和最高饱满压降的曲线图，图9显现了它们在不同温度和20A额定电流条件下的饱满压降曲线图。
图9 ：20A标称电流和不同温度下IHW20N120R2的饱满压降与Vf的联系
电压谐振电路里的RC-IGBT
图10显现了用于软开关运用的典型电压谐振电路。
图10 ：用于软开关运用的电压谐振电路图
关于190V~240V沟通输入电压而言，RC-IGBT具有低饱满压降和正向电压：
1. 关于1.8kW的运用：IHW15N120R2(Vce=1,200V, Ic=15A@Tc=100℃)；
2. 关于2.0kW的运用：IHW20N120R2(Vce=1,200V, Ic=20A@Tc=100℃)；
3. 关于2.2kW的运用：IHW25N120R2(Vce=1,200V, Ic=25A@Tc=100℃)；
4. 关于2.4kW的运用：IHW30N120R2(Vce=1,200V, Ic=30A@Tc=100℃)。
为了丈量IGBT的集电极电流Ice，应在发射极和地之间运用超低阻值的取样电阻器。图11为Vce和Ic的波形(珐琅烧锅负载)。作业频率为29.1kHz，LC电路在谐振规模之外(电磁炉的温度形式为50℃)。
图11： 1.8kW电磁炉运用(IHW20N120R2)的电压谐振电路波形
本文小结
针对软开关运用进行优化的RC-IGBT技能可大起伏下降饱满压降形成的损耗。最大结温提高到175℃进一步增强了芯片的电流才能。关断开关损耗以及发射极关断电流几乎没有改变。
