IGBT器件产业化技术

    (1)国内外技术现状及发展趋势。IGBT是新型电力电子器件的主流器件之一，国外IGBT已发展到第三代。IGBT在设计上将MOS和双极型晶体管结合起来，在性能上兼有双极型器件压降小、电流密度大和MOS器件开关快、频率特性好的双重优点；在制造业上，在高电压、大电流的晶闸管制造技术基础上采用了集成电路微细加工技术。目前国外生产IGBT的公司有：日本的三菱、东芝、富士、日立；美国的IR、IXYS、SGS、THOMSONS、MOTOROLA；德国的西门子等。

    产品主要分为4类：①单独的IGBT:电流15～400A，电压400~ 1200V；②半桥IGBT:电流15~ 75A，电压500~ 1000V；③全桥IGBT:电流18~ 32A，电压400~ 500V；④三相IGBT:电流15~ 100A，电压400~ 1200V。IGBT产品已模块化，每个IGBT都并联续流二极管，然后以一单元、二单元、六单元形式封装在同一模块外壳内。

    近几年来，我国开发出IGBT及其模块，填补了我国IGBT器件的空白。进入20世纪90年代，IGBT耐压水平、电流容量和性能迅速提高。IGBT的耐压水平正向4500V方向发展，电流容量向2000~ 2500A发展。由IGBT构成的功率集成电路发展很快，智能化模块(IPM)研究水平达到400A，1200V。

   (2)主要技术开发内容及指标。IGBT单管和模块的大规模集成式产业化技术主要参数指标如下：

   UCES= 1200V，IC=50~ 300A;

   UCES(SAT)<3.4V (IC= 300A时);

   Ton<750ns；TR< 250ns；Toff< 1μs;

    耗散功率P= 2kW（25℃以下）。

    完成满足在280kW以下的风机泵类变频调速装置、通信电源、中频超音频感应加热电源上应用的单管和模块化。IGBT的研发和生产采用了大规模集成式产业化技术、单管模块封装技术、衬底技术、大面积栅生长技术等。

   1)风机泵类变频调速装置。IC：300A; UCES: 1200V; UCE：≤3.5V; Toff: 2μs。

   2)通信电源。IC：300~ 400A;  UCES：1200V; UCE≤3.4V;Toff：1μS。

   3)感应加热电源。IC: 300～400A; UCES: 1200V; UCE≤3.4V; Toff: 1μs。

   4)高低压变频器。主要用于各种中、大容量的交流电动机调速、节能设备，其主要参数为：

    输入电压：AC3~10kV。

    输出电压：AC 380～1000V。

    容量：200~630kVA。

    频率范围：0~ 400Hz。

    控制形式：SPWM。

   5)低压变频器。输入、输出电压：AC 220V，380V；频率范围：0~400Hz;控制形式：

   a) SPWM控制。

   b)矢量控制。

   c)直接转矩控制。

   6)中频感应加热装置。主要技术指标：

    电源：3相380V50Hz。

    输出功率：100、150、250、300、500kW。

    工作频率：5~ 10kHz、10~ 20kHz、25~ 50kHz。

    启动成功率：100%。

    输出功率稳定度：电源电压变动±10%时，输出变化不大于±1%。

    效率：≥75%。