IGBT 是功率器件中的“結晶”

IGBT為何被譽為電子電力行業(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)中的一種關鍵功率半導體器件，它被廣泛應用于各種高電壓、大電流的場合。IGBT結合了MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）和BJT（雙極型晶體管）的優(yōu)點，具有開關速度快、輸入阻抗高、導通壓降低等特點，因此在電力電子領域有著極其重要的地位。以下是關于IGBT為何被視為電子電力行業(yè)“CPU”的詳細解釋：

1. 結構與工作原理

IGBT是一種復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，由雙極型三極管（BJT）和絕緣柵型場效應管（MOS）組成。它的結構使得它既具有MOSFET的高輸入阻抗和快速開關特性，又具有BJT的低導通壓降和高電流密度優(yōu)點。這種獨特的結構使得IGBT在電力電子系統(tǒng)中能夠高效地控制和轉換電能。

2. 功能強大

IGBT作為一種功率半導體器件，其主要功能是在高壓和大電流條件下進行電能的轉換和控制。它可以用于變頻、整流、變壓、功率放大和功率控制等多種應用場合。這些功能對于電力電子系統(tǒng)來說至關重要，類似于CPU在計算機系統(tǒng)中的核心作用。

3. 應用廣泛

IGBT的應用領域非常廣泛，涵蓋了消費電子、工業(yè)控制、新能源、智能電網(wǎng)等多個行業(yè)。不同電壓等級的IGBT被應用于不同的領域，例如超低壓IGBT用于消費電子，低壓IGBT用于電動汽車和智能家電，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)。這種廣泛應用使得IGBT成為電力電子行業(yè)中不可或缺的元件。

4. 技術演進與性能提升

IGBT的技術發(fā)展經(jīng)歷了多個階段，從最初的PT穿通、NPT非穿通到FS場截止，柵極結構也從平面發(fā)展到Trench溝槽，再到第七代的精細Trench溝槽。隨著技術的進步，IGBT的芯片面積、工藝線寬、通態(tài)功耗、關斷時間、開關功耗等參數(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)的技術演進使得IGBT在電力電子系統(tǒng)中的性能不斷提升，類似于CPU在計算能力上的不斷進步。

5. 市場規(guī)模與競爭格局

全球IGBT市場規(guī)模在2022年有望達到57億美元，中國市場主要應用在新能源汽車、工控和消費電子等領域。海外大廠如英飛凌在IGBT市場占有率上處于領先地位，而中國企業(yè)如斯達半導也在不斷提升自身的市場份額和技術水平。這種市場規(guī)模和技術競爭格局表明IGBT在電力電子行業(yè)中的重要地位。

6. 保護功能與可靠性

IGBT器件在過流、短路、過壓等異常情況下，如果不能及時保護，可能會在微秒級別內(nèi)導致?lián)p壞，造成電力變換系統(tǒng)的停機事故。因此，IGBT模塊通常集成了保護電路，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。這種保護功能類似于CPU中的錯誤檢測和糾正機制，確保系統(tǒng)在異常情況下仍能安全運行。

7. 驅(qū)動與控制

IGBT的驅(qū)動和控制電路相對復雜，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)動和控制電路的設計和優(yōu)化是電力電子系統(tǒng)設計中的關鍵環(huán)節(jié)，類似于CPU在計算機系統(tǒng)中的指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理過程。

車規(guī)級IGBT芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。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)生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，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、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、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注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、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，從產(chǎn)品失效情況來而言，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，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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結論

綜上所述，IGBT作為電力電子行業(yè)中的關鍵功率半導體器件，因其結構復雜、功能強大、應用廣泛、技術演進迅速、市場規(guī)模龐大、保護功能完善以及驅(qū)動與控制復雜等特點，被譽為電子電力行業(yè)的“CPU”。它在電力電子系統(tǒng)中的核心作用和重要地位，使其成為推動電力電子技術發(fā)展和應用的關鍵因素。