集成溫度采樣功能的IGBT設計.pdf

1、IGBT（Insulated-Gated Bipolar Transistor）始終朝著高電壓、大電流密度以及高溫環(huán)境下具有更高的可靠性方向發(fā)展，目前電壓等級600V，電流能力100A、200A及300A、結溫175℃的產品已廣泛應用于工況復雜的高頻、高壓、大電流開關電源裝備中，這增加了IGBT出現(xiàn)過溫失效的風險。IGBT的另一個重要發(fā)展趨勢為向集成化方向發(fā)展，集成具有過溫保護功能的IGBT也是解決過溫失效的發(fā)展趨勢?；诖?，本文提出了

2、一款集成溫度采樣功能的600V/300A的IGBT，其中主功率器件采用增加CS層的Trench-FS結構，該結構熱穩(wěn)定性好、性能高；溫度采樣器件選用多晶二極管，與IGBT工藝兼容性好，隨溫度變化的靈敏度高。此外，本次設計還提供了溫度采樣電路，該電路結構簡單，可靠性高，增加了遲滯環(huán)節(jié)，消除了熱振蕩。
　　本研究主要內容包括：⑴總結目前IGBT發(fā)展趨勢及實現(xiàn)過溫保護功能途徑，進行對比，提出集成溫度采樣器件選用多晶二極管的600V Tr

3、ench-FS-IGBT結構，分析其結構優(yōu)點。⑵建立了本結構的工藝制程，工藝上IGBT與多晶二極管實現(xiàn)兼容和器件之間的隔離。制作的600V/300A Trench-FS型IGBT，利用仿真軟件進行器件設計，包括IGBT元胞和終端結構設計，最終其擊穿電壓BV=767V，閾值電壓VTH=5.5V，正向導通壓降VCE=1.67V且具有正溫度系數(shù)，集電極-發(fā)射極漏電流小于1μA，電流下降時間tf=70ns，關斷損耗EOff=13.82mJ；制作

4、的多晶硅二極管，利用仿真軟件分析其特性，最終其擊穿電壓BV=10.3V，正向電壓降VF=0.627V、溫度變化率為-2mV/℃。⑶設計了過溫保護電路模塊，建立IGBT和多晶二極管的Spice模型，該模型的準確率高；實現(xiàn)了IGBT在170℃過溫關斷、145℃過溫保護自解除，遲滯溫度為25℃，且電路的抗干擾能力強。最后根據(jù)電流密度和電流能力，制作了版圖，其中IGBT有源區(qū)面積1.25cm2，多晶二極管寬度2000μm；多晶硅二極管位于等位環(huán)