可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件。實(shí)際上,可控硅的功用不僅是整流,它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路,實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變,將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電,等等??煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣,其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn),使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域,成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。IGBT是由 雙極結(jié)型晶體三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管 組成的復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動(dòng)式-功率半導(dǎo)體器件。常規(guī)模塊廠家電話
軌道交通IGBT器件已成為軌道交通車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**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****的器件之一。IGBT國內(nèi)外市場規(guī)模2015年國際IGBT市場規(guī)模約為48億美元,預(yù)計(jì)到2020年市場規(guī)??梢赃_(dá)到80億美元,年復(fù)合增長率約10%。2014年國內(nèi)IGBT銷售額是88.7億元,約占全球市場的1∕3。預(yù)計(jì)2020年中國IGBT市場規(guī)模將超200億元,年復(fù)合增長率約為15%。從公司來看,國外研發(fā)IGBT器件的公司主要有英飛凌、ABB、三菱、西門康、東芝、富士等。中國功率半導(dǎo)體市場占世界市場的50%以上,但在中**MOSFET及IGBT主流器件市場上,90%主要依賴進(jìn)口,基本被國外歐美、日本企業(yè)壟斷。國外企業(yè)如英飛凌、ABB、三菱等廠商研發(fā)的IGBT器件產(chǎn)品規(guī)格涵蓋電壓600V-6500V,電流2A-3600A,已形成完善的IGBT產(chǎn)品系列。英飛凌、三菱、ABB在1700V以上電壓等級(jí)的工業(yè)IGBT領(lǐng)域占***優(yōu)勢;在3300V以上電壓等級(jí)的高壓IGBT技術(shù)領(lǐng)域幾乎處于壟斷地位。在大功率溝槽技術(shù)方面,英飛凌與三菱公司處于國際**水平。西門康、仙童等在1700V及以下電壓等級(jí)的消費(fèi)IGBT領(lǐng)域處于優(yōu)勢地位。上海代理模塊可控硅模塊通常被稱之為功率半導(dǎo)體模塊(semiconductor module)。
在IGBT使用過程中,可以通過控制其集-射極電壓UCE和柵-射極電壓UGE的大小,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷/阻斷狀態(tài)的控制。1)當(dāng)IGBT柵-射極加上加0或負(fù)電壓時(shí),MOSFET內(nèi)溝道消失,IGBT呈關(guān)斷狀態(tài)。2)當(dāng)集-射極電壓UCE<0時(shí),J3的PN結(jié)處于反偏,IGBT呈反向阻斷狀態(tài)。3)當(dāng)集-射極電壓UCE>0時(shí),分兩種情況:②若柵-射極電壓UGE<Uth,溝道不能形成,IGBT呈正向阻斷狀態(tài)。②若柵-射極電壓UGE>Uth,柵極溝道形成,IGBT呈導(dǎo)通狀態(tài)(正常工作)。此時(shí),空穴從P+區(qū)注入到N基區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制,減少N基區(qū)電阻RN的值,使IGBT通態(tài)壓降降低。
光控晶閘是通過光信號(hào)控制晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通的器件,它具有很強(qiáng)的抗干擾能力、良好的高壓絕緣性能和較高的瞬時(shí)過電壓承受能力,因而被應(yīng)用于高壓直流輸電(HVDC)、靜止無功功率補(bǔ)償(SVC)等領(lǐng)域。其研制水平大約為8000V/3600A。逆變晶閘因具有較短的關(guān)斷時(shí)間(10~15s)而主要用于中頻感應(yīng)加熱。在逆變電路中,它已讓位于GTR、GTO、IGBT等新器件。目前,其最大容量介于2500V/1600A/1kHz和800V/50A/20kHz的范圍之內(nèi)。非對(duì)稱晶閘是一種正、反向電壓耐量不對(duì)稱的晶閘管。而逆導(dǎo)晶閘管不過是非對(duì)稱晶閘管的一種特例,是將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。與普通晶閘管相比,它具有關(guān)斷時(shí)間短、正向壓降小、額定結(jié)溫高、高溫特性好等優(yōu)點(diǎn),主要用于逆變器和整流器中。目前,國內(nèi)有廠家生產(chǎn)3000V/900A的非對(duì)稱晶閘管。超快恢復(fù)二極管芯片和內(nèi)連接線,超快恢復(fù)二極管芯片固定在主電極上,主電極固定在氮化鋁陶瓷覆銅板上。
可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種(見圖表-25)。螺旋式的應(yīng)用較多。 可控硅有三個(gè)電極----陽極(A)陰極(C)和控制極(G)。它有管芯是P 型導(dǎo)體和N 型導(dǎo)體交迭組成的四層結(jié)構(gòu),共有三個(gè)PN 結(jié)。其結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)??煽毓韬椭挥幸粋€(gè)PN 結(jié)的硅整流二極度管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。可控硅的四層結(jié)構(gòu)和控制極的引用,為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)。在應(yīng)用可控硅時(shí),只要在控制極加上很小的電流或電壓,就能控制很大的陽極電流或電壓。目前已能制造出電流容量達(dá)幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅,50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。 IGBT模塊在電動(dòng)汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。甘肅替換模塊
高壓IGBT模塊一般以標(biāo)準(zhǔn)焊接式封裝為主。常規(guī)模塊廠家電話
隨著IGBT芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,芯片的比較高工作結(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)。模塊技術(shù)發(fā)展趨勢:無焊接、無引線鍵合及無襯板/基板封裝技術(shù);內(nèi)部集成溫度傳感器、電流傳感器及驅(qū)動(dòng)電路等功能元件,不斷提高IGBT模塊的功率密度、集成度及智能度。IGBT的主要應(yīng)用領(lǐng)域作為新型功率半導(dǎo)體器件的主流器件工業(yè)、4C(通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車電子)、航空航天、****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)、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。常規(guī)模塊廠家電話
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