浅谈功率半导体——IGBT

在股票市场上炒芯片的时候，大家经常会看到“功率半导体”、“IGBT”的字眼。关于IGBT，小编之前已经写过很多篇文章了。今天主要来讲讲什么是功率半导体？IGBT产品又是如何分类的？与芯片又有哪些不同呢?

功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，它利用半导体单向导电的特性改变电子装置中电压、频率、相位和直流交流转换等。

那么功率半导体又是如何处理电流与电压的，举一个很简单的例子即电动汽车行驶之前需要通过充电桩给汽车充电，电池充满电后，放电驱动电机，汽车才能够正常上路行驶，具体如下。

充电过程:充电桩将家用220V的交流电，通过功率器件(IGBT模块)转换为36V的直流电，以直流电的形式将电能存储到锂电池当中。这里涉及到了220V降压到36V的电压转换，以及交流电转换成直流电的过程。

放电过程:驱动汽车电机需要特定频率的高压交流电。汽车内部的功率器件(IGBT模块)，将电池中的36V直流电，转换为特定频率的600V的三相交流电，驱动电机工作。这里涉及到了将36V电压增幅到600V、将直流电转换为单相交流电、将单相交流电转换为三相交流电这三个过程。

不论是充电过程还是放电过程，均需要功率器件(IGBT模块)进行电能的转换以适用不同的应用场景。

除此之外，功率器件(IGBT模块)在其它应用上也是类似的功能，只不过是电压、电流、频率有所区别而已。

功率半导体是半导体的一种，可以分为功率IC 和功率分立器件两大类，其中功率分立器件主要包括二极管、晶闸管、晶体管等产品。

功率半导体和数字芯片，都是利用半导体单向导电的特性在工作，都是通过设计晶圆上的线路来实现某些功能。区别是功率半导体是利用半导体开关的通断控制电流的方向、电压与频率，数字芯片通过半导体的通断来模拟二进制的0或者1，以此来达到计算的目的。

IGBT 即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件，同时具备MOSFET开关速度高、输入阻抗高、控制功率低、驱动电路简单、开关损耗小的优点，和BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。IGBT在高压、大电流、高速方面有突出的产品竞争力，已经成为功率半导体主流发展方向。

IGBT作为一种新型电力电子器件，是工业控制及自动化领域的核心元器件，其作用类似于人类的心脏，能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控的目的。因此，IGBT被称为电力电子行业里的“CPU”，广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等领域。

在众多IGBT产品当中，根据封装的复杂程度可以分为四种产品，由简到繁分别为:

1.由晶圆切割而成的IGBT裸片DIE:

将一片晶圆进行工艺加工可以生产出许多颗裸片，英文称作DIE。一个8英寸的晶圆可以切割出800到1000片耐受电流在100毫安以内的DIE，或者是200到300片耐受电流在200毫安左右的DIE。

2.由单颗DIE封装而成的IGBT分立器件:

DIE会对应不同的封装形式，一种就是比较常用的针对中小功率用分立器件，里面只封装一颗 DIE 。封装对应电流能力较小，它适用在消费、工业家电这种领域比较多。

3.由多颗DIE并联封装而成的IGBT模块:

功率更大、散热能力更强的、适用于高压大功率平台的IGBT模块。现在新能源汽车、主流光伏、高铁、电力传输比较多的大功率场合都是用这种模块。

4.在IGBT模块外围增加其他功能的智能功率模块(IPM):

把 IGBT 模块加上外面的组件、散热器、电容，就可以组成一个功能较为复杂的智能功率模块(简称IPM)。

IGBT可以说是功率半导体皇冠上的明珠，其发挥作用不容小觑。充电桩市场的快速发展亦将推动IGBT等半导体功率器件的需求高速增长。此外，轨道交通、配网建设、直流输电、工业控制等行业的发展也均将会为其提供较大的需求市场。

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