集成温度采样功能的IGBT设计

发布时间：2018-09-10 19:30

【摘要】：IGBT(Insulated-Gated Bipolar Transistor)始终朝着高电压、大电流密度以及高温环境下具有更高的可靠性方向发展,目前电压等级600V,电流能力100A、200A及300A、结温175℃的产品已广泛应用于工况复杂的高频、高压、大电流开关电源装备中,这增加了IGBT出现过温失效的风险。IGBT的另一个重要发展趋势为向集成化方向发展,集成具有过温保护功能的IGBT也是解决过温失效的发展趋势。基于此,本文提出了一款集成温度采样功能的600V/300A的IGBT,其中主功率器件采用增加CS层的Trench-FS结构,该结构热稳定性好、性能高;温度采样器件选用多晶二极管,与IGBT工艺兼容性好,随温度变化的灵敏度高。此外,本次设计还提供了温度采样电路,该电路结构简单,可靠性高,增加了迟滞环节,消除了热振荡。主要研究内容如下:(1)总结目前IGBT发展趋势及实现过温保护功能途径,进行对比,提出集成温度采样器件选用多晶二极管的600V Trench-FS-IGBT结构,分析其结构优点。(2)建立了本结构的工艺制程,工艺上IGBT与多晶二极管实现兼容和器件之间的隔离。制作的600V/300A Trench-FS型IGBT,利用仿真软件进行器件设计,包括IGBT元胞和终端结构设计,最终其击穿电压BV=767V,阈值电压VTH=5.5V,正向导通压降VCE=1.67V且具有正温度系数,集电极-发射极漏电流小于1μA,电流下降时间tf=70ns,关断损耗EOff=13.82m J;制作的多晶硅二极管,利用仿真软件分析其特性,最终其击穿电压BV=10.3V,正向电压降VF=0.627V、温度变化率为-2mV/℃。(3)设计了过温保护电路模块,建立IGBT和多晶二极管的Spice模型,该模型的准确率高;实现了IGBT在170℃过温关断、145℃过温保护自解除,迟滞温度为25℃,且电路的抗干扰能力强。最后根据电流密度和电流能力,制作了版图,其中IGBT有源区面积1.25cm~2,多晶二极管宽度2000μm;多晶硅二极管位于等位环的场氧上,更靠近有源区,在不影响高压器件击穿电压和集电极-发射极漏电流同时,实现了对温度实时准确检测。
[Abstract]:IGBT (Insulated-Gated Bipolar Transistor) has been developing towards high voltage, high current density and higher reliability in high temperature environment. At present, the products with voltage grade 600V, current capacity 100A 200A and 300A, junction temperature 175 鈩，

本文编号：2235401