IGBT模块内部是什么样的我们拆开看看

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前言

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大家好，今天我们聊一下IGBT模块内部结构。IGBT作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、工业节能、电动汽车与新能源装备等领域应用极为广泛，被誉为半导体皇冠上的明珠。作为一名电力电子打工人，大家或多或少都应该和IGBT打过交道。面对耳熟能详的IGBT，内部结构是什么样的？估计大部分小伙伴就不太清楚了。为了满足大家的好奇心，今天我们就以英飞凌PrimePACK3封装的IGBT模块为例，帮大家拆解一下，看看这项高科技的内部隐藏着哪些秘密！图1.IGBT应用场景

IGBT模块简介

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今天要给大家拆解的IGBT模块型号为：FFR17IP4，模块外形及等效电路如图2所示。模块的长宽高为：25cmx8.9cmx3.8cm，握在手中，像块板砖，可作防身用。模块内部包含两个IGBT，也就是我们常说的半桥模块，每个IGBT的额定电压和电流都是1.7kV1.4kA。8、9、10、11、12为功率端子，需要连接功率回路。1、2、3、4、5为IGBT的辅助控制端子，需要连接门极驱动回路。6和7为NTC热敏电阻，用来做温度检测或过温保护。图2.FFR17IP4模块图片及电气原理像这种类似板砖的黑模块除了“防身”还能做什么呢？举个身边的例子：新能源电动汽车，大家应该都比较熟悉了，采用3个这样的黑模块就可以做一个三相电机驱动器，如果再配上电池，驱动一个电动大巴完全是绰绰有余的。当然了，该模块在其它应用场合也很多，老耿就不一一介绍了。图3.IGBT新能源大巴应用

IGBT模块内部结构

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对IGBT模块外部结构和应用有了初步了解后，让我们进入本文的主题，看看这个高科技的黑模块内部到底是什么样子的。图4就是IGBT模块去掉黑色外壳的内部图片，有没有被惊艳到？需要说明的是IGBT模块内部并没有什么贵重金属，金色是铜而不是黄金，银色的是铝也不是银。貌似最近铜的价格比较贵，估计坏的模块按斤称的话，也值个百十来块钱。我也曾经想过收集IGBT废品，然后再提取金属铜，只怪自己的执行力不够强，错失了发财机会。图4.IGBT内部结构扯远了，回到主题，图5为IGBT模块的剖面图，如果去掉黑色外壳以及对外的连接端子，IGBT模块内部主要包含3个部件，散热基板、DBC基板和硅芯片（包含IGBT芯片和Diode芯片），其余的主要是焊料层和互连导线，用途是将IGBT芯片、Diode芯片、功率端子、控制端子以及DBC连接起来，下面我们对每个部分作简单介绍：图5IGBT模块结构剖面图①散热基板：IGBT模块最下面的就是散热基板，主要目的是把IGBT开关过程产生的热量快速传递出去。由于铜的导热效果比较好，因此基板通常是用铜制成的，基板的厚度在3-8mm。当然也有其它材料的基板，例如：碳化硅铝（AlSiC），两者各有优劣。②DBC基板：DBC(DirectBondCopper)，全称为直接覆铜基板，也有文献缩写为：DCB（DirectCopperBond），两者是一个意思。DBC是一种陶瓷表面金属化技术，一共包含3层，中间为陶瓷绝缘层，上下为覆铜层，如图6a所示。简单来讲就是在一个绝缘材料的两面覆上一层铜皮，然后在正面刻蚀出能够走电流的图形，背面要直接焊接在散热基板上，因此就不需要刻蚀了。图6.DBC衬底和PCB对比DBC的主要功能需要保证硅芯片和散热基板之间的电气绝缘能力以及良好的导热能力，同时还要满足一定的电流传输能力。DBC基板类似2层PCB电路板，PCB中间的绝缘材料一般为FR4，而DBC常用的陶瓷绝缘材料为氧化铝（Al2O3）和氮化铝（AlN）。对于本文所分析的IGBT模块，内部有6个DBC，每个DBC上有4个IGBT芯片和2个Diode芯片，其中2个IGBT芯片和1个Diode芯片作为上管，剩下的作为下管，如图7所示。图7.DBC平面图和等效电路③IGBT芯片：模块内部采用的IGBT芯片型号为：IGCTT，手册可以从英飞凌

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