英飛凌芯片簡史

話說公元2018年，IGBT江湖驚現第六代和第七代的掌門人，一時風頭無兩，各路吃瓜群眾紛紛猜測二位英雄的出身來歷。不禁有好事者梳理了一下英家這些年，獨領風騷的數代當家掌門人，分別是：

呃，好像分不清這都誰是誰?

呃，雖然這些IGBT“掌門人”表面看起來都一樣，但都是悶騷型的。只能脫了衣服，做個“芯”臟手術。。。

像這樣，在芯片上，橫著切一刀看看。

好像，有點不一樣了。。。

故事，就從這兒說起吧。。。

史前時代-PT

PT是最初代的IGBT，它使用重摻雜的P+襯底作為起始層，在此之上依次生長N+ buffer，N- base外延，最后在外延層表面形成元胞結構。它因為截止時電場貫穿整個N-base區而得名。它工藝復雜，成本高，而且需要載流子壽命控制，飽和壓降呈負溫度系數，不利于并聯，雖然在上世紀80年代一度呼風喚雨，但在80年代后期逐漸被NPT取代，目前已歸隱江湖，不問世事，英飛凌目前所有的IGBT產品均不使用PT技術。

初代盟主——IGBT2

特征：平面柵，非穿通結構(NPT)

NPT-IGBT于1987年出山，很快在90年代成為江湖霸主。NPT與PT不同在于，它使用低摻雜的N-襯底作為起始層，先在N-漂移區的正面做成MOS結構，然后用研磨減薄工藝從背面減薄到 IGBT 電壓規格需要的厚度，再從背面用離子注入工藝形成P+ collector。在截止時電場沒有貫穿N-漂移區，因此稱為“非穿通”型IGBT。NPT不需要載流子壽命控制，但它的缺點在于，如果需要更高的電壓阻斷能力，勢必需要電阻率更高且更厚的N-漂移層，這意味著飽和導通電壓Vce(sat)也會隨之上升，從而大幅增加器件的損耗與溫升。

技能：低飽和壓降，正溫度系數，125℃工作結溫，高魯棒性

因為N-漂移區厚度大大降低了，因此Vce(sat)相比PT大大減少。正溫度系數，利于并聯。

名號：DLC，KF2C，S4…

等等，好像混進了什么奇怪的東西！

沒寫錯！S4真的不是IGBT4，它是根正苗紅的IGBT2，適用于高頻開關應用，硬開關工作頻率可達40kHz。這一明星產品，至今銷路仍然不錯。

性能飛躍--IGBT3

特征：溝槽柵，場截止（Field Stop）

IGBT3的出現，又在IGBT江湖上掀起了一場巨大的變革。IGBT3的元胞結構從平面型變成了溝槽型。溝槽型IGBT中，電子溝道垂直于硅片表面，消除了JFET結構，增加了表面溝道密度，提高近表面載流子濃度，從而使性能更加優化。（平面柵與溝槽柵技術的區別可以參考我們之前發表過的文章“平面型與溝槽型IGBT結構淺析”）。

縱向結構方面，為了緩解阻斷電壓與飽和壓降之間的矛盾，英家于2000年推出了Field Stop IGBT，目標在于盡量減少漂移區厚度，從而降低飽和電壓。場截止（Field Stop）IGBT起始材料和NPT相同，都是低摻雜的N-襯底，不同在于FS IGBT背面多注入了一個N buffer層，它的摻雜濃度略高于N-襯底，因此可以迅速降低電場強度，使整體電場呈梯形，從而使所需的N-漂移區厚度大大減小。此外，N buffer還可以降低P發射極的發射效率，從而降低了關斷時的拖尾電流及損耗。（了解更多NPT與場截止器件的區別請參考：PT，NPT，FS型IGBT的區別）。

技能：低導通壓降，125℃工作結溫（600V器件為150℃），開關性能優化

得益于場截止以及溝槽型元胞，IGBT3的通態壓降更低，典型的Vce(sat)從第2代的典型的3.4到第3代的2.55V（3300V為例）。

名號：T3，E3，L3

IGBT3在中低壓領域基本已經被IGBT4取代，但在高壓領域依然占主導地位，比如3300V，4500V，6500V的主流產品仍然在使用IGBT3技術。

中流砥柱--IGBT4

IGBT4是目前使用最廣泛的IGBT芯片技術，電壓包含600V，1200V，1700V，電流從10A到3600A，各種應用中都可以見到它的身影。

特征：溝槽柵+場截止+薄晶圓

和IGBT3一樣，都是場截止+溝槽柵的結構，但IGBT4優化了背面結構，漂移區厚度更薄，背面P發射極及N buffer的摻雜濃度及發射效率都有優化。

技能：高開關頻率，優化開關軟度，150℃工作結溫

IGBT4通過使用薄晶圓及優化背面結構，進一步降低了開關損耗，同時開關軟度更高。同時，最高允許工作結溫從第3代的125℃提高到了150℃，這無疑能進一步增加器件的輸出電流能力。

名號：T4，E4，P4

T4是小功率系列，開關頻率最高20kHz。

E4適合中功率應用，開關頻率最高8kHz。

P4對開關軟度進行了更進一步優化，更適合大功率應用，開關頻率最高3kHz。

土豪登場--IGBT5

“土豪金” 芯片

特征：溝槽柵+場截止+表面覆蓋銅

IGBT5是所有IGBT系列里最土豪的產品，別的芯片表面金屬化都用的鋁，而IGBT使用厚銅代替了鋁，銅的通流能力及熱容都遠遠優于鋁，因此IGBT5允許更高的工作結溫及輸出電流。同時芯片結構經過優化，芯片厚度進一步減小。

技能：175℃工作結溫，1.5V飽和電壓，輸出電流能力提升30%

因為IGBT5表面覆銅，并且在模塊封裝中采用了先進的.XT封裝工藝，因此工作結溫可以達到175℃。芯片厚度相對于IGBT4進一步減薄，使得飽和壓降更低，輸出電流能力提升30%。

名號：E5，P5

目前IGBT5的芯片只封裝在PrimePACK?里，電壓也只有1200V，1700V，代表產品FF1200R12IE5，FF1800R12IP5。

真假李逵--TRENCHSTOP?5

在單管界，有一類產品叫TRENCHSTOP?5。經常聽到有人問H5、F5、S5、L5是不是IGBT5？嚴格意義來講并不是，雖然名字里都帶5，但是H5、F5、S5這些單管的5系列，屬于另外一個家族叫TRENCHSTOP?5。這個家族沒有“黃金甲”加持，基因也和IGBT5不一樣。

特征：精細化溝槽柵+場截止

雖然都叫溝槽柵，但TRENCHSTOP?5長得還是和前輩們大相徑庭。它的溝道更密，電流密度更高。在達到最佳操作性能同時，并不具備短路能力。

技能：175℃最大工作結溫，高開關頻率，無短路能力

性能和短路，永遠是一對矛盾體。為了追求卓越的性能，TRENCHSTOP?5犧牲掉了短路時間。TRENCHSTOP?5可以根據應用目的不同，取得極低的導通損耗，或者極高的開關頻率，開關頻率最高可達70~100kHz，而導通壓降最低可低至1.05V。

名號：H5，F5，S5，L5

TRENCHSTOP?5目前只有650V的器件，并且都是分立器件。這一系列產品針對不同的應用進行了通態損耗和開關損耗的優化。其中H5/F5適合高頻應用，L5導通損耗最低。TRENCHSTOP?5各個產品在折衷曲線上的位置如下圖所示。

后起之秀--IGBT6

6掌門雖然和4掌門之間隔了個5，但6其實是4的優化版本，依然是溝槽柵+場截止。IGBT6目前只在單管中有應用。

特征：溝槽柵+場截止

器件結構和IGBT4類似，但是優化了背面P+注入，從而得到了新的折衷曲線。

技能：175℃最大工作結溫，Rg可控，3us短路

IGBT6目前發布的有2個系列的產品，S6導通損耗低，Vce(sat) 1.85V; H6開關損耗低，相比于H3，開關損耗降低15%。

名號：S6,H6

IGBT6只有單管封裝的產品，例如：IKW15N12BH6，IKW40N120CS6，封裝有TO-247 3pin，TO-247 plus 3pin，TO-247 plus 4pin。

萬眾矚目--IGBT7

IGBT經數代，厚積薄發，2018年終于迎來了萬眾矚目的IGBT7。

特征：微溝槽柵+場截止

雖然都是溝槽柵，但多了一個微字，整個結構就大不一樣了。IGBT7溝道密度更高，元胞間距也經過精心設計，并且優化了寄生電容參數，從而實現5kv/us下的最佳開關性能。

更多IGBT7信息，請參考：1200V IGBT7和Emcon7可控性更佳，助力提升變頻器系統性能。

技能：175℃過載結溫，dv/dt可控

IGBT7 Vce(sat)相比IGBT4降低20%，可實現最高175℃的暫態工作結溫。

名號：T7,E7

代表產品有：FP25R12W1T7。T7專為電機驅動器優化，可以實現5kv/us下最佳性能。E7應用更廣泛，電動商用車主驅，光伏逆變器等。

一張表看懂IGBT1234567