第7代IGBT正開始在儲能領域大放異彩

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）在儲能技術高速發(fā)展的今天，更強的發(fā)電與蓄電能力，更高的能源管理效率，更穩(wěn)定的輸送能力都是相關企業(yè)追求的方向，這就需要功能更強的IGBT來滿足當前儲能技術的高需求，而第七代IGBT的出現(xiàn)，正好契合當前儲能的發(fā)展需要。

第7代IGBT正加速發(fā)展

IGBT的發(fā)展可以追溯至20世紀80年代，最初的IGBT采用了平面穿通（PT），這種IGBT通過重摻雜的P+襯底開始，但是存在負溫度系數(shù)、通態(tài)壓降一致性差等問題，不利于并聯(lián)使用。盡管如此，它開啟了IGBT在電力電子領域的應用。

隨著時間的推移，IGBT經(jīng)歷了多次迭代，從非穿通（ NPT）結構到場截止（ FS）結構的轉變，柵極結構也從平面型轉向溝槽型（Trench）。這些改進逐步提升了IGBT的性能，包括降低導通壓降、縮短開關時間、提高斷態(tài)電壓等，這也是IGBT從第二代到第五代的變化。

到了第六代，IGBT進一步優(yōu)化了溝槽結構和場截止技術，顯著提高了電流密度和能效，降低了開關損耗，同時在高溫工作表現(xiàn)上有了顯著提升。

而在2018年前后，市場中開始推出的第七代IGBT，引入了微溝槽柵+場截止（Micro Pattern Trench）技術，這是IGBT技術的一次重大飛躍。第七代IGBT的特點包括更高的溝道密度、優(yōu)化的元胞設計、更低的寄生電容，以及在極端開關速度（如5kV/μs）下仍能保持最佳性能。這使得IGBT7在降低靜態(tài)損耗、提高開關速度、增強高溫工作能力等方面達到新的高度，特別適合于高性能的電動汽車、可再生能源系統(tǒng)和高壓直流輸電等應用。

其中微溝槽技術能夠改善載流子傳輸特性，從而在不犧牲開關速度的情況下降低靜態(tài)損耗。這意味著在相同工作條件下，第七代IGBT能更高效地轉換電能，減少發(fā)熱。并且相比第六代IGBT，第七代的靜態(tài)損耗降低了約30%，這對于提升系統(tǒng)能效和減少冷卻需求至關重要。

此外，有數(shù)據(jù)顯示，在相同封裝體積下，第七代IGBT的電流輸出能力增加了50%以上，這得益于更高的電流密度，使得設備小型化成為可能，或者在不改變體積的前提下提高系統(tǒng)的功率輸出。

并且，第七代IGBT也滿足了電子行業(yè)對更高效率、更小尺寸、更高功率密度和更低損耗的需求。第七代IGBT技術通過實現(xiàn)面積減小20%、芯片厚度從120微米減少到80微米、導通壓降從1.7V降到1.4V，大幅提升了IGBT的性價比。

舉個例子，在儲能系統(tǒng)中使用第七代IGBT，可以設計出發(fā)電和蓄電能力更強的系統(tǒng)，提高能源管理效率，增強儲存能力，從而更平穩(wěn)地將太陽能電力并網(wǎng)到電網(wǎng)中。此外，通過第七代IGBT設計的模塊還支持將多余的電力儲存在儲能系統(tǒng)中，有效緩解太陽能發(fā)電的間歇性問題，確保供電的可靠性和穩(wěn)定性。

七代IGBT賦能儲能產業(yè)

由于七代IGBT的優(yōu)秀表現(xiàn)，已經(jīng)有越來越多的企業(yè)將這款產品用在儲能領域。比如近期上能電氣采用了英飛凌IGBT7 EconoDUAL?3實現(xiàn)單機2MW儲能變流器PCS，這是使用了英飛凌最新的EconoDUAL 3封裝的750A 1200V模塊，型號為FF750R12ME7_B11。

而EH-2000-HA-UD采用的FF750R12ME7，這是一款1200V/750A的IGBT模塊，芯片采用的是英飛凌最新一代IGBT7技術。與英飛凌上一代IGBT4技術不同，IGBT7采用更加精細化的MPT微溝槽柵技術，溝道密度更高，芯片厚度更薄，元胞結構及間距也經(jīng)過精心設計，并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù)，從而實現(xiàn)了最佳開關性能。

此外，在近期，安森美也發(fā)布了第七代1200V QDual3 IGBT功率模塊。與其他同類產品相比，該模塊的功率密度更高，且提供高10%的輸出功率。

據(jù)安森美介紹，該800A QDual3模塊基于新的場截止第七代（FS7）IGBT技術，應用于150KW的逆變器中時，QDual3模塊的損耗比同類最接近的競品少200W，從而縮減散熱器尺寸，適合用于太陽能發(fā)電站中央逆變器、儲能系統(tǒng)、商用農業(yè)車輛和工業(yè)電機驅動器等大功率變流器。

國內也有許多企業(yè)相繼推出了七代IGBT，如斯達半導體，在2022年便推出了基于第七代微溝槽技術的新一代車規(guī)級IGBT芯片，產品型號包括650V/750V/1200V IGBT芯片，采用第七代微溝槽Trench Field Stop技術，可實現(xiàn)面積減小20%、芯片厚度從120微米減少到80微米、導通壓降從1.7V降到1.4V。

此外如貝茵凱也在2023年末研發(fā)出了全系列第七代IGBT芯片，并成功實現(xiàn)大批量生產，成功突破國產化領域的技術壁壘。這款第七代IGBT產品在性能方面顯著優(yōu)于同類中采用傳統(tǒng)制程的IGBT芯片，有效解決了導通損耗與開關損耗難以平衡的問題，具備低導通損耗與低開關損耗的雙重優(yōu)勢，適用頻率范圍也得以拓寬，最高適用頻率從15kHz-20kHz提升至30kHz-40kHz。

目前該產品已經(jīng)通過多家行業(yè)領軍企業(yè)的嚴格測試與認證，并已在電動汽車、風力發(fā)電、光伏逆變器及高端化學儲能等領域實現(xiàn)小規(guī)模供應。

韋爾股份近期也新獲得了一項實用新型專利授權，專利名為“一種新型溝槽IGBT結構”，該專利提供了一種新型溝槽IGBT結構，該結構通過減少柵極接觸孔的方式，將對應的柵極溝槽中的多晶硅轉變成第一發(fā)射極溝槽的多晶硅，從而減小柵極電容，使器件開通速度變快，降低開通損耗。而新型溝槽正是七代IGBT的顯著特點。

此外如新潔能、振華科技、安建科技等都已經(jīng)在第七代IGBT中有所建樹，為中國乃至全球的新能源汽車、光伏儲能、工業(yè)控制等領域提供了先進的功率半導體解決方案。

小結

在國際上，安森美等歐美日企業(yè)憑借其深厚的技術積累和資金實力，在第七代IGBT技術開發(fā)及商業(yè)化方面走在前列。而中國IGBT企業(yè)如斯達半導、新潔能等也在加速追趕，成功研發(fā)并推出了第七代IGBT產品，標志著國內企業(yè)在IGBT核心技術上的重大突破。尤其儲能產業(yè)的快速發(fā)展，也為七代IGBT提供了巨大的應用市場，反過來七代IGBT也加速了儲能市場的發(fā)展。