用基本的物理原理理解IGBT—并聯均流不簡單

來源：羅姆半導體社區

1、因為并聯，所以精彩

IGBT與FRD、晶閘管等無元胞器件相比，天生就是并聯的。模塊封裝中更是需要多芯片并聯。正是因為并聯，才使得IGBT器件的功率容量得以擴展?？梢哉f，沒有并聯，就不是IGBT。

但是這里面就牽扯到并聯均流問題。

2、芯片越大越好？

有些人感覺把IGBT芯片做大一點，一顆頂兩顆，這樣就可以減少封裝中的并聯均流問題了。事實顯然沒有那么簡單。 首先，IGBT芯片是很多個元胞組成的，按15um的元胞寬度，方形元胞估算，1平方厘米的芯片上大約有40萬個元胞。這些元胞之間本身就是并聯的，也存在均流問題。芯片面積增大后，芯片內部的均流問題也需要考慮。某個元胞的熱電正反饋是芯片損壞的開始。 如果芯片內部總是均流的，IGBT的電流能力將遠超額定電流。做過仿真的應該注意過，對單個元胞進行仿真，隨便你提高關斷電壓、寄生電感，元胞都是不會損壞的，而且隨便一個設計都可以實現SSCM。對，就是ABB提出的那個開關自鉗位模式。電壓過沖達到一定值后，關斷電流di/dt將因動態雪崩而下降，使VCE被鉗位。 這就是均流的力量?，F實中的IGBT，幾乎一切與大電流相關的損壞都來自于均流問題。所以，芯片內部的均流也是非常重要的。 此外，芯片制造過程中總有缺陷，有良率問題。不管大芯片還是小芯片，都是一個致命缺陷就會失效。單芯片面積越大，良率自然越低。晶圓加工中剩余的邊角料也會浪費更多。

所以，增大芯片面積，既有均流設計問題，也要考慮生產線的工藝能力和成本。

3、柵電阻的等效

實際模塊設計中，每個模塊中可能有多個襯板，每個襯板上一般都會有一個襯板電阻。比如某1200A的模塊有6個襯板，每個襯板上電阻為6歐。根據并聯電阻的規律，這6個6歐的電阻，相當于模塊外部接一個1歐的電阻。

事實上這兩種處理是等效的嗎？當然不是。因為模塊布局中一定會有寄生參數，導致不同襯板與信號源之間的總阻抗不一樣。引入襯板電阻后，可以減小不同襯板之間這方面的差異，改善均流問題。

同理，芯片的片上電阻與襯板電阻也是不能完全等效的。

那么芯片內部不同區塊的均流問題，是不是要考慮呢？怎么處理呢？這個相信答案已經很清晰了。

均流問題包含的范疇實在太大，靜態的，動態的，短路的。相對容易處理的是寄生參數導致的不均流的抑制，相對難的是芯片制造工藝的控制，還有一些從器件設計上需要考慮的。這些恐怕十篇也寫不清楚。本身這個系列也是列舉一些典型的點，剩下的留給有心的自己去思考了。

審核編輯 黃昊宇