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RC-IGBT的結構

因為IGBT大部分應用場景都是感性負載，在IGBT關斷的時候，感性負載會產生很大的反向電流，IGBT不能反向導通，需要在IGBT的兩端并聯一個快速恢復二極管（FRD）來續流反向電流，這導致傳統IGBT模塊體積較大，難以滿足當今市場對大功率、小型化功率器件及模塊產品的迫切需求。為了解決上述問題，一種將“IGBT和FRD的功能集成至同一芯片”的新型IGBT器件成為了各大廠商研究的重點，這種集成FRD的IGBT被稱為逆導型IGBT（RC-IGBT）。RC-IGBT因為需要集成二極管，芯片背面需要引入二極管通路。從設計或工藝的角度看，就是要在IGBT背面的P+集電極區中制作部分N+摻雜區，作為FRD的陰極，這樣的結構同時擁有正向和反向導通能力，如圖1所示。

圖1 IGBT、FRD和RC-IGBT的示意圖

RC-IGBT的工作原理

正向導電時，柵極電壓VGE超過閾值電壓，集電極電壓VCE超過開啟電壓，IGBT導通，IGBT發射極N+區通過溝道向N-漂移區注入電子，背面P+集電極區向N-漂移區注入空穴，形成一個電流從集電極（背面）流向發射極（正面）的導電通路。

反向導電時，柵極電壓低于閾值電壓，發射極電壓VEC超過開啟電壓，內集成二極管開始工作并導通，正面的P阱作為二極管陽極向N-漂移區注入空穴，背面的N+摻雜區作為陰極向N-漂移區注入電子，形成一個電流從發射極（正面）流向集電極（背面）的導電通路。

RC-IGBT的技術優勢

RC-IGBT相較IGBT+FRD的技術優勢如圖2所示。

圖2 RC-IGBT的技術優勢

優勢1：減小芯片尺寸，簡化封裝，提升功率密度

●IGBT&FRD器件共用終端，減小芯片總面積

●芯片數量減小一半，節省封裝鍵合成本

●總芯片面積縮減，封裝尺寸減小，提升功率密度

優勢2：降低結溫波動，提升可靠性

●器件產生的熱量合成一個熱源，散熱途徑一致

●可大幅降低芯片的結溫波動，提升器件可靠性

優勢3：降低熱阻，提高散熱效率，降低工作結溫

●單顆芯片面積增大，熱阻降低，利于散熱

●芯片散熱面積增大，利于降低實際工作結溫