IGBT（绝缘栅双极晶体管）作为一种功率半导体器件，广泛应用于轨道交通、智能电网、工业节能、电动汽车和新能源装备等领域。具有节能、安装方便、维护方便、散热稳定等特点。它是能量转换和传输的核心装置。简单概括一下，IGBT可以说是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT的结合体（双极结型晶体管）。即它结合了MOSFET的栅压控制晶体管（高输入阻抗），利用BJT的双载流子来达到大电流的目的（压控双极型器件）。那么这样的组合内部结构是怎样的呢？

一、IGBT模块详解

二、IGBT内部结构

三、IGBT内部电流流动

四、如何拆卸IGBT模块？

五、常见问题

一、IGBT模块详解

以拆解的IGBT模块型号为：FFR17IP4为例。模块外观及等效电路如图1所示。本模块长宽高分别为：25cmx8.9cmx3.8cm。模块包含两个IGBT，也就是我们常说的半桥模块。每个IGBT的额定电压和电流分别为1.7kV和1.4kA。

图1.FFR17IP4部分

8、9、10、11、12为电源端子，需要接电源电路。

1、2、3、4、5为辅助控制端，需接门极驱动电路。

6、7为NTC热敏电阻，用于温度检测或过温保护。

在大致了解了它的结构之后，我们可以用这种结构的黑色模块做什么呢？举一个我们身边的例子：新型电动汽车，大家应该都不陌生了。三个这样的黑色模块可以用作三相电机驱动器。如果配备电池，它可以驱动电动公交车。当然，这个模块也用在很多其他的应用中。

图2.电动客车中的IGBT

二、IGBT内部结构

在初步了解了IGBT模块的外部结构和应用之后，让我们进入本文的主题，看看这个高科技黑模块的内部是什么样的。图3是去掉黑色外壳的IGBT模块内部图。需要注意的是，最常见的铜和铝都在IGBT模块内部。

图3.IGBT内部结构

图4是IGBT模块的剖视图。如果去掉黑色外壳和外部连接端子，IGBT模块主要包含散热基板、DBC基板和硅芯片（包括IGBT芯片和Diode芯片）3个元件，其余主要是焊层和互连线用于连接IGBT芯片、Diode芯片、电源端子、控制端子和DBC（DirectBondCopper）。下面我们将对每个部分进行简要介绍。

图4.IGBT剖面图

①散热基板

IGBT模块的底部是散热基板，主要目的是快速传递IGBT开关过程中产生的热量。由于铜具有更好的导热性，因此基板通常由铜制成，厚度为3-8mm。当然，也有其他材料制成的基板，例如铝碳化硅（AlSiC），两者各有优缺点。

②DBC

DBC（DirectBondCopper）是一种陶瓷表面金属化技术，共包含3层。中间有陶瓷绝缘层，上下分别有覆铜层，如图5(a)所示。简单的说就是在绝缘材料的两面覆盖一层铜层，然后在正面蚀刻出可以承载电流的图形，而背面必须直接焊接到散热基板上。

图5.DBCBase与PCB

DBC的主要作用需要保证硅片与散热基板之间的电绝缘能力和良好的导热性，同时还要提供一定的电流传输能力。DBC基板类似于2层PCB电路板。PCB中间的绝缘材料一般是FR4，而DBC常用的陶瓷绝缘材料是氧化铝（Al2O3）和氮化铝（AlN）。

本文分析的IGBT模块，内部有6个DBC，每个DBC有4个IGBT芯片和2个Diode芯片。其中2个IGBT芯片和1个Diode芯片用作上管，其余用作下管。如图6所示。

图6.DBC图和等效电路

③IGBT芯片模块

内部使用的IGBT芯片型号为：IGCTT。该手册可从英飞凌

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