用基本的物理原理理解IGBT—并联均流不简单

来源：罗姆半导体社区 

1、因为并联，所以精彩

IGBT与FRD、晶闸管等无元胞器件相比，天生就是并联的。模块封装中更是需要多芯片并联。正是因为并联，才使得IGBT器件的功率容量得以扩展。可以说，没有并联，就不是IGBT。

但是这里面就牵扯到并联均流问题。

2、芯片越大越好？

有些人感觉把IGBT芯片做大一点，一颗顶两颗，这样就可以减少封装中的并联均流问题了。事实显然没有那么简单。 首先，IGBT芯片是很多个元胞组成的，按15um的元胞宽度，方形元胞估算，1平方厘米的芯片上大约有40万个元胞。这些元胞之间本身就是并联的，也存在均流问题。芯片面积增大后，芯片内部的均流问题也需要考虑。某个元胞的热电正反馈是芯片损坏的开始。 如果芯片内部总是均流的，IGBT的电流能力将远超额定电流。做过仿真的应该注意过，对单个元胞进行仿真，随便你提高关断电压、寄生电感，元胞都是不会损坏的，而且随便一个设计都可以实现SSCM。对，就是ABB提出的那个开关自钳位模式。电压过冲达到一定值后，关断电流di/dt将因动态雪崩而下降，使VCE被钳位。 这就是均流的力量。现实中的IGBT，几乎一切与大电流相关的损坏都来自于均流问题。所以，芯片内部的均流也是非常重要的。 此外，芯片制造过程中总有缺陷，有良率问题。不管大芯片还是小芯片，都是一个致命缺陷就会失效。单芯片面积越大，良率自然越低。晶圆加工中剩余的边角料也会浪费更多。

所以，增大芯片面积，既有均流设计问题，也要考虑生产线的工艺能力和成本。

3、栅电阻的等效

实际模块设计中，每个模块中可能有多个衬板，每个衬板上一般都会有一个衬板电阻。比如某1200A的模块有6个衬板，每个衬板上电阻为6欧。根据并联电阻的规律，这6个6欧的电阻，相当于模块外部接一个1欧的电阻。

事实上这两种处理是等效的吗？当然不是。因为模块布局中一定会有寄生参数，导致不同衬板与信号源之间的总阻抗不一样。引入衬板电阻后，可以减小不同衬板之间这方面的差异，改善均流问题。

同理，芯片的片上电阻与衬板电阻也是不能完全等效的。

那么芯片内部不同区块的均流问题，是不是要考虑呢？怎么处理呢？这个相信答案已经很清晰了。

均流问题包含的范畴实在太大，静态的，动态的，短路的。相对容易处理的是寄生参数导致的不均流的抑制，相对难的是芯片制造工艺的控制，还有一些从器件设计上需要考虑的。这些恐怕十篇也写不清楚。本身这个系列也是列举一些典型的点，剩下的留给有心的自己去思考了。

审核编辑 黄昊宇