IGBT 是功率器件中的“结晶”

IGBT为何被誉为电子电力行业的“CPU”

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）是电力电子行业中的一种关键功率半导体器件，它被广泛应用于各种高电压、大电流的场合。IGBT结合了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）的优点，具有开关速度快、输入阻抗高、导通压降低等特点，因此在电力电子领域有着极其重要的地位。以下是关于IGBT为何被视为电子电力行业“CPU”的详细解释：

1. 结构与工作原理

IGBT是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件，由双极型三极管（BJT）和绝缘栅型场效应管（MOS）组成。它的结构使得它既具有MOSFET的高输入阻抗和快速开关特性，又具有BJT的低导通压降和高电流密度优点。这种独特的结构使得IGBT在电力电子系统中能够高效地控制和转换电能。

2. 功能强大

IGBT作为一种功率半导体器件，其主要功能是在高压和大电流条件下进行电能的转换和控制。它可以用于变频、整流、变压、功率放大和功率控制等多种应用场合。这些功能对于电力电子系统来说至关重要，类似于CPU在计算机系统中的核心作用。

3. 应用广泛

IGBT的应用领域非常广泛，涵盖了消费电子、工业控制、新能源、智能电网等多个行业。不同电压等级的IGBT被应用于不同的领域，例如超低压IGBT用于消费电子，低压IGBT用于电动汽车和智能家电，中压IGBT用于轨道交通和新能源发电，高压IGBT用于轨道牵引和智能电网。这种广泛应用使得IGBT成为电力电子行业中不可或缺的元件。

4. 技术演进与性能提升

IGBT的技术发展经历了多个阶段，从最初的PT穿通、NPT非穿通到FS场截止，栅极结构也从平面发展到Trench沟槽，再到第七代的精细Trench沟槽。随着技术的进步，IGBT的芯片面积、工艺线宽、通态功耗、关断时间、开关功耗等参数不断优化，断态电压也从第一代的600V提升到第七代的7000V。这种持续的技术演进使得IGBT在电力电子系统中的性能不断提升，类似于CPU在计算能力上的不断进步。

5. 市场规模与竞争格局

全球IGBT市场规模在2022年有望达到57亿美元，中国市场主要应用在新能源汽车、工控和消费电子等领域。海外大厂如英飞凌在IGBT市场占有率上处于领先地位，而中国企业如斯达半导也在不断提升自身的市场份额和技术水平。这种市场规模和技术竞争格局表明IGBT在电力电子行业中的重要地位。

6. 保护功能与可靠性

IGBT器件在过流、短路、过压等异常情况下，如果不能及时保护，可能会在微秒级别内导致损坏，造成电力变换系统的停机事故。因此，IGBT模块通常集成了保护电路，以提高系统的可靠性和安全性。这种保护功能类似于CPU中的错误检测和纠正机制，确保系统在异常情况下仍能安全运行。

7. 驱动与控制

IGBT的驱动和控制电路相对复杂，需要精确的电压和电流控制，以确保其在各种工作条件下的稳定性和效率。这种驱动和控制电路的设计和优化是电力电子系统设计中的关键环节，类似于CPU在计算机系统中的指令执行和数据处理过程。

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污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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结论

综上所述，IGBT作为电力电子行业中的关键功率半导体器件，因其结构复杂、功能强大、应用广泛、技术演进迅速、市场规模庞大、保护功能完善以及驱动与控制复杂等特点，被誉为电子电力行业的“CPU”。它在电力电子系统中的核心作用和重要地位，使其成为推动电力电子技术发展和应用的关键因素。