IGBT 是功率器件中的“結晶”

IGBT為何被譽為電子電力行業的“CPU”

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）是電力電子行業中的一種關鍵功率半導體器件，它被廣泛應用于各種高電壓、大電流的場合。IGBT結合了MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）和BJT（雙極型晶體管）的優點，具有開關速度快、輸入阻抗高、導通壓降低等特點，因此在電力電子領域有著極其重要的地位。以下是關于IGBT為何被視為電子電力行業“CPU”的詳細解釋：

1. 結構與工作原理

IGBT是一種復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，由雙極型三極管（BJT）和絕緣柵型場效應管（MOS）組成。它的結構使得它既具有MOSFET的高輸入阻抗和快速開關特性，又具有BJT的低導通壓降和高電流密度優點。這種獨特的結構使得IGBT在電力電子系統中能夠高效地控制和轉換電能。

2. 功能強大

IGBT作為一種功率半導體器件，其主要功能是在高壓和大電流條件下進行電能的轉換和控制。它可以用于變頻、整流、變壓、功率放大和功率控制等多種應用場合。這些功能對于電力電子系統來說至關重要，類似于CPU在計算機系統中的核心作用。

3. 應用廣泛

IGBT的應用領域非常廣泛，涵蓋了消費電子、工業控制、新能源、智能電網等多個行業。不同電壓等級的IGBT被應用于不同的領域，例如超低壓IGBT用于消費電子，低壓IGBT用于電動汽車和智能家電，中壓IGBT用于軌道交通和新能源發電，高壓IGBT用于軌道牽引和智能電網。這種廣泛應用使得IGBT成為電力電子行業中不可或缺的元件。

4. 技術演進與性能提升

IGBT的技術發展經歷了多個階段，從最初的PT穿通、NPT非穿通到FS場截止，柵極結構也從平面發展到Trench溝槽，再到第七代的精細Trench溝槽。隨著技術的進步，IGBT的芯片面積、工藝線寬、通態功耗、關斷時間、開關功耗等參數不斷優化，斷態電壓也從第一代的600V提升到第七代的7000V。這種持續的技術演進使得IGBT在電力電子系統中的性能不斷提升，類似于CPU在計算能力上的不斷進步。

5. 市場規模與競爭格局

全球IGBT市場規模在2022年有望達到57億美元，中國市場主要應用在新能源汽車、工控和消費電子等領域。海外大廠如英飛凌在IGBT市場占有率上處于領先地位，而中國企業如斯達半導也在不斷提升自身的市場份額和技術水平。這種市場規模和技術競爭格局表明IGBT在電力電子行業中的重要地位。

6. 保護功能與可靠性

IGBT器件在過流、短路、過壓等異常情況下，如果不能及時保護，可能會在微秒級別內導致損壞，造成電力變換系統的停機事故。因此，IGBT模塊通常集成了保護電路，以提高系統的可靠性和安全性。這種保護功能類似于CPU中的錯誤檢測和糾正機制，確保系統在異常情況下仍能安全運行。

7. 驅動與控制

IGBT的驅動和控制電路相對復雜，需要精確的電壓和電流控制，以確保其在各種工作條件下的穩定性和效率。這種驅動和控制電路的設計和優化是電力電子系統設計中的關鍵環節，類似于CPU在計算機系統中的指令執行和數據處理過程。

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污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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結論

綜上所述，IGBT作為電力電子行業中的關鍵功率半導體器件，因其結構復雜、功能強大、應用廣泛、技術演進迅速、市場規模龐大、保護功能完善以及驅動與控制復雜等特點，被譽為電子電力行業的“CPU”。它在電力電子系統中的核心作用和重要地位，使其成為推動電力電子技術發展和應用的關鍵因素。