IGBT தொழில்நுட்பத்தின் பரிணாமம்: முதல் தலைமுறையிலிருந்து நவீன அதிவேக தொகுதிகள் வரை

பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில், இன்சுலேட்டட் கேட் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர் (ஐ.ஜி.பி.டி) கடந்த சில தசாப்தங்களில் மிகவும் செல்வாக்கு மிக்க கூறுகளில் ஒன்றாக உள்ளது. உயர் மின்னழுத்த திறன்களுக்கும் எளிதான வாயில் கட்டுப்பாட்டுக்கும் இடையிலான இடைவெளியைக் கட்டுப்படுத்துதல், ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் புரட்சியை ஏற்படுத்தியுள்ளது, பொறியாளர்கள் மின் மாற்றம் மற்றும் கட்டுப்பாட்டுக்கான அமைப்புகளை எவ்வாறு வடிவமைத்து உருவாக்குகிறார்கள். தொழில்துறை இயக்கிகள் முதல் மின்சார வாகனங்கள், சூரிய இன்வெர்ட்டர்கள் வரை புல்லட் ரயில்கள் வரை, தி IGBT இன் இருப்பு எல்லா இடங்களிலும் உள்ளது. ஆனால் அனைத்து குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பங்களைப் போலவே, ஐ.ஜி.பி.டி.க்கள் முழுமையாக உருவாகவில்லை -அவை தலைமுறைகளால் உருவாகின, ஒவ்வொன்றும் செயல்திறன், வேகம், செயல்திறன் மற்றும் வெப்ப நிர்வாகத்தில் மேம்பாடுகளைக் கொண்டுவருகின்றன.

இந்த கட்டுரை ஐ.ஜி.பி.டி தொழில்நுட்பத்தின் ஆரம்ப கட்டத்திலிருந்து அதன் ஆரம்ப கட்டத்திலிருந்து இன்று கிடைக்கக்கூடிய அதிநவீன அதிவேக தொகுதிகள் வரை ஆராய்கிறது. அதன் முன்னேற்றத்தைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், இன்றைய சக்தி அமைப்புகள் மற்றும் அதன் எதிர்காலத்தை இயக்கும் புதுமை ஆகியவற்றில் அதன் பங்கை நாம் நன்கு பாராட்ட முடியும்.

IGBT என்றால் என்ன?

அதன் பரிணாம வளர்ச்சியில் டைவிங் செய்வதற்கு முன், ஒரு IGBT என்றால் என்ன என்பதை சுருக்கமாக புரிந்து கொள்ள வேண்டியது அவசியம். ஒரு இன்சுலேட்டட் கேட் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர் என்பது ஒரு குறைக்கடத்தி சாதனமாகும், இது இரண்டு வகையான டிரான்சிஸ்டர்களின் சிறந்த பண்புகளை ஒருங்கிணைக்கிறது: உலோக-ஆக்சைடு-செமிகண்டக்டர் புலம்-விளைவு டிரான்சிஸ்டர் (MOSFET) மற்றும் இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர் டிரான்சிஸ்டர் (பி.ஜே.டி) உயர்-நாணய மற்றும் உயர்-மின்னழுத்த கையாளுதல் திறன் ஆகியவற்றின் அதிவேக மாறுதல்.

இந்த கலப்பின வடிவமைப்பு அனுமதிக்கிறது அதிக சக்தி பயன்பாடுகளில் தேவைப்படும் வலுவான தன்மை மற்றும் குறைந்த கடத்தல் இழப்புகளை வழங்கும் போது மின்னழுத்த சமிக்ஞைகளைப் பயன்படுத்தி எளிதாக ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் இயக்கப்பட வேண்டும். இந்த இரட்டை இயல்பு காரணமாக, மோட்டார் டிரைவ்கள், மின்சார வாகனங்கள் (ஈ.வி), காற்றாலை விசையாழிகள் மற்றும் தடையற்ற மின்சாரம் (யுபிஎஸ்) போன்ற திறமையான மின் கட்டுப்பாடு தேவைப்படும் அமைப்புகளில் ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

முதல் தலைமுறை: அடித்தளத்தை அமைப்பது

முதல் வணிக ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் 1980 களின் முற்பகுதியில் தோன்றியது. அந்த நேரத்தில், பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் பொறியாளர்கள் பி.ஜே.டி.க்களை விட சிறப்பாக செயல்படக்கூடிய ஒரு சாதனத்தைத் தேடிக்கொண்டிருந்தனர், அவை கட்டுப்படுத்த கடினமாக இருந்தன, மற்றும் சக்தி MOSFETS . அதிக மின்னழுத்தங்களில் அதிக கடத்தல் இழப்புகளைக் கொண்டிருந்த முதல் தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி கள் அடிப்படையில் பி.ஜே.டி மற்றும் எம்ஓஎஸ்ஃபெட்களிலிருந்து தற்போதுள்ள புனையமைப்பு செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்தி கட்டப்பட்டன, இதன் விளைவாக அதிக மின்னழுத்த தடுப்பு திறன் (600 வி -1200 வி) சாதனங்கள் ஏற்படுகின்றன, ஆனால் ஒப்பீட்டளவில் மெதுவான மாறுதல் வேகம்.

முதல் தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ்ஸின் மிகப்பெரிய சிக்கல்களில் ஒன்று 'லாட்ச்-அப் ' விளைவு-இது ஒரு அழிவுகரமான குறுகிய சுற்று நிலைக்குள் நுழைந்து தோல்வியடையக்கூடிய ஒரு நிலை. இந்த சிக்கல் சிக்கலான அமைப்புகளில் ஆரம்பகால தத்தெடுப்பை மட்டுப்படுத்தியது, மேலும் சாதனத்தைப் பாதுகாக்க பொறியாளர்கள் வெளிப்புற சுற்றுகளை சேர்க்க வேண்டியிருந்தது. கூடுதலாக, பவர் MOSFET களுடன் ஒப்பிடும்போது மாறுதல் வேகம் மிகவும் மெதுவாக இருந்தது, இது IGBT களை அதிக அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கு பொருத்தமற்றதாக ஆக்கியது.

இந்த குறைபாடுகள் இருந்தபோதிலும், தொழில்துறை மோட்டார் டிரைவ்கள் போன்ற குறைந்த அதிர்வெண் உயர் சக்தி பயன்பாடுகளில் IGBT இன் இடத்தை உறுதிப்படுத்த எளிதான கேட் டிரைவ் மற்றும் உயர் மின்னழுத்த கையாளுதலின் நன்மைகள் போதுமானதாக இருந்தன.

இரண்டாம் தலைமுறை: மேம்பட்ட முரட்டுத்தனம் மற்றும் நம்பகத்தன்மை

1990 களின் முற்பகுதியில், இரண்டாம் தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் சந்தையில் நுழைந்தது. இந்த சாதனங்கள் தாழ்ப்பாளை பாதுகாப்பு உட்பட அவற்றின் முன்னோடிகளில் காணப்படும் பல கவலைகளை உரையாற்றின. தேவையற்ற ஒட்டுண்ணி விளைவுகளைக் குறைப்பதற்கும் பாதுகாப்பான இயக்கப் பகுதிகளை மேம்படுத்துவதற்கும் IGBT இன் உள் அடுக்குகளின் வடிவமைப்பை உற்பத்தியாளர்கள் மேம்படுத்தினர்.

இந்த தலைமுறையில், IGBT இன் கட்டமைப்பு பஞ்ச்-த்ரூ (பி.டி) இலிருந்து பஞ்ச்-அல்லாத (என்.பி.டி) வடிவமைப்புகளுக்கு மாறத் தொடங்கியது. NPT IGBTS சிறந்த குறுகிய சுற்று திறன், மேம்பட்ட வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் எளிமையான செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்தி எளிதான புனையல் ஆகியவற்றை வழங்கியது. அவை வெப்பநிலை மாறுபாடுகளை மிகவும் சகிப்புத்தன்மையடையச் செய்தன, அவை கடுமையான சூழல்களில் மிகவும் நம்பகமானவை.

மற்றொரு குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றம் அணைக்கப்படும் போது குறைக்கப்பட்ட வால் நீரோட்டங்களின் வடிவத்தில் இருந்தது. முதல் தலைமுறையில், அதிகப்படியான கேரியர்களின் மறுசீரமைப்பு நீண்ட வால் நீரோட்டங்களை ஏற்படுத்தியது, இது இழப்புகளை மாற்றுவதற்கும் செயல்திறனைக் குறைப்பதற்கும் வழிவகுத்தது. சிறந்த வாழ்நாள் கட்டுப்பாட்டு நுட்பங்களுடன், இரண்டாம் தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் இந்த இழப்புகளைக் குறைத்து, முன்பை விட வேகமாக மாறுவதற்கு அனுமதித்தது.

இதன் விளைவாக, இரண்டாம் தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி கள் மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள், மின்சாரம் மற்றும் எரிசக்தி சேமிப்பு அமைப்புகளில் லிஃப்ட் மற்றும் எச்.வி.ஐ.சி அமைப்புகளில் பரந்த பயன்பாட்டைக் கண்டறிந்தன.

மூன்றாம் தலைமுறை: வேகம் மற்றும் செயல்திறனை மேம்படுத்துதல்

மூன்றாம் தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி கள் 1990 களின் பிற்பகுதியிலும் 2000 களின் முற்பகுதியிலும் உருவாக்கப்பட்டன, மேலும் தொழில்நுட்பத்தின் பரிணாம வளர்ச்சியில் ஒரு முக்கிய திருப்புமுனையைக் குறிக்கின்றன. இந்த சாதனங்கள் வேகமாக மாறுதல் மற்றும் அதிக செயல்திறனுக்காக உகந்ததாக இருந்தன, இது மிதமான மாறுதல் அதிர்வெண்கள் தேவைப்படுவது உட்பட பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.

ஃபீல்ட் ஸ்டாப் (எஃப்எஸ்) தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துவதே மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்களில் ஒன்றாகும். இந்த நுட்பம் டர்ன்-ஆஃப் போது அதிகப்படியான கேரியர்களை உறிஞ்சுவதற்கு கலெக்டருக்கு அருகில் ஒரு கூடுதல் அடுக்கைச் சேர்ப்பது அடங்கும், இது வால் மின்னோட்டத்தைக் குறைக்கிறது மற்றும் மின்னழுத்த தடுப்பு திறனை சமரசம் செய்யாமல் மாறுவதை வேகப்படுத்துகிறது.

ஃபீல்ட் ஸ்டாப் ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் இரு உலகங்களிலும் சிறந்ததை வழங்கியது: அவை உயர் மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்டத்தை கையாள முடியும், மேலும் அவை கணிசமாக குறைந்த மாறுதல் இழப்புகளுடன் இயங்கின. இது சோலார் இன்வெர்ட்டர்கள், இழுவை அமைப்புகள் மற்றும் வெல்டர்கள் போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைந்தது - அங்கு ஆற்றல் திறன் மற்றும் மறுமொழி முக்கியமானது.

கூடுதலாக, பேக்கேஜிங் தொழில்நுட்பம் மேம்பட்டது. உற்பத்தியாளர்கள் ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகளுக்குள் டையோட்கள் மற்றும் பாதுகாப்பு சுற்றுகளை ஒருங்கிணைக்கத் தொடங்கினர். இது மொத்த கணினி செலவு மற்றும் மேம்பட்ட நம்பகத்தன்மையைக் குறைக்க உதவியது, குறிப்பாக வாகன மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி பயன்பாடுகளில்.

நான்காவது தலைமுறை: சிறிய தொகுதிகள் மற்றும் சிறந்த வெப்ப செயல்திறன்

சக்தி அடர்த்தி தேவைகள் அதிகரித்ததால், நான்காவது தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் ஒரு யூனிட் பகுதிக்கு தற்போதைய கையாளுதலை அதிகரிப்பதில் கவனம் செலுத்தியது, அதே நேரத்தில் மின் இழப்பைக் குறைக்கிறது மற்றும் வெப்ப செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது. இதற்கு குறைக்கடத்தி பொருளின் மேம்பாடுகள் மட்டுமல்லாமல், சாதன கட்டமைப்பில் புதுமைகளும் தேவை.

அகழி-கேட் ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் பிளானர் கேட் வடிவமைப்புகளை மாற்றத் தொடங்கியது. இந்த அகழி கட்டமைப்புகள் சாதனத்திற்குள் மின்சார புலத்தை சிறப்பாக கட்டுப்படுத்த அனுமதித்தன மற்றும் கடத்தல் இழப்புகளைக் குறைத்தன. மேலும், உமிழ்ப்பான் மற்றும் கலெக்டர் ஊக்கமருந்து சுயவிவரங்களில் உள்ள முன்னேற்றங்கள் கடத்துதல் மற்றும் மாறுதல் இழப்புகளுக்கு இடையில் வர்த்தகத்தை நன்றாக மாற்ற உதவியது, மேலும் பயன்பாட்டு தேவைகளுடன் சாதனங்களை பொருத்த வடிவமைப்பாளர்களுக்கு அதிக நெகிழ்வுத்தன்மையை அளிக்கிறது.

கூடுதலாக, பேக்கேஜிங் மற்றும் தொகுதி ஒருங்கிணைப்பு ஒரு பெரிய பாய்ச்சலை எடுத்தது. பல சிப் தொகுதிகள், ஒருங்கிணைந்த கேட் டிரைவர்கள் மற்றும் நேரடி திரவ குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பங்கள் சிறிய கால்தடங்களில் அதிக சக்தி அடர்த்திக்கு அனுமதிக்கப்படுகின்றன. இந்த அம்சங்கள் நான்காவது தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி.க்களை மின்சார ரயில்கள், கலப்பின வாகனங்கள் மற்றும் ஸ்மார்ட் கட்டங்கள் மற்றும் பவர் டிரான்ஸ்மிஷன் சிஸ்டம்ஸ் போன்ற எரிசக்தி உள்கட்டமைப்பு திட்டங்களுக்கு சிறந்த தேர்வாக மாற்றின.

நவீன அதிவேக IGBT தொகுதிகள்: கலை நிலை

இன்றைய IGBT தொகுதிகள் முன்பை விட வேகமானவை, திறமையானவை, மேலும் முரட்டுத்தனமாக உள்ளன. சில கலப்பின வடிவமைப்புகளில் மேம்பட்ட வேஃபர் மெல்லிய, அல்ட்ரா-ஃபைன் அகழி கேட் கட்டமைப்புகள் மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு (எஸ்.ஐ.சி) இணை தொகுத்தல் ஆகியவற்றிற்கு நன்றி, நவீன ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகள் குறைந்தபட்ச இழப்புகளுடன் விதிவிலக்கான மாறுதல் வேகத்தை அடைய முடியும்.

சமீபத்திய அதிவேக IGBT தொகுதிகளின் சில முக்கிய அம்சங்கள் பின்வருமாறு:

• அல்ட்ரா-லோ மாறுதல் இழப்புகள்:  மேம்பட்ட புலம் நிறுத்தம் மற்றும் அகழி கேட் வடிவமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், மாறுதல் இழப்புகள் குறைக்கப்பட்டுள்ளன, இது ஒரு காலத்தில் MOSFET களின் களமாக இருந்த பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.

• அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன்:  அடி மூலக்கூறுகள் மற்றும் நேரடி-செப்பர் பிணைப்பு (டி.சி.பி) போன்ற அலுமினிய நைட்ரைடு போன்ற பொருட்களைப் பயன்படுத்தி, நவீன தொகுதிகள் வெப்பத்தை மிகவும் திறம்பட நிர்வகிக்கின்றன, வாழ்நாளை நீட்டித்தல் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துகின்றன.

• அளவிடுதல்:  மட்டு கட்டமைப்புகள் இப்போது வடிவமைப்பாளர்களை காற்றாலை விசையாழிகள் மற்றும் மின்சார என்ஜின்கள் போன்ற மெகாவாட் அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கான பல IGBT தொகுதிகளை அடுக்கி வைக்க அல்லது இணையாக அனுமதிக்கின்றன.

• நுண்ணறிவு ஒருங்கிணைப்பு:  நவீன தொகுதிகள் வெப்பநிலை, மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தத்திற்கான உள்ளமைக்கப்பட்ட சென்சார்களுடன் வருகின்றன, இது ஸ்மார்ட் கண்டறிதல், முன்கணிப்பு பராமரிப்பு மற்றும் நிகழ்நேர கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றை அனுமதிக்கிறது.

ஈ.வி.க்களுக்கான ஃபாஸ்ட் டி.சி சார்ஜிங் நிலையங்கள், அதிவேக ரயில்கள் மற்றும் அதிக திறன் கொண்ட தொழில்துறை இன்வெர்ட்டர்கள் போன்ற பயன்பாடுகள் இப்போது இந்த மேம்பட்ட ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகளை பெரிதும் நம்பியுள்ளன.

IGBT தொழில்நுட்பத்தின் எதிர்காலம்

சிலிக்கான் கார்பைடு (எஸ்.ஐ.சி) மற்றும் காலியம் நைட்ரைடு (கான்) போன்ற பரந்த பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்திகள் சில களங்களில் ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் உடன் போட்டியிடத் தொடங்கியுள்ள நிலையில், ஐ.ஜி.பி.டி இன்னும் செலவு, முதிர்ச்சி மற்றும் வலுவான தன்மை ஆகியவற்றில் வலுவான நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. எதிர்கால முன்னேற்றங்கள் ஐ.ஜி.பி.டி மற்றும் எஸ்.ஐ.சி டையோட்களை இணைக்கும் அல்லது சேர்க்கை குறைக்கடத்தி அச்சிடுதல் போன்ற புதிய உற்பத்தி நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தும் கலப்பின தொகுதிகளை உள்ளடக்கியிருக்கலாம்.

மேலும், IGBT கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் பெருகிய முறையில் டிஜிட்டல் மற்றும் மென்பொருள் வரையறுக்கப்பட்டதாக மாறும், AI- மேம்பட்ட கண்காணிப்பு அமைப்புகளுடன், உகந்த செயல்திறன் மற்றும் ஆயுட்காலம் ஆகியவற்றிற்கான மாறுதல் முறைகளை தகவமைப்பாக சரிசெய்ய முடியும்.

மின்மயமாக்கலுக்கான உலகளாவிய உந்துதல் தொடர்கையில், குறிப்பாக வாகன மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க துறைகளில், ஐ.ஜி.பி.டி கள் நடுத்தர மற்றும் உயர் மின்னழுத்த சக்தி மாற்றும் அமைப்புகளில் ஒரு முக்கிய கட்டுமானத் தொகுதியாக இருக்கும்.

ஐ.ஜி.பி.டி கண்டுபிடிப்பில் நம்பகமான வீரர்: ஜியாங்சு டோங்காய் செமிகண்டக்டர் கோ., லிமிடெட்.

ஐ.ஜி.பி.டி தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றத்திற்கு தீவிரமாக பங்களிக்கும் நிறுவனங்களில், ஜியாங்சு டோங்காய் செமிகண்டக்டர் கோ, லிமிடெட். உயர் செயல்திறன் கொண்ட IGBT சில்லுகள் மற்றும் தொகுதிகளை உருவாக்குவதில் கவனம் செலுத்துவதன் மூலம், மின்சார போக்குவரத்து முதல் ஸ்மார்ட் எரிசக்தி மற்றும் தொழில்துறை ஆட்டோமேஷன் வரையிலான தொழில்களை ஆதரிப்பதில் நிறுவனம் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.

ஜியாங்சு டோங்காய் குறைக்கடத்தி மேம்பட்ட உற்பத்தி செயல்முறைகளுடன் ஆழமான பொருள் நிபுணத்துவத்தை ஒருங்கிணைத்து நம்பகமான, திறமையான மற்றும் அதிவேக ஐ.ஜி.பி.டி தீர்வுகளை உருவாக்குகிறது. கச்சிதமான, நீடித்த மற்றும் உயர் திறன் கொண்ட சக்தி தொகுதிகளுக்கான தேவை வளரும்போது, ​​அடுத்த தலைமுறை ஐ.ஜி.பி.டி தொழில்நுட்பத்தை மிகவும் நிலையான மற்றும் மின்மயமாக்கப்பட்ட எதிர்காலத்தை வழங்குவதில் ஜியாங்சு டோங்காய் போன்ற நிறுவனங்கள் அவசியம்.