பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில், இன்சுலேட்டட் கேட் பைபோலார் டிரான்சிஸ்டர் (ஐஜிபிடி) கடந்த சில தசாப்தங்களில் மிகவும் செல்வாக்கு மிக்க கூறுகளில் ஒன்றாக உள்ளது. உயர் மின்னழுத்த திறன்கள் மற்றும் எளிதான கேட் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றுக்கு இடையே உள்ள இடைவெளியைக் குறைக்கும் வகையில், IGBTகள், மின்மாற்றம் மற்றும் கட்டுப்பாட்டுக்கான அமைப்புகளை பொறியாளர்கள் எவ்வாறு வடிவமைத்து உருவாக்குகிறார்கள் என்பதில் புரட்சியை ஏற்படுத்தியுள்ளனர். தொழில்துறை இயக்கிகள் முதல் மின்சார வாகனங்கள், சோலார் இன்வெர்ட்டர்கள் முதல் புல்லட் ரயில்கள் வரை IGBT இன் இருப்பு எல்லா இடங்களிலும் உள்ளது. ஆனால் அனைத்து செமிகண்டக்டர் தொழில்நுட்பங்களைப் போலவே, IGBT களும் முழுமையாக உருவாக்கப்படவில்லை - அவை தலைமுறைகளாக உருவாகின, ஒவ்வொன்றும் செயல்திறன், வேகம், செயல்திறன் மற்றும் வெப்ப மேலாண்மை ஆகியவற்றில் முன்னேற்றங்களைக் கொண்டு வருகின்றன.
இந்தக் கட்டுரை IGBT தொழில்நுட்பத்தின் ஆரம்ப நிலைகளில் இருந்து இன்று கிடைக்கும் அதிவேக மாட்யூல்கள் வரையிலான பயணத்தை ஆராய்கிறது. அதன் முன்னேற்றத்தைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், இன்றைய சக்தி அமைப்புகளில் அதன் பங்கையும், அதன் எதிர்காலத்தை இயக்கும் புதுமையையும் நாம் நன்றாகப் பாராட்டலாம்.
IGBT என்றால் என்ன?
அதன் பரிணாம வளர்ச்சியில் மூழ்குவதற்கு முன், IGBT என்றால் என்ன என்பதை சுருக்கமாகப் புரிந்துகொள்வது அவசியம். இன்சுலேட்டட் கேட் பைபோலார் டிரான்சிஸ்டர் என்பது இரண்டு வகையான டிரான்சிஸ்டர்களின் சிறந்த பண்புகளை ஒருங்கிணைக்கும் ஒரு குறைக்கடத்தி சாதனமாகும்: மெட்டல்-ஆக்சைடு-செமிகண்டக்டர் ஃபீல்ட்-எஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டரின் அதிவேக மாறுதல் (MOSFET) மற்றும் உயர் மின்னோட்டம் மற்றும் உயர் மின்னழுத்த கையாளுதல் திறன் (BipolarBJT Transist)
இந்த கலப்பின வடிவமைப்பு அனுமதிக்கிறது அதிக சக்தி பயன்பாடுகளில் தேவைப்படும் வலிமை மற்றும் குறைந்த கடத்தல் இழப்புகளை வழங்கும் போது, மின்னழுத்த சிக்னல்களைப் பயன்படுத்தி IGBTகளை எளிதாக ஆன் மற்றும் ஆஃப் செய்ய வேண்டும். இந்த இரட்டை இயல்பின் காரணமாக, மோட்டார் டிரைவ்கள், மின்சார வாகனங்கள் (EVகள்), காற்றாலை விசையாழிகள் மற்றும் தடையில்லா மின்சாரம் (UPS) போன்ற திறமையான சக்திக் கட்டுப்பாடு தேவைப்படும் அமைப்புகளில் IGBTகள் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
முதல் தலைமுறை: அடித்தளம் அமைத்தல்
முதல் வணிக IGBT கள் 1980 களின் முற்பகுதியில் தோன்றின. அந்த நேரத்தில், பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் பொறியாளர்கள் BJT களை விட சிறப்பாக செயல்படக்கூடிய ஒரு சாதனத்தைத் தேடினர், அவை கட்டுப்படுத்த கடினமாக இருந்தன, மேலும் சக்தி MOSFETகள் , அதிக மின்னழுத்தங்களில் அதிக கடத்தல் இழப்புகளைக் கொண்டிருந்தது. முதல் தலைமுறை IGBTகள் அடிப்படையில் BJTகள் மற்றும் MOSFET களில் இருந்து ஏற்கனவே உள்ள புனையமைப்பு செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்தி கட்டமைக்கப்பட்டது, இதன் விளைவாக உயர் மின்னழுத்த தடுப்பு திறன் (600V-1200V) ஆனால் ஒப்பீட்டளவில் மெதுவாக மாறுதல் வேகம் கொண்ட சாதனங்கள்.
முதல்-தலைமுறை IGBT களில் உள்ள மிகப்பெரிய சிக்கல்களில் ஒன்று 'லாட்ச்-அப்' விளைவு - IGBT ஒரு அழிவுகரமான ஷார்ட்-சர்க்யூட் நிலையில் நுழைந்து தோல்வியடையும் ஒரு நிலை. இந்த சிக்கல் சிக்கலான அமைப்புகளில் ஆரம்பகால தத்தெடுப்பை மட்டுப்படுத்தியது, மேலும் பொறியாளர்கள் சாதனத்தைப் பாதுகாக்க வெளிப்புற சுற்றுகளை சேர்க்க வேண்டியிருந்தது. கூடுதலாக, பவர் MOSFET களுடன் ஒப்பிடும்போது மாறுதல் வேகம் மிகவும் மெதுவாக இருந்தது, இது உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கு IGBTகளை பொருத்தமற்றதாக மாற்றியது.
இந்தக் குறைபாடுகள் இருந்தபோதிலும், ஈஸி கேட் டிரைவ் மற்றும் உயர் மின்னழுத்தக் கையாளுதலின் பலன்கள், தொழில்துறை மோட்டார் டிரைவ்கள் போன்ற குறைந்த அதிர்வெண் உயர்-பவர் பயன்பாடுகளில் IGBTயின் இடத்தை உறுதிப்படுத்த போதுமானதாக இருந்தது.
இரண்டாம் தலைமுறை: மேம்படுத்தப்பட்ட முரட்டுத்தனம் மற்றும் நம்பகத்தன்மை
1990களின் தொடக்கத்தில், இரண்டாம் தலைமுறை IGBTகள் சந்தையில் நுழைந்தன. இந்த சாதனங்கள் லாட்ச்-அப் பாதுகாப்பு உட்பட அவற்றின் முன்னோடிகளில் காணப்படும் பல கவலைகளை நிவர்த்தி செய்தன. தேவையற்ற ஒட்டுண்ணி விளைவுகளை குறைக்க மற்றும் பாதுகாப்பான இயக்க பகுதிகளை மேம்படுத்த உற்பத்தியாளர்கள் IGBT இன் உள் அடுக்குகளின் வடிவமைப்பை மேம்படுத்தினர்.
இந்த தலைமுறையில், IGBTயின் கட்டமைப்பு பஞ்ச்-த்ரூ (PT) இலிருந்து பஞ்ச்-த்ரூ அல்லாத (NPT) வடிவமைப்புகளுக்கு மாறத் தொடங்கியது. NPT IGBTகள் சிறந்த ஷார்ட்-சர்க்யூட் திறன், மேம்படுத்தப்பட்ட வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் எளிமையான செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்தி எளிதாக புனையலை வழங்குகின்றன. அவை வெப்பநிலை மாறுபாடுகளை அதிக சகிப்புத்தன்மை கொண்டவையாக மாறி, கடுமையான சூழல்களில் அவற்றை மிகவும் நம்பகமானதாக ஆக்கியது.
மற்றொரு குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றம் அணைக்கப்படும் போது குறைக்கப்பட்ட வால் நீரோட்டங்களின் வடிவத்தில் இருந்தது. முதல் தலைமுறையில், அதிகப்படியான கேரியர்களின் மறுசீரமைப்பு நீண்ட வால் நீரோட்டங்களை ஏற்படுத்தியது, இது இழப்புகளை மாற்றுவதற்கும் செயல்திறன் குறைவதற்கும் வழிவகுத்தது. சிறந்த வாழ்நாள் கட்டுப்பாட்டு நுட்பங்களுடன், இரண்டாம் தலைமுறை IGBTகள் இந்த இழப்புகளைக் குறைத்து, முன்பை விட வேகமாக மாற அனுமதித்தன.
இதன் விளைவாக, இரண்டாம் தலைமுறை IGBTகள் மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள், மின் விநியோகம் மற்றும் லிஃப்ட் மற்றும் HVAC அமைப்புகளில் ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளில் பரந்த பயன்பாட்டைக் கண்டறிந்தன.
மூன்றாம் தலைமுறை: வேகம் மற்றும் செயல்திறனுக்கான மேம்படுத்தல்
மூன்றாம் தலைமுறை IGBTகள் 1990 களின் பிற்பகுதியிலும் 2000 களின் முற்பகுதியிலும் உருவாக்கப்பட்டன மற்றும் தொழில்நுட்பத்தின் பரிணாம வளர்ச்சியில் ஒரு முக்கிய திருப்புமுனையாக அமைந்தன. இந்தச் சாதனங்கள் வேகமான மாறுதல் மற்றும் அதிக செயல்திறனுக்காக உகந்ததாக்கப்பட்டது, மிதமான மாறுதல் அதிர்வெண்கள் தேவைப்படுபவை உட்பட, பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.
ஃபீல்ட் ஸ்டாப் (FS) தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துவது மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்களில் ஒன்றாகும். இந்த நுட்பம், டர்ன்-ஆஃப் செய்யும் போது அதிகப்படியான கேரியர்களை உறிஞ்சுவதற்கு சேகரிப்பாளரின் அருகே ஒரு கூடுதல் அடுக்கைச் சேர்ப்பதை உள்ளடக்குகிறது, இது வால் மின்னோட்டத்தைக் குறைக்கிறது மற்றும் மின்னழுத்தத் தடுப்பு திறனை சமரசம் செய்யாமல் மாறுவதை துரிதப்படுத்துகிறது.
ஃபீல்ட் ஸ்டாப் IGBTகள் இரண்டு உலகங்களிலும் சிறந்ததை வழங்குகின்றன: அவை உயர் மின்னழுத்தத்தையும் மின்னோட்டத்தையும் கையாள முடியும், மேலும் அவை கணிசமாக குறைந்த மாறுதல் இழப்புகளுடன் இயங்கின. இது சோலார் இன்வெர்ட்டர்கள், டிராக்ஷன் சிஸ்டம்கள் மற்றும் வெல்டர்கள் போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு அவற்றை சிறந்ததாக ஆக்கியது-இங்கு ஆற்றல் திறன் மற்றும் பதிலளிக்கும் தன்மை ஆகியவை முக்கியம்.
கூடுதலாக, பேக்கேஜிங் தொழில்நுட்பம் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. உற்பத்தியாளர்கள் IGBT தொகுதிகளுக்குள் டையோட்கள் மற்றும் பாதுகாப்பு சுற்றுகளை ஒருங்கிணைத்து அவற்றை மிகவும் கச்சிதமான மற்றும் வலுவானதாக மாற்றத் தொடங்கினர். இது மொத்த கணினி செலவைக் குறைக்க உதவியது மற்றும் மேம்பட்ட நம்பகத்தன்மை, குறிப்பாக வாகன மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் பயன்பாடுகளில்.
நான்காவது தலைமுறை: சிறிய தொகுதிகள் மற்றும் சிறந்த வெப்ப செயல்திறன்
மின் அடர்த்தி தேவைகள் அதிகரித்ததால், நான்காவது தலைமுறை IGBT கள் ஒரு யூனிட் பகுதிக்கு தற்போதைய கையாளுதலை அதிகரிப்பதில் கவனம் செலுத்துகின்றன, அதே நேரத்தில் மின் இழப்பைக் குறைத்து வெப்ப செயல்திறனை மேம்படுத்துகின்றன. இதற்கு செமிகண்டக்டர் பொருளின் மேம்பாடுகள் மட்டுமின்றி சாதன அமைப்பில் புதுமைகளும் தேவைப்பட்டன.
டிரெஞ்ச்-கேட் IGBTகள் பிளானர் கேட் வடிவமைப்புகளை மாற்றத் தொடங்கின. இந்த அகழி கட்டமைப்புகள் சாதனத்தின் உள்ளே உள்ள மின்சார புலத்தை சிறப்பாகக் கட்டுப்படுத்தவும் கடத்தல் இழப்புகளைக் குறைக்கவும் அனுமதித்தன. மேலும், உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான் ஊக்கமருந்து சுயவிவரங்களில் முன்னேற்றங்கள் கடத்தல் மற்றும் மாறுதல் இழப்புகளுக்கு இடையிலான வர்த்தகத்தை நன்றாக மாற்ற உதவியது, மேலும் பயன்பாட்டுத் தேவைகளுக்கு சாதனங்களைப் பொருத்த வடிவமைப்பாளர்களுக்கு அதிக நெகிழ்வுத்தன்மையைக் கொடுத்தது.
கூடுதலாக, பேக்கேஜிங் மற்றும் தொகுதி ஒருங்கிணைப்பு ஒரு பெரிய பாய்ச்சலை எடுத்தது. மல்டி-சிப் தொகுதிகள், ஒருங்கிணைந்த கேட் டிரைவர்கள் மற்றும் நேரடி திரவ குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பங்கள் சிறிய கால்தடங்களில் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியை அனுமதிக்கின்றன. இந்த அம்சங்கள் நான்காம் தலைமுறை IGBT களை மின்சார ரயில்கள், ஹைப்ரிட் வாகனங்கள் மற்றும் ஸ்மார்ட் கிரிட்கள் மற்றும் பவர் டிரான்ஸ்மிஷன் சிஸ்டம்கள் போன்ற ஆற்றல் உள்கட்டமைப்பு திட்டங்களுக்கு சிறந்த தேர்வாக மாற்றியது.
நவீன அதிவேக IGBT தொகுதிகள்: கலை நிலை
இன்றைய IGBT தொகுதிகள் முன்னெப்போதையும் விட வேகமானவை, திறமையானவை மற்றும் முரட்டுத்தனமானவை. மேம்பட்ட செதில் மெலிதல், அல்ட்ரா-ஃபைன் டிரெஞ்ச் கேட் கட்டமைப்புகள் மற்றும் சில கலப்பின வடிவமைப்புகளில் சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) இணை பேக்கேஜிங் ஆகியவற்றிற்கு நன்றி, நவீன IGBT தொகுதிகள் குறைந்த இழப்புகளுடன் விதிவிலக்கான மாறுதல் வேகத்தை அடைய முடியும்.
சமீபத்திய அதிவேக IGBT தொகுதிகளின் சில முக்கிய அம்சங்கள் பின்வருமாறு:
அல்ட்ரா-குறைந்த மாறுதல் இழப்புகள்: மேம்பட்ட ஃபீல்ட் ஸ்டாப் மற்றும் டிரெஞ்ச் கேட் வடிவமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், மாறுதல் இழப்புகள் குறைக்கப்பட்டுள்ளன, இது ஒரு காலத்தில் பிரத்தியேகமாக MOSFETகளின் டொமைனாக இருந்த பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.
உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன்: அடி மூலக்கூறுகள் மற்றும் நேரடி-தாமிர பிணைப்பு (டிசிபி) ஆகியவற்றிற்கு அலுமினியம் நைட்ரைடு போன்ற பொருட்களைப் பயன்படுத்தி, நவீன தொகுதிகள் வெப்பத்தை மிகவும் திறம்பட நிர்வகிக்கின்றன, வாழ்நாளை நீட்டித்து நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துகின்றன.
அளவிடுதல்: காற்றாலை விசையாழிகள் மற்றும் மின்சார இன்ஜின்கள் போன்ற மெகாவாட் அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கு பல IGBT தொகுதிகளை அடுக்கி வைக்க அல்லது இணையாக வடிவமைப்பாளர்களை மாடுலர் கட்டமைப்புகள் இப்போது அனுமதிக்கின்றன.
நுண்ணறிவு ஒருங்கிணைப்பு: நவீன தொகுதிகள் வெப்பநிலை, மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தத்திற்கான உள்ளமைக்கப்பட்ட சென்சார்களுடன் வருகின்றன, இது ஸ்மார்ட் கண்டறிதல், முன்கணிப்பு பராமரிப்பு மற்றும் நிகழ்நேரக் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றை அனுமதிக்கிறது.
EVகளுக்கான வேகமான DC சார்ஜிங் நிலையங்கள், அதிவேக ரயில்கள் மற்றும் அதிக திறன் கொண்ட தொழில்துறை இன்வெர்ட்டர்கள் போன்ற பயன்பாடுகள் இப்போது இந்த மேம்பட்ட IGBT தொகுதிகளை பெரிதும் நம்பியுள்ளன.
IGBT தொழில்நுட்பத்தின் எதிர்காலம்
சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) மற்றும் கேலியம் நைட்ரைடு (GaN) போன்ற பரந்த பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்திகள் சில குறிப்பிட்ட களங்களில் IGBTகளுடன் போட்டியிடத் தொடங்கினாலும், IGBT இன்னும் செலவு, முதிர்வு மற்றும் வலிமை ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் வலுவான நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. எதிர்கால மேம்பாடுகள் IGBTகள் மற்றும் SiC டையோட்களை இணைக்கும் கலப்பின தொகுதிகளை உள்ளடக்கியிருக்கலாம் அல்லது சேர்க்கை குறைக்கடத்தி அச்சிடுதல் போன்ற புதிய உற்பத்தி நுட்பங்களைப் பயன்படுத்துகின்றன.
மேலும், IGBT கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் பெருகிய முறையில் டிஜிட்டல் மற்றும் மென்பொருள்-வரையறுக்கப்பட்டதாக மாறும், AI-மேம்படுத்தப்பட்ட கண்காணிப்பு அமைப்புகளுடன், உகந்த செயல்திறன் மற்றும் ஆயுட்காலத்திற்கான மாறுதல் வடிவங்களை மாற்றியமைக்க முடியும்.
மின்மயமாக்கலுக்கான உலகளாவிய உந்துதல் தொடர்வதால், குறிப்பாக வாகன மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க துறைகளில், நடுத்தர மற்றும் உயர் மின்னழுத்த ஆற்றல் மாற்ற அமைப்புகளில் IGBT கள் ஒரு முக்கிய கட்டுமானத் தொகுதியாக இருக்கும்.
IGBT கண்டுபிடிப்புகளில் நம்பகமான வீரர்: ஜியாங்சு டோங்காய் செமிகண்டக்டர் கோ., லிமிடெட்.
IGBT தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றத்திற்கு தீவிரமாக பங்களிக்கும் நிறுவனங்களில், ஜியாங்சு டோங்காய் செமிகண்டக்டர் கோ., லிமிடெட், ஆற்றல் குறைக்கடத்தி வெளியில் ஒரு பிரத்யேக உற்பத்தியாளர் மற்றும் கண்டுபிடிப்பாளர் என தனித்து நிற்கிறது. உயர்-செயல்திறன் கொண்ட IGBT சில்லுகள் மற்றும் தொகுதிகளை உருவாக்குவதில் கவனம் செலுத்துவதன் மூலம், மின்சார போக்குவரத்து முதல் ஸ்மார்ட் ஆற்றல் மற்றும் தொழில்துறை ஆட்டோமேஷன் வரையிலான தொழில்களை ஆதரிப்பதில் நிறுவனம் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.
Jiangsu Donghai செமிகண்டக்டர் நம்பகமான, திறமையான மற்றும் அதிவேக IGBT தீர்வுகளை உருவாக்க, மேம்பட்ட உற்பத்தி செயல்முறைகளுடன் ஆழமான பொருள் நிபுணத்துவத்தை ஒருங்கிணைக்கிறது. கச்சிதமான, நீடித்த மற்றும் உயர்-செயல்திறன் கொண்ட ஆற்றல் தொகுதிகளுக்கான தேவை அதிகரித்து வருவதால், ஜியாங்சு டோங்காய் போன்ற நிறுவனங்கள் அடுத்த தலைமுறை IGBT தொழில்நுட்பத்தை மிகவும் நிலையான மற்றும் மின்மயமாக்கப்பட்ட எதிர்காலத்தை வழங்குவதில் அவசியம்.
