然而，对于那些要求降低系统总成本、同时兼顾电磁干扰抑制和延长使用寿命的用户而言，最大限度地降低IGBT模块的功耗也是一个关键考虑因素。作为NX系列产品开发的第二步，我们改进了CSTBT™技术，从而能够提供更合适的解决方案。.
NX系列IGBT模块
为了满足空间和成本要求，IGBT 模块通常设计成不同尺寸。此外，IGBT 模块系列包含多种不同的封装元件，例如封装类型、基座、端子、绝缘体和功率芯片。NX 系列采用统一的封装和通用的组装工艺，使我们能够提供丰富的电路模块，不仅包括单个模块，还包括二合一、七合一和 CIB（转换器-逆变器-制动器）配置。我们还可以根据特定应用的需求提供其他独特的配置。图 1 显示了一些封装类型。电路配置和端子设计都具有很高的灵活性。.
芯片技术：
IGBT芯片发展。
图2显示了FOM（性能指标），它反映了IGBT性能的提升。FOM定义为芯片电流密度(JC)除以饱和电压(VCE(sat))与关断功率损耗(Eoff)的乘积，计算条件为：在Tj = 125 °C下，电感开关过程中，单位电流每脉冲的功率损耗。CSTBT™技术的FOM优于沟槽式IGBT技术。三菱第六代IGBT的FOM比第五代提高了30%。
第六代
IGBT芯片基于先进的CSTBT™技术。图3对比了第六代IGBT与传统第五代IGBT的横截面视图。两种IGBT均采用CSTBT™技术，利用载流子存储（CS）效应。第六代IGBT开发的第一步是，通过开发薄晶圆工艺技术[2]，将晶圆结构从NPT（非穿通）技术改进为LPT（轻穿通）技术。第二步，优化单元设计以改善VCE(sat) - Esw(off)权衡比。缩小
单元沟槽并优化CS层掺杂可以增强该层的CS效应[3]。如图 4 所示，VCE(sat)-Esw(off) 权衡比得到了显著改善。另一个重要的考虑因素是 IGBT 的功率损耗性能与短路安全区 (SCSOA) 之间存在权衡关系。图 5 显示了第六代 IGBT 芯片的 SCSOA 数据。CS 层优化和单元设计在不牺牲 IGBT 功率损耗性能的前提下，提供了超过 10 ms 的短路耐受能力。
FWDi
) 设计的结构，并与传统的 FWDi 进行了比较。如图 7 所示，薄晶圆工艺技术有助于改善正向电压 VF 和开关损耗恢复 Esw(rec) 之间的权衡。
'
导通特性：
降低上电开关期间的dv/dt比值通常有助于抑制设备辐射的EMI噪声。一般来说，可以通过控制外部电路的栅极速度来降低导通dv/dt；否则，降低dv/dt会增加IGBT芯片的导通损耗(Esw(on))。图8显示了Esw(on)和dv/dt之间的权衡关系。可以通过改变栅极电阻来控制开关速度。在dv/dt = 7.5 kV/ms处（我们假设这是一个假设的用户工况），第六代IGBT芯片的Esw(on)比传统IGBT低20%。FWDi
中反向恢复值的平滑性以及IGBT中的反向传输容量(Cres)有助于改善Esw(on)与dv/dt之间的权衡关系。该结果表明，第六代IGBT具有更宽的选择范围和良好的功率损耗控制能力，且能适应噪声水平的变化。
关断特性：
关断瞬间，N层中存在多个电子对空穴和自由电子，因此集电极电流不会突然停止。集电极电流会随时间逐渐减小，其减小量取决于电子寿命。此外，第六代IGBT通过优化LPT结构改善了尾电流。图9显示了关断过程中的波形。第六代IGBT芯片的尾电流低于第五代。更低的尾电流意味着更低的Esw(off)损耗。
功率损耗性能：
针对额定电压为 1200 V、额定电流为 150 A 的第五代和第六代 IGBT 模块（见图 10），在 400 VAC、30 kW 满载功率下，对它们在一般 PWM 逆变器应用中的功率损耗进行了估算。每个器件的栅极电阻均经过选择，使得 dv/dt 比值相同（7.5 kV/ms）。IGBT/FWDi 芯片的总功率损耗包括开关损耗和静态损耗。我们的计算表明，第六代 IGBT 模块的损耗比传统模块低 20%。
热仿真：
NX系列器件的热仿真结果如图11所示。仿真假设采用1200V/1000A的NX系列器件，采用二合一封装，输入电压为400V，驱动185kW逆变器满载运行。第六代IGBT模块的结温(Tj)平均比传统IGBT低25℃。新型FWDi的结温平均比传统FWD低21℃。因此，可以减小冷却系统的空间占用、重量和成本。
可靠性限制：
在许多情况下，IGBT 模块的寿命主要受间歇运行期间结区热疲劳的影响。图 12 显示了最新 NX 系列模块与旧款模块（H 系列）的寿命对比。采用第六代 IGBT 的 NX 系列与当前 NX 系列具有相同的寿命，并且优于 H 系列。此外，提高最大结温 Tj 也是设计新型功率设备时的一个必要条件。采用第六代 IGBT 的 NX 系列允许在最高结温 Tj 175 °C 下运行。NX 系列已在两种工作条件下（Tj(max) = 125 °C 和 Tj(max) = 175 °C）进行了测试。在 Tj(max)=175 °C 时，第六代 IGBT 的寿命性能介于当前 NX 系列的 Tj(max)=125 °C 和 H 系列（在 Tj(max)=125 °C 时）之间。
结论：
随着第六代IGBT芯片和新型FWDi技术的开发，三菱NX系列IGBT模块将显著降低功率应用中的功耗。对于IGBT模块用户而言，这意味着更高的系统效率。此外，NX系列还具有灵活的封装方式和更优异的器件特性，从而拓展了其应用范围。新型NX系列在未来功率系统的发展中具有巨大的潜力。
作者：西山武人、宫崎裕二。工作单位：日本三菱电机株式会社，电力设备部门。.
参考文献
[1] Manabu Matsumoto 等，“采用统一封装部件的新型 IGBT 模块的开发”PCIM CHINA 2007。
[2] Takahashi Tetsuo 等，“CSTBTTM (III) 作为下一代 IGBT”ISPSD 2008。
[3] Satoh Katsumi 等，“下一代功率模块的新芯片设计技术”PCIM Europe 2008。
