Diotec entra nel mercato degli IGBT

Diotec fa il salto dai diodi alla tecnologia IGBT

Diotec è andata oltre i diodi e ora offre MOSFET, IGBT e transistor SiC. L’ultima novità, i transistor IGBT, è disponibile in confezioni TO-247-3 e TO-247-4, in grado di supportare commutazioni fino a 75 A a 650 V e 40 A a 1.350 V mantenendo una temperatura del chip di 100 °C. Nel corso del 2025, l’azienda prevede di introdurre IGBT da 115 A a 650 V e da 100 A a 1 200 V.

Struttura della cella IGBT

La figura 1 mostra una sezione trasversale di una singola cella IGBT, che comprende un gate verticale (trench) e uno strato field-stop che migliora la caduta del campo elettrico all’interno del chip. La cella ha in genere una larghezza compresa tra 2 e 10 μm. Il chip IGBT al silicio incorpora milioni di queste celle, consentendo di commutare correnti dell’ordine delle centinaia di ampere. Per tensioni di commutazione di 650 V, lo spessore tipico del chip IGBT è compreso tra 65 e 75 μm.

n– indica un drogaggio leggero di tipo n, n rappresenta un drogaggio standard e n+ indica un drogaggio elevato. Lo stesso vale per i semiconduttori di tipo p.

L’IGBT della Figura 1 consente facilmente l’integrazione di un diodo antiparallelo. La regione p+ inferiore viene suddivisa in aree p+ e n+ alternate collegate al collettore, creando un diodo con la struttura p+, p-, n-, n, n+.

Circuito equivalente dell’IGBT

Rd rappresenta la resistenza della regione di deriva n-, mentre Rb è la resistenza totale delle regioni p- e p+.

Il funzionamento è semplice: una tensione positiva tra il gate (G) e l’emettitore (E) accende il MOSFET Q1, attivando il transistor PNP Q2. L’IGBT comprende anche un transistor parassita NPN Q3.

In teoria, una corrente di emettitore molto elevata potrebbe causare una forte caduta di tensione su Rb, attivando il transistor parassita NPN Q3. In questo caso, il transistor PNP Q2 rimarrebbe acceso (latch-up) e lo spegnimento del MOSFET Q1 non ne interromperebbe il funzionamento, portando potenzialmente al surriscaldamento e al guasto dell’IGBT. I moderni IGBT evitano questo problema ottimizzando i livelli di drogaggio e la geometria delle regioni.

Pacchetto a 3 o 4 pin

Il chip IGBT si collega al pacchetto tramite fili di collegamento che, come qualsiasi conduttore, presentano resistenza e induttanza. I terminali del pacchetto introducono anche ulteriore resistenza e induttanza nel circuito. Durante la commutazione, le rapide variazioni di corrente generano una tensione attraverso l’induttanza (Ve = L*di/dt), che influisce sulla tensione gate-emettitore (Vge). All’accensione, Vge = Vg - Ve, rallentando il processo di accensione e aumentando le perdite di commutazione. Analogamente, in fase di spegnimento, Vge = Vg + Ve, rallentando il processo di spegnimento e aumentando ulteriormente le perdite.

Il pacchetto TO-247-4L a 4 pin aggiunge un filo di collegamento e un cavo supplementare per l’emettitore. Il driver dell’IGBT si collega tra il gate (G) e questo cavo. Poiché la corrente del driver è molto inferiore alla corrente commutata dall’IGBT, l’induttanza del filo aggiuntivo ha un effetto molto minore sulla Vge.

IGBT di Diotec

L’attuale gamma di IGBT di Diotec è caratterizzata da una struttura field-stop con gate a trincea e comprende diodi antiparalleli.

Questi IGBT sono disponibili in tre categorie di velocità, contrassegnate dalle lettere S, M e F:

• S - fino a 20 kHz (commutazione risonante);
• M - fino a 50 kHz (commutazione a media velocità);
• F - fino a 100 kHz (commutazione rapida).

Diotec offre attualmente una gamma di 7 modelli di IGBT e prevede di ampliare presto la linea con 17 nuovi modelli, includendo anche IGBT in pacchetti SMD per il futuro.

Applicazioni 

• Riscaldamento a induzione - per piani cottura e applicazioni industriali (S);
• inverter per motori - per veicoli elettrici ed elettrodomestici (F);
• inverter per energia solare (M);
• gruppi di continuità (UPS) (M);
• riscaldamento con riscaldatori a coefficiente di temperatura positivo (PTC) (M);
• correzione del fattore di potenza (PFC) (F);
• saldatrici. (F, M)

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