隨著大功率半導(dǎo)體的發(fā)展和完善，已經(jīng)使它在電子工程的各項(xiàng)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在日益增長(zhǎng)的
對(duì)資源保護(hù)需求(例如能源節(jié)約問(wèn)題)，在新生能源(如風(fēng)力和光伏發(fā)電)和在潔凈的化石燃料方面(如
在純電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車中所使用的)，這種發(fā)展表現(xiàn)出強(qiáng)勁增長(zhǎng)的活力。
這種發(fā)展也明顯改善了系統(tǒng)成本和使用范圍，提高了能源生產(chǎn)和降低了能耗。“低材料消耗/低成本”
和“高效率”的部件對(duì)未來(lái)發(fā)展帶來(lái)十分重要的意義。
目前市場(chǎng)上提供的可控的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品最高電壓和電流值。通過(guò)對(duì)功率半導(dǎo)體和半導(dǎo)
體器件并聯(lián)和串聯(lián)的連接，現(xiàn)在可以轉(zhuǎn)換幾乎所有的電能源的形式，通過(guò)這種方式不但使我們能把
電能轉(zhuǎn)換成其他能源形式，而且可以從別的能源形式獲得電能。
IGBT(絕緣柵雙極晶體管)作為無(wú)源模塊在從幾千瓦的中功率到幾兆瓦的大功率網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造有很重
要的意義，特別是對(duì)“大眾市場(chǎng)”。
從80年代中期開始，這些和其他一些有主動(dòng)開關(guān)功能的大功率半導(dǎo)體器件，如大功率MOSFET(金
屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，GTO晶閘管(開關(guān)效應(yīng))和集成模塊IGCT(集成晶閘管)，在實(shí)際應(yīng)用
中已完全取代了傳統(tǒng)的晶閘管。 而IGBT和MOSFET相對(duì)于其他大功率開關(guān)半導(dǎo)體，如傳統(tǒng)的IGCT
和GTO晶閘管，顯示出其一系列的優(yōu)勢(shì)，比如可應(yīng)用于從主動(dòng)的開關(guān)控制到被動(dòng)的短路關(guān)閉的任何
情況，無(wú)須關(guān)閉整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)它還具有操作簡(jiǎn)單，開關(guān)時(shí)間短和相對(duì)較低的開關(guān)損耗。微電子技
術(shù)使生產(chǎn)這些大功率半導(dǎo)體器件變得相對(duì)更容易和成本更低廉。
1975年賽米控公司首先在市場(chǎng)推出了采用硅芯片制造的無(wú)源模塊，現(xiàn)在這些模塊被廣泛地應(yīng)用在電
流超過(guò)幾十安培的網(wǎng)絡(luò)中。這些模塊通常包含了一定數(shù)量相同或不同的元器件(如IGBT，二極管，
晶體管和功率二極管)和配件(如溫度或電流傳感器)及開關(guān)控制和保護(hù)部件(智能功率半導(dǎo)體/ IPM)。
大功率無(wú)源模塊在使用時(shí)需要表面冷卻來(lái)解決散熱問(wèn)題，但它對(duì)比傳統(tǒng)的插片模塊有很多優(yōu)勢(shì)：傳
統(tǒng)的插片模塊比無(wú)源模塊多產(chǎn)生大約30%的熱損失，而且必須雙面冷卻。并且無(wú)源模塊比傳統(tǒng)的插
片模塊更適合串聯(lián)連接。除了安裝便捷以外，無(wú)源模塊的“集成化”也是一大優(yōu)勢(shì)，根據(jù)不同要求可
隨意把不同的元器件組合到一個(gè)模塊集成中并在模塊表面貼上經(jīng)過(guò)絕緣檢驗(yàn)的散熱片。這樣在大批
量的生產(chǎn)時(shí)可降低生產(chǎn)成本。
現(xiàn)在大功率MOSFET被廣泛的應(yīng)用到供電系統(tǒng)(開關(guān)部件)、汽車電器的低壓開關(guān)設(shè)備和在非常高開
關(guān)頻率(50到500千赫)的實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)樵谶@種高頻率的場(chǎng)合，標(biāo)準(zhǔn)的電源模塊無(wú)法使用。
下面的章節(jié)將詳細(xì)介紹功率二極管、晶閘管、大功率MOSFET和IGBT的結(jié)構(gòu)、功能、特性和應(yīng)用
以及發(fā)展趨勢(shì)。作為章節(jié)的結(jié)束我們把大功率半導(dǎo)體發(fā)展總體目標(biāo)和方向做如下簡(jiǎn)單歸納:
半導(dǎo)體發(fā)展總體目標(biāo):
--提高功率(電流，電壓)
--降低半導(dǎo)體控制和開關(guān)時(shí)損耗
--擴(kuò)展工作溫度的范圍
--提高使用壽命，穩(wěn)定性和可靠性
--在降低失誤率的同時(shí)簡(jiǎn)化控制和保護(hù)電路
--降低成本
發(fā)展的方向大致可分為:
半導(dǎo)體材料
--新型的半導(dǎo)體材料 (如寬帶材料)
芯片技術(shù)
--提高芯片可靠工作的溫度和電流密度(減少面積)
--更精細(xì)結(jié)構(gòu)(減少面積)
--新型的結(jié)構(gòu)(性能改進(jìn))
--芯片上集成性能(例如，柵極電阻，溫度測(cè)量，單片系統(tǒng)集成)
--根據(jù)功能組合新的單片器件（RC - IGBT，ESBT)
--提高芯片在氣候影響下的性能穩(wěn)定性
組合裝配和連接技術(shù) (AVT)
--提高抗溫度和負(fù)載變化的可靠性
--改善散熱效果(絕緣基板，基板，散熱器)
--通過(guò)改善外殼和灌注材料和配方來(lái)提高抗氣候變化的適應(yīng)性
--優(yōu)化內(nèi)部連接和外部配件布線
--優(yōu)化外形使安裝更簡(jiǎn)便
--降低成型成本，提高環(huán)保意識(shí)，提高回收再利用的可能性
集成化程度
--提高功率模塊的集成規(guī)模以降低系統(tǒng)成本
--提高控制、監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能的集成
--提高整個(gè)系統(tǒng)的集成