柵極電阻制作工藝

一種平板電容結(jié)構(gòu)及平板電容、柵極和電阻的形成工藝方法，它可以簡(jiǎn)化工藝，降低成本。在所述的平板電容結(jié)構(gòu)中以多晶硅作為它的下極，在平板電容、柵極和電阻的形成工藝方法，它主要包括以下步驟，第一步，多晶硅化學(xué)氣相沉積成長(zhǎng)，并全面磷注入;第二步，層間介質(zhì)化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)，并以光刻膠為掩膜刻蝕去除電容的下極及高阻以外的層間介質(zhì);第三步，金屬層濺射;第四步，阻擋氧化層化學(xué)氣相沉積成長(zhǎng);第五步，通過(guò)光刻膠掩膜刻蝕所述阻擋氧化層和所述金屬層，形成電容上極和柵極和電阻的金屬層，然后再用所述光刻膠和層間介質(zhì)共同作掩膜刻蝕多晶硅，形成電容的下極和柵極、低阻層電阻、高阻層電阻的多晶硅。

保護(hù)IGBT的續(xù)流二極管的開(kāi)關(guān)特性也受柵極電阻的影響，并限制柵極阻抗的最小值。這意味著IGBT的導(dǎo)通開(kāi)關(guān)速度只能提高到一個(gè)與所用續(xù)流二極管反向恢復(fù)特性相兼容的水平。柵極電阻的減小不僅增大了IGBT的過(guò)電壓應(yīng)力，而且由于IGBT模塊中diC/dt的增大，也增大了續(xù)流二極管的過(guò)壓極限。通過(guò)使用特殊設(shè)計(jì)和優(yōu)化的帶軟恢復(fù)功能的CAL(可控軸向壽命)二極管，使得反向峰值電流小，從而使橋路中IGBT的導(dǎo)通電流小。

對(duì)于低開(kāi)關(guān)損耗，無(wú)IGBT模塊振蕩，低二極管反向恢復(fù)峰值電流和最大dv/dt限制，柵極電阻必須體現(xiàn)出最佳的開(kāi)關(guān)特性。通常在應(yīng)用中，額定電流大的IGBT模塊將采用較小的柵極電阻驅(qū)動(dòng);同樣的，額定電流小的IGBT模塊，將需要較大的柵極電阻。也就是說(shuō)，IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中所給的電阻值必須為每個(gè)設(shè)計(jì)而優(yōu)化。IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定了柵極電阻值。然而，最優(yōu)的柵極電阻值一般介于IGBT數(shù)據(jù)表中所列的值和其兩倍之間。IGBT數(shù)據(jù)表中所指定的值是最小值;在指定條件下，兩倍于額定電流可被安全地關(guān)斷。在實(shí)際中，由于測(cè)試電路和各個(gè)應(yīng)用參數(shù)的差異，IGBT數(shù)據(jù)表中的柵極電阻值往往不一定是最佳值。上面提到的大概的電阻值(即兩倍的數(shù)據(jù)表值)，可被作為優(yōu)化的起點(diǎn)，以相應(yīng)地減少柵級(jí)電阻值。確定最終最優(yōu)值的唯一途徑是測(cè)試和衡量最終系統(tǒng)。使應(yīng)用中的寄生電感最小很重要。這對(duì)于保持IGBT的關(guān)斷過(guò)電壓在數(shù)據(jù)表的指定范圍內(nèi)是必要的，特別是在短路情況下。柵極電阻決定柵極峰值電流IGM。增大柵極峰值電流將減少導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間以及開(kāi)關(guān)損耗。柵級(jí)峰值電流的最大值和柵級(jí)電阻的最小值分別由驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)的性能決定。

為了能夠經(jīng)受住應(yīng)用中出現(xiàn)的大負(fù)載，柵極電阻必須滿足一定的性能要求并具有一定的特性。由于柵級(jí)電阻上的大負(fù)載，建議使用電阻并聯(lián)的形式。這將產(chǎn)生一個(gè)冗余，如果一個(gè)柵極電阻損壞，系統(tǒng)可臨時(shí)運(yùn)行，但開(kāi)關(guān)損耗較大。選擇錯(cuò)誤的柵極電阻，可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題和不希望的結(jié)果。所選的柵極電阻值太大，將導(dǎo)致?lián)p耗過(guò)大，應(yīng)減小柵極電阻值。應(yīng)銘記整個(gè)應(yīng)用中的開(kāi)關(guān)性能。過(guò)高的柵極電阻值可能會(huì)導(dǎo)致IGBT在開(kāi)關(guān)期間在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在線性模式下，最終導(dǎo)致柵極振蕩。然而，萬(wàn)一電阻的功耗和峰值功率能力不夠，或者使用了非防浪涌電阻，都會(huì)導(dǎo)致柵極電阻過(guò)熱或燒毀。運(yùn)行期間，柵極電阻不得不承受連續(xù)的脈沖流。因此，柵極電阻必須具有一定的峰值功率能力。使用非常小的柵極電阻，會(huì)帶來(lái)更高的dv/dt或di/dt，但也可能會(huì)導(dǎo)致EMI噪聲。

應(yīng)用(直流環(huán)節(jié))中的電感過(guò)大或者使用的關(guān)斷柵級(jí)電阻小，將導(dǎo)致更大的di/dt，從而產(chǎn)生過(guò)大的IGBT電壓尖峰。因此應(yīng)盡量減小電感或者增大關(guān)斷柵級(jí)電阻值。為減小短路時(shí)的電壓尖峰，可使用軟關(guān)斷電路，它可以更緩慢地關(guān)斷IGBT。柵極電阻電路和IGBT模塊之間的距離應(yīng)盡可能短。如果柵極電阻和IGBT模塊之間的連線過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)在柵極-發(fā)射極的通道上產(chǎn)生較大的電感。結(jié)合IGBT的輸入電容，該線路電感將形成一個(gè)振蕩LC電路。可簡(jiǎn)單地通過(guò)縮短連線或者用比最小值(RG(min)≥2√(Lwire/Cies))大的柵極電阻來(lái)衰減這種振蕩。

[2]專利之家

一、柵極電阻Rg的作用

1、消除柵極振蕩

絕緣柵器件(IGBT、MOSFET)的柵射(或柵源)極之間是容性結(jié)構(gòu)，柵極回路的寄生電感又是不可避免的，如果沒(méi)有柵極電阻，那柵極回路在驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)脈沖的激勵(lì)下要產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩，因此必須串聯(lián)一個(gè)電阻加以迅速衰減。

2、轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)器的功率損耗

電容電感都是無(wú)功元件，如果沒(méi)有柵極電阻，驅(qū)動(dòng)功率就將絕大部分消耗在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的輸出管上，使其溫度上升很多。

3、調(diào)節(jié)功率開(kāi)關(guān)器件的通斷速度

柵極電阻小，開(kāi)關(guān)器件通斷快，開(kāi)關(guān)損耗小;反之則慢，同時(shí)開(kāi)關(guān)損耗大。但驅(qū)動(dòng)速度過(guò)快將使開(kāi)關(guān)器件的電壓和電流變化率大大提高，從而產(chǎn)生較大的干擾，嚴(yán)重的將使整個(gè)裝置無(wú)法工作，因此必須統(tǒng)籌兼顧。

二、柵極電阻的選取

1、柵極電阻阻值的確定

各種不同的考慮下，柵極電阻的選取會(huì)有很大的差異。初試可如下選取:

不同品牌的IGBT模塊可能有各自的特定要求，可在其參數(shù)手冊(cè)的推薦值附近調(diào)試。

2、柵極電阻功率的確定

柵極電阻的功率由IGBT柵極驅(qū)動(dòng)的功率決定，一般來(lái)說(shuō)柵極電阻的總功率應(yīng)至少是柵極驅(qū)動(dòng)功率的2倍。

IGBT柵極驅(qū)動(dòng)功率 P=FUQ，其中:

F 為工作頻率;

U 為驅(qū)動(dòng)輸出電壓的峰峰值;

Q 為柵極電荷，可參考IGBT模塊參數(shù)手冊(cè)。

例如，常見(jiàn)IGBT驅(qū)動(dòng)器(如TX-KA101)輸出正電壓15V，負(fù)電壓-9V，則U=24V，

假設(shè) F=10KHz，Q=2.8uC

可計(jì)算出 P=0.67w ，柵極電阻應(yīng)選取2W電阻，或2個(gè)1W電阻并聯(lián)。

三、設(shè)置柵極電阻的其他注意事項(xiàng)

1、盡量減小柵極回路的電感阻抗，具體的措施有:

a)驅(qū)動(dòng)器靠近IGBT減小引線長(zhǎng)度;

b) 驅(qū)動(dòng)的柵射極引線絞合，并且不要用過(guò)粗的線;

c) 線路板上的 2 根驅(qū)動(dòng)線的距離盡量靠近;

d) 柵極電阻使用無(wú)感電阻;

e) 如果是有感電阻，可以用幾個(gè)并聯(lián)以減小電感。

2、IGBT 開(kāi)通和關(guān)斷選取不同的柵極電阻

通常為達(dá)到更好的驅(qū)動(dòng)效果，IGBT開(kāi)通和關(guān)斷可以采取不同的驅(qū)動(dòng)速度，分別選取 Rgon和Rgoff(也稱 Rg+ 和 Rg- )往往是很必要的。

IGBT驅(qū)動(dòng)器有些是開(kāi)通和關(guān)斷分別輸出控制，只要分別接上Rgon和Rgoff就可以了。

有些驅(qū)動(dòng)器只有一個(gè)輸出端，這就要在原來(lái)的Rg 上再并聯(lián)一個(gè)電阻和二極管的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用以調(diào)節(jié)2個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)速度。

3、在IGBT的柵射極間接上Rge=10-100K 電阻，防止在未接驅(qū)動(dòng)引線的情況下，偶然加主電高壓，通過(guò)米勒電容燒毀IGBT。所以用戶最好再在IGBT的柵射極或MOSFET柵源間加裝Rge。