
La tecnologia IGBT Trench
I transistor IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) sono dispositivi ampiamente utilizzati nelle applicazioni di elettronica di potenza grazie alla loro capacità di gestire tensioni e correnti elevate. L’IGBT trench, in particolare, è un tipo di IGBT che ha rivoluzionato il settore dell’elettronica di potenza grazie alle elevate prestazioni ed efficienza che è in grado di offrire.
Il principale vantaggio degli IGBT trench è quello di avere una struttura del gate non più planare, ma verticale. Ciò permette di eliminare l’effetto JFET nelle regioni p dell’emettitore (che nelle strutture a gate planare porta a una riduzione della conduttività e di conseguenza ad un aumento delle perdite di conduzione dell’IGBT) e di conseguenza di mantenere un profilo dei portatori di carica omogeneo tra emettitore e collettore. Questo porta ad avere una riduzione significativa delle perdite di conduzione, senza influenzare le perdite allo spegnimento dell’IGBT. Negli ultimi anni, la tecnologia degli IGBT trench ha subito ulteriori sviluppi, culminati nella realizzazione dell’IGBT trench FS (Field Stop). Rispetto alla generazione precedente, l’IGBT trench NPT (Non-Punch-Through), la nuova generazione trench FS introduce un ulteriore strato (field stop) ad elevato drogaggio “n+” inserito tra gli strati di deriva “n-” e collettore “p+” di un IGBT NPT convenzionale (si osservi la Figura 1).

Nell’IGBT FS, il campo elettrico decresce rapidamente all’interno dello strato field stop, mentre diminuisce gradualmente nello strato di deriva “n-“. Lo strato field stop di un IGBT FS accelera la ricombinazione dei portatori maggioritari durante la transizione verso lo stato off. Ciò comporta minori perdite di commutazione e una minore quantità di energia richiesta per lo spegnimento.
La differente struttura dell’IGBT FS comporta i seguenti vantaggi:
- Tensione di saturazione VCE(sat) inferiore, ottenuta grazie a uno spessore inferiore del substrato “n-“;
- Perdite di commutazione inferiori;
- Minore energia di turn-off;
Gli IGBT Trench FS sono adatti ad essere utilizzati in tutte le applicazioni dell’elettronica di potenza, come nei gruppi di continuità (UPS), convertitori per saldatrici, onboard charger (OBC) per EV e HEV, convertitori DC-DC, azionamenti industriali e di controllo motori elettrici, inverter per rinnovabili, stazioni di ricarica per EV, ESS e altre applicazioni di conversione della potenza ad elevate prestazioni.
Le soluzioni IGBT di StarPower
StarPower Semiconductor è un’azienda leader nel settore dei moduli di potenza. Fondata nel 2005, StarPower ha sede a Jiaxing (Cina) e dispone di una filiale europea in Svizzera (StarPower Europe), oltre a un centro di ricerca e sviluppo in Germania, StarPower progetta e produce moduli IGBT e moduli personalizzati per applicazioni nel settore industriale e automotive. La StarPower sviluppa e produce internamente i propri chip, i propri processi produttivi e i materiali da impiegare per i moduli di potenza. Questi fattori la rendono indipendente da altri costruttori di chip e gli permettono di avere il pieno controllo del processo produttivo e di approvigionamento dei materiali, permettendole di mantenere ottimi tempi di consegna.
StarPower dispone di un’ampia gamma di moduli di potenza IGBT destinati a diversi tipi di applicazioni industriali. Il modulo GD800HFA120C2S_B20, uno dei prodotti più recenti di StarPower, è stato progettato per fornire prestazioni di elevata potenza riducendo al minimo le perdite e consentendo velocità di commutazione elevate.
Una delle caratteristiche principali del modulo StarPower GD800HFA120C2S_B20 è l’elevata corrente nominale, fino a 800 A, e la tensione massima di 1200 V. Ciò lo rende adatto in molteplici applicazioni di potenza, come azionamenti per motori industriali, azionamenti per veicoli elettrici, gruppi di continuità e convertitori per saldatrici.
Un modulo con caratteristiche simili al precedente è lo StarPower GD900HFA120C6S (visibile in Figura 2), un dispositivo di potenza con tensione e corrente massima di 1200 V e 900 A, rispettivamente. Entrambi i moduli sono equipaggiati con chip proprietari StarPower di nuova generazione realizzati sfruttando un altro importante step tecnologico della tecnologia trench, sviluppato internamente. Ciò ha permesso di ottenere moduli con perdite ancora più ridotte se paragonate alle generazioni precedenti.
La lettera “A” all’interno di entrambi i codici prodotto identifica questa nuova generazione di chip, che verranno introdotti anche in altre versioni dei moduli di potenza StarPower con differenti valori di corrente o package.

Entrambi i moduli condividono una struttura circuitale basata sulla tipica configurazione half-bridge, mentre differiscono per il package. Il modulo GD800HFA120C2S_B20 è offerto nel contenitore C2.0, mentre il modulo GD900HFA120C6S dispone di un contenitore C6.2. La costante innovazione del prodotto che contraddistingue StarPower ha riguardato anche i package dei moduli di potenza, aggiornando i contenitori più datati come il C2.0 (largo 62 mm), per sfruttare al meglio la maggiore densità di potenza resa disponibile dai nuovi chip di seconda generazione. Il suffisso “B20” presente nel codice prodotto del modulo GD800HFA120C2S_B20 identifica proprio questa nuova versione del contenitore C2.0 per alte correnti.
Rispetto alla generazione precedente, i moduli di potenza di seconda generazione raggiungono densità di potenza maggiori, rese disponibili utilizzando gli stessi contenitori. Con una diminuzione sostanziale delle perdite di conduzione, i moduli riducono del 30% il valore di VCE,sat rispetto alla generazione precedente, garantendo perdite di commutazione comparabili con quelle dei chip precedenti che rimarranno comunque in produzione.
StarPower vanta un portafoglio prodotti molto ampio, che comprende moduli di potenza proposti in diversi tipi di contenitori e tecnologie elettroniche, dalla tecnologia NPT (Non-Punch Through, nelle versioni “fast” e “low loss”) alla tecnologia Trench di prima e seconda generazione.

Comelec: il distributore ufficiale StarPower per l’Italia
crede nell’innovazione tecnologica sviluppando nuovi sistemi per soddisfare al meglio la propria clientela. L’azienda è diventata un partner importante per le principali realtà operanti nei settori della connessione e automotive, sia OEM che TIER-1, grazie all’esperienza maturata nei cablaggi e con la tecnologia di stampa Multijet Fusion di HP, di cui Comelec è pioniera da diversi anni.
Nel progetto aziendale di Comelec, iniziato nel 1983, il settore dell’elettronica di potenza svolge un ruolo essenziale. Numerosi sono infatti gli accordi di collaborazione stretti da Comelec con primarie realtà operanti nel settore dei semiconduttori e dell’elettronica di potenza, inclusi i moduli IGBT di Starpower e i moduli SCR e diodi di AS Energi. Comelec cura anche la distribuzione dei gate driver per IGBT della Tamura. Inoltre, l’offerta dell’azienda comprende un’ampia selezione di componenti passivi come condensatori, filtri, contattori TDK e Schaltbau.
Comelec sarà uno degli espositori presenti alla prossima edizione di Fortronic 2023, l’evento di riferimento per l’elettronica di potenza e l’industria elettronica che si terrà a BolognaFiere il prossimo 19 e 20 aprile. La mostra-convegno rappresenta da oltre venti anni un’importante manifestazione in cui vengono presentati i trend tecnologici e di mercato più innovativi, con particolare riferimento ai settori power ed efficienza energetica.
Nell’attuale scenario delle applicazioni elettroniche, caratterizzato da sfide economiche e industriali complesse, Comelec ritiene che le soluzioni tecnologiche innovative possano essere lo strumento più adatto per superare tutte le incertezze attuali del mercato.