Qu’est-ce qu’un module IGBT ?
Un module IGBT est un module hautement intégré qui combine plusieurs IGBT, transistors bipolaires à porte isolée, en un seul module.
Les IGBT ont été inventés au Japon à la fin de la période Showa (1926-1989). Ils combinent les avantages du transistor bipolaire à contrôle de courant de base traditionnellement utilisé et du transistor à effet de champ (FET) à contrôle de tension de grille, dont les faiblesses ont été améliorées, avec des structures de dispositifs et des innovations de processus.
Initialement appelés transistors bipolaires à grille isolée, ils ont ensuite été appelés IGBT, acronyme de “Insulated Gate Bipolar Transistor” (transistor bipolaire à grille isolée).
Utilisations des modules IGBT
Aujourd’hui, l’on parle de technologie de l’électronique de puissance. A l’époque, les IGBT étaient une technologie mondiale réservée aux spécialistesr. Cependant, avec l’introduction des onduleurs, technologie de conversion de l’énergie en économie, dans les appareils électriques tels que les climatiseurs à onduleur et le développement de modules compacts à haut rendement pour les composants, les applications des modules IGBT qui y sont logés se sont étendues de manière spectaculaire, en particulier dans les produits de grande puissance.
Aujourd’hui, il est bien connu que les IGBT et leurs modules sont couramment utilisés dans les produits qui requièrent de grandes quantités d’énergie.
Principe des modules IGBT
L’IGBT est un semi-conducteur de puissance qui a fait date, créé par le Japon, qui utilise une structure de transistor bipolaire classique pour les parties où circule un courant important. Il commute la partie de base, qui est la partie de contrôle du bipolaire, sur une structure de circuit de grille FET. Elle était utilisée auparavant uniquement dans les circuits de signal pour les systèmes de faible puissance et capable d’un contrôle à grande vitesse avec de faibles pertes. Le module IGBT est un module compact à haute fonctionnalité contenant plusieurs IGBT, y compris des diodes pour les circuits de protection et des circuits intégrés pour les circuits de commande.
Les IGBT existent également sous forme de composants discrets. Il est possible de construire un circuit similaire à celui d’un module en tant que composant unique. Cependant, lorsqu’un circuit est construit comme un élément unique, la taille de la carte est généralement plus de deux fois supérieure à celle d’un module. L’on craint que le câblage de la carte n’entraîne des retards de signal, de l’instabilité et d’autres dysfonctionnements, ce qui pose un certain nombre de problèmes à l’utilisateur.
En revanche, la modularisation permet un montage à haute densité du câblage et une fiabilité grâce à une meilleure dissipation de la chaleur. Aussi, il est relativement facile pour les utilisateurs d’appliquer les IGBT à leurs propres produits. C’est là le principal avantage de l’utilisation de modules IGBT plutôt que d’IGBT seuls.
Un exemple pratique de module IGBT est celui d’un module contenant six IGBT et entraînant un moteur sans balai grand public. Le module se caractérise par le fait que son boîtier est rempli d’un matériau isolant et que le câblage à l’intérieur du module est aussi court et épais que possible afin de réduire les pertes électriques.
Un dissipateur thermique est également ajouté. Cela permet aux IGBT de fonctionner avec des pertes nettement plus faibles et une dissipation thermique plus élevée que lorsqu’ils sont montés sur une carte en tant qu’unité unique. Ainsi, la modularisation des IGBT permet à la fois un fonctionnement à haut rendement et un équipement plus petit par rapport aux composants individuels.
Autres informations sur les modules IGBT
Évolution du module IGBT (IPM)
Les modules IGBT sont désormais également connus sous le nom d’IPM (Intelligent Power Modules) et contiennent des pilotes haute tension qui étaient auparavant externes aux IGBT. Afin d’améliorer encore les performances et la fonctionnalité des modules conventionnels qui intègrent plusieurs IGBT dans un seul boîtier, les modules IGBT sont souvent appelés IPM. Ils intègrent des circuits intégrés de pilotage spécifiques aux IGBT et divers circuits de protection contre les surintensités avec les IGBT, ainsi que des mesures compactes de dissipation de la chaleur.
L’IPM est un domaine dans lequel le Japon, créateur des IGBT, est le premier au monde en tant que technologie dans laquelle il excelle. Le domaine de l’électronique de puissance utilisant de nouveaux matériaux semi-conducteurs tels que le SiC et le GaN, qui sont des semi-conducteurs à large bande interdite, a également connu un essor récent. Il existe un mouvement visant à remplacer les IGBT sur des substrats en Si par des SiC-MOSFET et des GaN-FET ayant des propriétés encore meilleures, comme le montre le secteur des véhicules électriques tels que les EV. L’on observe également une tendance à remplacer les IGBT sur des substrats en Si par des SiC-MOSFET et des GaN-FET, dont les propriétés sont encore meilleures, comme dans le secteur des VE et autres véhicules électriques.
Toutefois, ces nouveaux substrats de matériaux semi-conducteurs ne sont pas encore comparables aux substrats en silicium en termes de taille des plaquettes, de coût et de capacité de fabrication, de sorte que pour l’instant, les dispositifs et les modules continueront d’être séparés en termes d’applications de produits.