IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),全称为绝缘栅双极晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低。IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，成为近年来电力电子领域中尤为瞩目的电力电子驱动器件，并且得到越来越广泛的应用。

IGBT的结构如下面的爆炸图所示，其散热特点和MOSFET类似，主要通过底部壳体（安装面）进行导热

图中Substrate一般指的是陶瓷覆铜板（DBC），是将铜箔在高温下直接键合氧化铝(AL2O3)或氮化铝(ALN)陶瓷基片表面上的特殊工艺方法。所制成的超薄复合基板具有高导热特性优异的软钎焊性和高的附着强度，可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，并同时具有很大的载流能力和优良电绝缘性能。因此IGBT与散热器之间仅需涂覆硅脂即可，接触热阻可以做到很低。

IGBT内部一般会包括IGBT和Diode芯片，复杂的还会有整流芯片，制动等。

个散热底壳上，包含两种芯片，则其热路图如下图所示。其中红色线框内为IGBT内部的热路图。IGBT和Diode两种芯片两个通路相对独立，起始于各自的芯片，后汇合于同一个壳温Tc，值得注意的是，

1. Tc是个抽象意义的壳温，一般来说，热设计工程师习惯于取底壳的热点温度作为Tc；

2. 两个热通路，各自的热功率不同，因此，计算各自芯片的结壳温差时，要注意热功率与热阻抗的对应性

3. 稳态传热问题，热路图Foster模型中的热容可以视为断路。

建模：

建立模型，不可避免的存在简化问题，毕竟我们很难将Bonding线之类的原原本本的建模。简化的原则是参照真实的热路图，模型与真实情况尽可能接近。

芯片上部热阻很大，通常认为是断路，底壳为主要传热路径，因此，IGBT的建模不宜采用双热阻模型来拼装。可采用面热源建立芯片模型，保证了热量主要沿一个方向传递的特性。

底壳的几层结构都是扁平结构，芯片的大小和位置对底壳温度Tc影响比较大。因此一般IGBT的芯片模型都要参照厂家提供的芯片分布图建立。

底壳是IGBT模块的主要散热通路，因此，模型的结构尽可能与实物相当。一般来说，至少包括铜基片，陶瓷覆铜板（DBC），也有人会建立焊层的模型，但是这种多层结构依然存在较大的偏差。因此，这种模型，可以读取到比较精准的壳温，但是结温需要通过器件Datasheet内的阻抗参数及热功率计算得到。

对于稳态问题，只保证热阻值的对应就可以了，但是对于瞬间的功耗，还需要考虑热容的属性。正规的器件资料，都会给出芯片的瞬态阻抗特性曲线的，但是想逆向拆分底壳结构，达到模型的热阻热容与阻抗曲线吻合是比较困难的，还有一个难题，就是难以通过实验方法校正模型的精准度。

最理想的建模方式，当然是按照IGBT的实际结构，建立精细化的模型，将DBC的蚀刻电路，Bonding线等完全体现出来，但是做一个器件本身的热分析可以实现，应用于系统级的仿真，计算量太大了。

目前有人拟通过其他方式匹配模型的瞬态热阻抗，但目前尚不成熟。

受限于篇幅，关于IGBT的热设计参数含义，散热方式选择等等，需要在后继文章中与大家分享，敬请关注。