首先我们来讲讲在模电中，各种放大倍数符号的对比：

• A： 增益或放大倍数的通用符号
• Ac： 共模电压放大倍数
• Ad: 差模电压放大倍数
• Auf: 有反馈时的电压放大倍数
• Aus: 考虑信号源内阻时的电压放大倍数

然后，放大倍数指的是什么呢？
放大作用是针对变化量而言的，对于放大电路而言，其放大倍数指的是输出信号与输入信号的变化量之比。对于电压放大倍数或者电流放大倍数，其输入与输出的变化量也不一样。

当我们在讨论放大器之前，我们首先要知道放大器的虚短（短路）和虚断（断路）是怎么回事？

由于运放的电压放大倍数很大，一般的通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在 80 dB 以上(即1万倍以上)。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此可以推算出运放的差模输入电压不足 1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。虚短得出正负输入端等电位的结论。
　　虚短的存在是有条件的，这个条件是“运放要处于放大状态且开环增益很大”，（因为要确保运放的开环增益很大，运放处于不同的工作状态会影响开环增益，比如进入饱和区的开环增益A与放大区的开环增益A是不同的！因此才要运放处于放大状态）要满足这个条件只有两种状态：

1. 在开环电路中，输入两端的电压差非常小，不会让运放饱和；
2. 在闭环的深度反馈电路中。
   

“虚断”相对于“虚短”理解起来就容易多了，即电流流向运放输入端几乎为零，在上图中体现在 I1 等于 I2 ，这是由于运放输入差模电阻很大，理想运放可近似看为无穷大，如果输入差模电阻是无穷大也就是开路了，所以并没有电流流入，实际运放虽说不是无穷大，但是这个值很大，一般都在 1MΩ 以上，因此流向运放输入端电流很小（可以反推，如果电流为 1mA，就会产生很高的输入差模电压，显然运放不能正常工作了），因此可以近似看为断路，并不是真正的断路，也就是“虚断”。虚断的存在是无条件的，因为这是由它的内部结构决定的，输入电阻大，电流进不去。虚断得出电流不流入流出放大器输入端，而外端电流相等的结论。

当我们在日常的工作中，经常能够看到这样的原理图出在电路图中，我们如何知道它的输出电压和放大倍数呢？
首先，我们来说这个结构是电压跟随器，实现的是输出电压跟随输入电压的变化的一类电子元件。也就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。由上面讲到的虚短性质，很容易得到Ui=Up=Un=Uo。

1. 缓冲：在一定程度上可以避免由于输出阻抗较高，而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗，起到承上启下的作用。
2. 隔离：由于电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使得它对上一级电路呈现高阻状态，而对下一级电路呈现低阻状态，常用于中间级，以隔离前后级电路，消除它们之间的相互影响。

运放的同向端接地为 0V ，反向端和同向端虚短，所以也是 0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几 乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。
所以可以得到其输出电压为
所以其放大倍数 Au 就可以得到

因为虚短，反向输入端没有电流输入输出，通过 R1 和 R2 的电流相等，假设此电流为 I，则可以得到该电流表达式：
Vi 等于 R2 上的分压，即所谓的

所以其放大倍数 Au 就可以得到

加法器是指输出信号是几个输入信号之和的放大器。根据其实现的功能，可以将其分为同相加法器和反相加法器。

由于虚断，同相运放输入端没有电流流过，所以流过 R1 和 R2 的电流一样大。同理可知，流过 R3 和R4 的电流也相等。

反相输入求和电路的实质是利用 “虚地 ” 与 “ 虚断” 的特点，通过各路输入电流相加的放法来实现输入电压的相加。

电路图讲解  电路图基础知识入门步骤

刚才我们已经说过了，电路图是进军电路的必须课，那么零基础学电路图需要从什么学起，顺序渐

进的电路图学习步骤又是如何呢？

首先，要了解各个元件的有什么功能，有什么特点。说白了就是要了解各个元件有什么作用

其次，要了解各个元件间的组合有什么功能

再者，要知道一些基本的电路，比如:基本的电压源与电流源之间的相互转换电路，基本的运算放大电路等等

然后，就是可以适当的看一点复杂的电路图，慢慢了解各个电路间电流的走向。

以上所说的模拟电路，还有数字电路就是要多了解一些‘门’的运用，比如说：与非门，与或门等等。还有在一些复杂的电路图上会有集成芯片，所以，你还要了解给个芯片引脚的作用是什么，该怎么接，这些可以在网上或书上查到，再有，提到一点就是一些电路中的控制系统，有复杂的控制系统，也有简单的控制系统，我说一个简单的，比如说单片机的，你就要了解这个单片机有多少引脚，各个引脚的功能是什么，这个单片机要一什么铺助电路想连接，这样组成一个完整的电路。

想学会电路图就是要你多看，多去了解，多去接触，这样更容易学会。

一、电子电路图的意义　　

　　电路图是人们为了研究和工程的需要,用约定的符号绘制的一种表示电路结构的图形。通过电 路图可以知道实际电路的情况。这样,我们在分析电路时,就不必把实物翻来覆去地琢磨,而只要拿着一张图纸就可以了;在设计电路时,也可以从容地在纸上或电 脑上进行,确认完善后再进行实际安装,通过调试、改进,直至成功;而现在,我们更可以应用先进的计算机软件来进行电路的辅助设计,甚至进行虚拟的电路实 验,大大提高了工作效率。

二、电子电路图的分类　　

　　常遇到的电子电路图有原理图、方框图、装配图和印板图等

　　原理图就是用来体现电子电路的工作原理的一种电路图,又被叫做“电原理图”。这种图,由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理,所以一般用在设计、分析电 路中。分析电路时,通过识别图纸上所画的各种电路元件符号,以及它们之间的连接方式,就可以了解电路的实际工作时情况。图 1 所示的就是一个收音机电路的原理图。

　　方框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。从根本上说,这也是一 种原理图,不过在这种图纸中,除了方框和连线,几乎就没有别的符号了。它和上面的原理图主要的区别就在于原理图上详细地绘制了电路的全部的元器件和它们的 连接方式,而方框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分,将每一个部分描绘成一个方框,在方框中加上简单的文字说明,在方框间用连线（有时用带箭头的 连线）说明各个方框之间的关系。所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理,而原理图除了详细地表明电路的工作原理之外,还可以用来作为采集元件、制作电 路的依据。下图所示的就是上述收音机电路的方框图

　　它是为了进行电路装配而采用的一种图纸,图上的符号往往是电路元件的实物的外形图。我们只要照着图上画的样子,依样画葫芦地把一些电路元器件连接起来就能够完成电路的装配。这种电路图一般是供初学者使用的。下面就是初学者常有看到的装配图：

　　装配图根据装配模板的不同而各不一样,大多数作为电子产品的场合,用的都是下面要介绍的印刷线路板,所以印板图是装配图的主要形式。如下图：

　　在初学电子知识时,为了安全和扩大普及面,让更多年龄更小的学生能早一点接触电子技术,我们选用了螺孔板作为基本的安装模板,因此安装图也就变成另一种模式,如图：

 　　印板图的全名是“印刷电路板图”或“印刷线路板图”,它和装配图其实属于同一类的电路图,都是供装配实际电路使用的。下面图 6 是某控制电路印刷线路板的正面,图 7 是它的反面。

　　印刷电路板是在一块绝缘板上先覆上一层金属箔,再将电路不需要的金属箔腐蚀掉,剩下的部分金属箔作为电路元器件之间的连接线,然后将电路中的元器件安装在这 块绝缘板上,利用板上剩余的金属箔作为元器件之间导电的连线,完成电路的连接。由于这种电路板的一面或两面覆的金属是铜皮,所以印刷电路板又叫“覆铜 板”。印板图的元件分布往往和原理图中大不一样。这主要是因为,在印刷电路板的设计中,主要考虑所有元件的分布和连接是否合理,要考虑元件体积、散热、抗 干扰、抗耦合等等诸多因素,综合这些因素设计出来的印刷电路板,从外观看很难和原理图完全一致;而实际上却能更好地实现电路的功能。

　　随着科技发展,现在印刷线路板的制作技术已经有了很大的发展;除了单面板、双面板外,还有多面板,已经大量运用到日常生活、工业生产、国防建设、航天事业等许多领域。

　　在上面介绍的四种形式的电路图中,电原理图是最常用也是最重要的,能够看懂原理图,也就基本掌握了电路的原理,绘制方框图,设计装配图、印板图这都比较容易了。掌握了原理图,进行电器的维修、设计,也是十分方便的。因此,关键是掌握原理图

　　电路图主要由元件符号、连线、结点、注释四大部分组成。

　　元件符号:表示实际电路中的元件,它的形状与实际的元件不一定相似,甚至完全不一样。但是它一般都表示出了元件的特点,而且引脚的数目都和实际元件保持一致。

　　连线:表示的是实际电路中的,在原理图中虽然是一根线,但在常用的印刷电路板中往往不是线而是各种形状的铜箔块,就像收音机原理图中的许多连线在印刷电路板图中并不一定都是线形的,也可以是一定形状的铜膜。

　　结点:表示几个元件引脚或几条导线之间相互的连接关系。所有和结点相连的元件引脚、导线,不论数目多少,都是导通的。

大家好，这周我们聊一下IGBT模块内部结构。IGBT作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、工业节能、电动汽车与新能源装备等领域应用极为广泛，被誉为半导体皇冠上的明珠。作为一名电力电子打工人，大家或多或少都应该和IGBT打过交道。面对耳熟能详的IGBT，内部结构是什么样的？估计大部分小伙伴就不太清楚了。为了满足大家的好奇心，今天我们就以英飞凌PrimePACK 3封装的IGBT模块为例，帮大家拆解一下，看看这项高科技的内部隐藏着哪些秘密！

今天要给大家拆解的IGBT模块型号为：FF，模块外形及等效电路如图2所示。模块的长宽高为：25cmx8.9cmx3.8cm，握在手中，像块板砖，可作防身用！

模块内部包含两个IGBT，也就是我们常说的半桥模块，每个IGBT的额定电压和电流都是1.7kV 1.4kA。8、9、10、11、12为功率端子，需要连接功率回路。1、2、3、4、5为IGBT的辅助控制端子，需要连接门极驱动回路。6和7为NTC热敏电阻，用来做温度检测或过温保护。

像这种类似板砖的黑模块除了“防身”还能做什么呢？举个身边的例子：新能源电动汽车，大家应该都比较熟悉了，采用3个这样的黑模块就可以做一个三相电机驱动器，如果再配上电池，驱动一个电动大巴完全是绰绰有余的。当然了，该模块在其它应用场合也很多，老耿就不一一介绍了。

对IGBT模块外部结构和应用有了初步了解后，让我们进入本文的主题，看看这个高科技的黑模块内部到底是什么样子的。图4就是IGBT模块去掉黑色外壳的内部图片，有没有被惊艳到？需要说明的是IGBT模块内部并没有什么贵重金属，金色是铜而不是黄金，银色的是铝也不是银。貌似最近铜的价格比较贵，估计坏的模块按斤称的话，也值个百十来块钱。老耿也曾经想过收集IGBT废品，然后再提取金属铜，只怪自己的执行力不够强，错失了发财机会!

扯远了，回到主题，图5为IGBT模块的剖面图，如果去掉黑色外壳以及对外的连接端子，IGBT模块内部主要包含3个部件，散热基板、DBC基板和硅芯片（包含IGBT芯片和Diode芯片），其余的主要是焊料层和互连导线，用途是将IGBT芯片、Diode芯片、功率端子、控制端子以及DBC连接起来，下面我们对每个部分作简单介绍：

IGBT模块最下面的就是散热基板，主要目的是把IGBT开关过程产生的热量快速传递出去。由于铜的导热效果比较好，因此基板通常是用铜制成的，基板的厚度在3-8mm。当然也有其它材料的基板，例如：碳化硅铝（AlSiC），两者各有优劣。

DBC (Direct Bond Copper)，全称为直接覆铜基板，也有文献缩写为：DCB（Direct Copper Bond），两者是一个意思。DBC是一种陶瓷表面金属化技术，一共包含3层，中间为陶瓷绝缘层，上下为覆铜层，如图6a所示。简单来讲就是在一个绝缘材料的两面覆上一层铜皮，然后在正面刻蚀出能够走电流的图形，背面要直接焊接在散热基板上，因此就不需要刻蚀了。

DBC的主要功能需要保证硅芯片和散热基板之间的电气绝缘能力以及良好的导热能力，同时还要满足一定的电流传输能力。DBC基板类似2层PCB电路板，PCB中间的绝缘材料一般为FR4，而DBC常用的陶瓷绝缘材料为氧化铝（Al2O3）和氮化铝（AlN）。

对于本文所分析的IGBT模块，内部有6个DBC，每个DBC上有4个IGBT芯片和2个Diode芯片，其中2个IGBT芯片和1个Diode芯片作为上管，剩下的作为下管，如图7所示。

模块内部采用的IGBT芯片型号为：IGCT136T170，手册可以从英飞凌官网下载。图8 为IGBT芯片的平面俯视图和基本参数。IGBT的门极和发射极在芯片的上方（正面），集电极在下方（背面），芯片的厚度为200um。IGBT开通后，电流是从下至上流动的，因此也可以称这种结构的IGBT为纵向器件。

如果把这200um的芯片上再纵向来一刀，就可以得到如图9a所示的内部结构了，里面是由不同参杂的P型或N型半导体组合而成的，再详细的老耿就不专业了。图8b为我们熟知的IGBT等效电路，通常都将IGBT理解为一个MOS控制的PNP晶体管。在刚开始入门电力电子的时候总感觉这个图有点别扭，为什么不把集电极画在上面，发射极画在下面，这样也符合我们逻辑啊！直到了解了IGBT电流是从下至上流动的，才恍然大悟，这可能也是最开始画这个图的人灵魂所在吧！

让我们再稍微了解一下这颗IGBT芯片的电气参数，这个芯片在100℃下，可通过直流电流为117.5A。由图4可知，模块内部的单个IGBT器件一共包含12个IGBT芯片，因此总的电流为：117.5*12=1412A，与IGBT模块手册中的1400A额定电流基本一致。

为了保证IGBT芯片之间的均流效果，每个芯片栅极内部已经集成了11.5Ω的电阻。同时考虑到DBC之间的均流，每个DBC上的两个芯片外部又共用了一个门极电阻，如图10所示。老耿用万用表测量了一下，阻值大概为4.13Ω，感兴趣的小伙伴可以结合图10算一下，看看是否与IGBT模块手册的中的1.6Ω一致。

关于IGBT芯片更详细的参数可以参考官方手册[1]。

图11为Diode芯片的平面俯视图，正面为阳极，背面为阴极。二极管的电流方向是从上至下的，正好与IGBT的电流方向相反。Diode芯片额定电流为235A，每个IGBT由6个Diode并联组成，总电流可达1410A，与模块手册中的1400A也基本一致。Diode芯片的厚度与IGBT一样，也为200um。关于Diode芯片更详细的参数可以参考官方手册[2]。

看到这里，你会不会惊叹在面积这么小，而且这么薄的半导体材料上就可实现上kV电压和上百A电流的开通和关断，真了不起，这也是为什么大功率半导体器件价格都很昂贵的原因。

IGBT芯片、Diode芯片以及DBC的上铜层互连一般采用键合线实现，常用的键合线有铝线和铜线两种，如图12所示。其中铝线键合工艺成熟、成本较低，但是铝线键合的电气、热力学性能较差，膨胀系数失配大，影响IGBT使用寿命。而铜线键合工艺具有电气、热力学性能优良等优点，可靠性高，适用于高功率密度、高效散热的模块。

关于IGBT内部结构的介绍先到这里，更详细的说明可参考Infineon官方书籍《IGBT模块：技术、驱动和应用》。

3 IGBT模块内部电流走向

对IGBT模块内部结构有了基本了解后，让我们回过头来，把上面的所有部件互连起来，看看IGBT模块内部电流是怎么流动的。在这里我们以其中一个DBC中的上管IGBT为例说明电流的流向，红色代表上管IGBT（S1和S2）电流方向，蓝色代表二极管D1电流方向。图13b为图13a模块的左视剖面图及电流方向示意图，感兴趣的小伙伴可以画画下管IGBT的电流走向。

有些小伙伴可能好奇这个模块是怎么拆开的，其实也很简单，你只需要准备两把螺丝刀和一个小锤子就可了。

第1步需要一个梅花螺丝刀把IGBT模块底部的4个螺丝拧下来。

第2步将IGBT模块正面的所有端子采用平口螺丝刀撬开，这一步很关键，需要保证被撬开后的所有端子要与模块基板保持垂直。

第3步需要把IGBT固定在一个地方，或者找个人按住，用平口螺丝刀对准IGBT模块塑封外壳与基板连接处的任意一个位置，用锤子敲击螺丝刀，通过螺丝刀将外壳从基板撬开，撬开一个位置后，垫上东西，再去撬另外一个位置，就这样，慢慢地都撬开后，找个力气大的同学，用手直接扒开就可以了。

以上模块拆解教程只是针对Primepack封装模块，且仅供IGBT模块失效分析用，小伙伴们如果在拆解过程中，由于不小心用锤子或螺丝刀戳到自己或旁边同学而造成人身伤害的，不要来找老耿啊。

由于老耿本身是做应用的，对器件本体设计及制造理解也不够深入，以上内容若有不对之处，请大家批评指正！如果您觉得有所收获，请帮忙点赞，转发，使本文被更多需要的人看到，谢谢！

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