IGBT已广泛应用在工业、消费、汽车和可再生能源等领域，在绝大多数应用中，客户需要更为紧凑的IGBT模块以降低其成本和尺寸。然而，IGBT模块尺寸减小的同时，功率密度和工作温度是增加的，这对模块的可靠性和寿命有不利影响。为实现更紧凑、同时兼具高可靠性的IGBT模块，芯片和封装方面的改进势在必行。为此，将反并联的FRD集成在IGBT芯片内部（即RC-IGBT，逆导型IGBT）从而释放FRD所占面积成为一个现实选项。
一、RC IGBT基本结构
图1为RC IGBT的元胞结构，通过在背面N型注入形成内置FRD的阴极，正面P++和P作为FRD的阳极，形成了典型的P/N-/N+型FRD结构。
图1 RC IGBT结构
二、RC IGBT的技术优势
（一）减小芯片尺寸，简化封装，提升功率密度
1、IGBT和FRD芯片共用终端，减少芯片总面积；
2、芯片数量减少一半，节省封装键合成本；
3、总芯片面积缩减，封装尺寸减小，提升功率密度
（二）降低结温波动，提升可靠性
1、器件产生的热量合成一个热源，散热路径一致；
2、可大幅降低芯片结温波动，提升器件可靠性；
（三）降低热阻，提高散热效率，降低工作结温
1、单颗芯片面积增大，热阻降低，有利于散热；
2、芯片散热面积增大，有利于降低实际工作结温；
三、RC IGBT存在的问题
由于RC-IGBT为降低成本，一般选择适配IGBT传统工艺，因此RC-IGBT存在固有的一些问题。
（一）内置FRD反向恢复较差
由于IGBT正面P++/P掺杂浓度较高，传统意义上的RC-IGBT阳极侧的载流子浓度很高，而阴极侧的浓度比较低，这会导致高反向恢复IRM和反向恢复振荡（如图2），因此，RC-IGBT一般应用在软开关应用中，比如电磁炉中较典型的零电压开通，在此比较关注RC IGBT的VCEsat、Eoff、Vf参数，因为在IGBT开通时，电压为零，开通损耗可以忽略（如图3）；
图2 RC IGBT内部载流子分及反向恢复
图3 RC IGBT在电磁炉应用中典型开关波形
（二）I-V特性存在转折电压
RC IGBT不同于传统IGBT，由于背面n（FRD阴极）的存在，RC IGBT在导通时存在一个从单极导电到双极导电的过程，即在转折电压之前，其工作类似于MOSFET，只有电子参与导电，转折电压之后，背面P型向内部注入空穴，电子和空穴同时参与导电，工作通传统IGBT。如该转折电压过大，会导致IGBT无法使用。
图4 RC IGBT在电磁炉应用中典型开关波形
四、RC IGBT技术改进
目前RC IGBT在其他白色家电，如空调、工业应用、光伏、风电领域有所应用，究其原因除RC IGBT的低成本、低热阻、低结温波动等优势外，还归因于技术的进步和完善；
（一）局域寿命控制的应用
为适应硬开关对低损耗的要求，必须对RC IGBT的内置FRD的反向恢复进行优化；常规整体寿命控制，如电子辐照，会导致IGBT的特性退化，比如VCEsat升高、VTH下降及ICES升高等。
RC IGBT反向恢复较差归其原因在于内置FRD阳极侧P型区浓度较高，注入效率高，为此在阳极侧采用局域寿命控制以降低阳极侧的注入效率，从而改善其反向恢复，仅会引起VCEsat的轻微升高。局域寿命一般借助高能轻离子，在整个元胞下一定距离形成寿命控制层（图5a），也有通过一金属层在元胞特定区域形成寿命控制区（图5b），可以做到对IGBT其他参数影响最小，降低漏电，一定程度上提高可靠性。
(a)元胞下局域寿命控制
(b)元胞PN结局部寿命控制
图5 局域寿命控制
（二）低转折(snap-back)电压
RC IGBT开通时的snap-back转折电压可以通过精确控制背面重掺杂P+、轻掺杂N+、FS以及背面P、n图形和面积比例实现最小化。
1、内置FRD的阴极N与IGBT的pilot P正交，如S2方案，能明显消除转折电压，且VCEsat相对S1和S3更低；
2、内置FRD的阴极N图形设计，如图7所示背面采用点状（D1，D2）虽同S2一样能消除转折电压，但D1由于N的接触面积减小，导致内置FRD的VF偏高；而D2则由于P型（IGBT模式的集电极）面积小，导致IGBT VCEsat略高。因此需要优化FRD的阴极图形及所占比例已达到RC IGBT整体性能最优。
图6 RC IGBT背面N方案设计图形
图7 背面FRD阴极N型图形设计对转折电压影响
3、Buffer电阻率设计：buffer决定着阳极侧正向偏置的横向压降，buffer的高电阻率更容易触发低电流下的阳极注入，有利于抑制转折电压，如图8所示
图8 背面buffer设计对转折电压影响
五、总结
RC IGBT在降低封装成本，提高封装功率密度具有明显优势，同时由于FRD集成在IGBT内部，FRD实际散热面积增加，有利于减少芯片温度波动和降低实际工作时的温度。在实际设计时，需着重设计背面N型图形和面积占比，消除或减小转折电压，同时为适应硬开关应用，需结合局域寿命控制以优化集成FRD的反向恢复特性。需要注意的是，集成FRD需尽可能减少占用IGBT的有效面积，防止IGBT性能变差。
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