IGBT

Was bedeutet IGBT?

IGBT ist die Abkürzung für Insulated Gate Bipolar Transistor. Es handelt sich um ein Leistungshalbleiter-Bauteil, das in elektronischen Schaltungen wie ein sehr schneller, elektrisch gesteuerter „Schalter“ arbeitet.

Vereinfacht gesagt verbindet der IGBT zwei Eigenschaften: Er lässt sich über ein Gate-Signal gut ansteuern (ähnlich wie ein MOSFET) und ist gleichzeitig für höhere Spannungen und Ströme geeignet (ähnlich wie ein bipolarer Transistor). Dadurch ist er in vielen Anwendungen der Leistungselektronik ein gängiges Schlüsselbauteil.

Wofür wird ein IGBT eingesetzt?

IGBTs werden überall dort eingesetzt, wo elektrische Energie nicht nur „weitergeleitet“, sondern gezielt geschaltet oder geregelt werden muss – typischerweise bei höheren Leistungen. Häufige Einsatzfelder sind:

• Motorantriebe und Frequenzumrichter (z. B. in Maschinen, Pumpen, Lüftern)
• Wechselrichter (z. B. Photovoltaik, Energiespeicher, industrielle Stromversorgungen)
• Leistungsstufen in Ladegeräten und DC/DC- oder DC/AC-Wandlern (je nach Topologie und Leistungsbereich)
• Schweiß- und Heizgeräte sowie weitere industrielle Leistungsanwendungen

In der Praxis ist der IGBT oft Teil eines Leistungsmodule oder einer diskreten Leistungsstufe, die neben dem Halbleiter auch Kühlung, Treiber, Schutzbeschaltungen und EMV-Maßnahmen umfasst.

Wie funktioniert ein IGBT?

Ein IGBT wird über ein Gate-Signal angesteuert: Liegt ein passendes Steuersignal an, wird der Strompfad zwischen den Hauptanschlüssen leitend; ohne Gate-Signal sperrt das Bauteil. Damit lassen sich Ströme „takten“, also sehr schnell ein- und ausschalten, um daraus eine gewünschte Leistung bzw. Ausgangsgröße zu regeln.

In realen Baugruppen spielen mehrere praktische Punkte eine wichtige Rolle:

• Treiberbeschaltung: Das Gate wird nicht direkt von einem Mikrocontroller geschaltet, sondern über einen Treiber, der passende Pegel, Stromstärke und Schaltgeschwindigkeit bereitstellt.
• Schutzfunktionen: Überstrom-, Überspannungs- und Temperatur-Schutz sind in Leistungselektronik zentral, um Ausfälle zu vermeiden.
• Thermisches Design: IGBTs erzeugen Verlustleistung. Kühlkörper, Wärmeleitmaterial und die mechanische Integration bestimmen wesentlich Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
• EMV-gerechtes Layout: Schnelle Schaltvorgänge erzeugen Störungen. Leiterplattenlayout, Masseführung, Schleifenflächen und Filter entscheiden über Robustheit und Normkonformität.

Für die Fertigung bedeutet das: Neben der elektrischen Funktion sind reproduzierbare Prozesse (z. B. bei Montage, Lötqualität, Schraubverbindungen und Wärmeübergang) wichtig, damit Seriengeräte gleichbleibend funktionieren.

Warum ist ein IGBT für Unternehmen relevant?

Für Unternehmen ist der IGBT vor allem deshalb relevant, weil er in vielen Produkten ein kosten- und qualitätskritisches Schlüsselbauteil in der Leistungselektronik ist. Die Auswahl und Auslegung wirkt sich direkt auf mehrere Faktoren aus:

• Zuverlässigkeit: Fehlende thermische Reserven, falsche Treiberparameter oder unzureichender Überspannungsschutz können zu Ausfällen im Feld führen.
• Kosten: Bauteilwahl, Modulkonzept, Kühlkonzept und Fertigungsaufwand beeinflussen Material- und Montagekosten sowie Ausschussrisiken.
• Time-to-Market: Eine frühzeitig saubere Auslegung (Schutz, EMV, Thermik, Layout) reduziert Iterationen in Prototyping und Validierung.
• Serienfähigkeit: Leistungselektronik muss nicht nur „funktionieren“, sondern auch unter Serienstreuung stabil bleiben – hier helfen DFM-Aspekte, geeignete Prüfkonzepte und klare Prozessfenster.

In vielen Projekten ist der IGBT damit ein Baustein, an dem sich technische Anforderungen und betriebswirtschaftliche Ziele (Kosten, Qualität, Lieferfähigkeit) unmittelbar treffen.

Wer sich für die Umsetzung solcher Leistungselektronik-Baugruppen interessiert, findet ergänzende Einblicke in unsere Elektronikentwicklung – insbesondere zu Auslegung, Layout und der Überführung in robuste Serienprozesse.