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關(guān)于中國IGBT的性能分析和介紹

lC49_半導(dǎo)體 ? 來源:djl ? 2019-09-06 15:21 ? 次閱讀

近日,CCTV2做了中國芯生存狀態(tài)系列報(bào)道,主要談了中國IGBT的進(jìn)展,本來這事一件好事,但是有一些好事者認(rèn)為中國IGBT已經(jīng)趕美歐,超日了,這種盲目的樂觀對于中國集成電路的建設(shè),不是一件好事,我們不妨來看一下中國IGBT的真實(shí)狀況。

我們先從什么是IGBT說起。

一說起IGBT,半導(dǎo)體制造的人都以為不就是一個(gè)分立器件(Power Disceret)嘛,都很瞧不上眼。然而他和28nm/16nm集成電路制造一樣,是國家「02專項(xiàng)」的重點(diǎn)扶持項(xiàng)目,這玩意是現(xiàn)在目前功率電子器件里技術(shù)最先進(jìn)的產(chǎn)品,已經(jīng)全面取代了傳統(tǒng)的Power MOSFET,其應(yīng)用非常廣泛,小到家電、大到飛機(jī)、艦船、交通、電網(wǎng)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),被稱為電力電子行業(yè)里的「CPU」,長期以來,該產(chǎn)品(包括晶片)還是被壟斷在少數(shù)IDM手上(FairChild 、Infineon、TOSHIBA),位居「十二五」期間國家16個(gè)重大技術(shù)突破專項(xiàng)中的第二位(簡稱「02專項(xiàng)」)

關(guān)于中國IGBT的性能分析和介紹

從功能上來說,IGBT就是一個(gè)電路開關(guān),用在電壓幾十到幾百伏量級(jí)、電流幾十到幾百安量級(jí)的強(qiáng)電上的。(相對而言,手機(jī)、電腦電路板上跑的電電壓低,以傳輸信號(hào)為主,都屬于弱電。)可以認(rèn)為就是一個(gè)晶體管,電壓電流超大而已。

家里的電燈開關(guān)是用按鈕控制的。IGBT不用機(jī)械按鈕,它是由計(jì)算機(jī)控制的。具體點(diǎn)說,IGBT的簡化模型有3個(gè)接口,有兩個(gè)(集電極、發(fā)射極)接在強(qiáng)電電路上,還有一個(gè)接收控制電信號(hào),叫作門極。給門極一個(gè)高電平信號(hào),開關(guān)(集電極與發(fā)射極之間)就通了;再給低電平信號(hào),開關(guān)就斷了。給門極的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)(即只有高和低兩種狀態(tài)),電壓很低,屬于弱電,只要經(jīng)過一個(gè)比較簡單的驅(qū)動(dòng)電路就可以和計(jì)算機(jī)相連。實(shí)際用的“計(jì)算機(jī)”通常是叫作DSP微處理器,擅長處理數(shù)字信號(hào),比較小巧。

這種可以用數(shù)字信號(hào)控制的強(qiáng)電開關(guān)還有很多種。作為其中的一員,IGBT的特點(diǎn)是,在它這個(gè)電流電壓等級(jí)下,它支持的開關(guān)速度是最高的,一秒鐘可以開關(guān)幾萬次。GTO以前也用在軌道交通列車上,但是GTO開關(guān)速度低,損耗大,現(xiàn)在只有在最大電壓電流超過IGBT承受范圍才使用;IGCT本質(zhì)上也是GTO,不過結(jié)構(gòu)做了優(yōu)化,開關(guān)速度和最大電壓電流都介于GTO和IGBT之間;大功率MOSFET快是快,但不能支持這么大的電壓電流,否則會(huì)燒掉。

簡單講,是一個(gè)非通即斷的開關(guān),IGBT沒有放大電壓的功能,導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線,斷開時(shí)當(dāng)做開路。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優(yōu)點(diǎn),如驅(qū)動(dòng)功率小和飽和壓降低等。

現(xiàn)在IGBT技術(shù)發(fā)展到什么水平了

IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)發(fā)明于 80 年代初,多家公司幾乎同時(shí)并獨(dú)立地發(fā)明了這種器件,剛開始各公司對其稱謂也不同。GE 公司剛開始稱其為 IGR(Insulated-Gate Rectifer),其論文于 1982 年 12 月 14 日在 IEDM(國際電子器件會(huì)議)上發(fā)表。RCA 公司稱其為 COMFET(Conductivity-Modulated FET)并在同一天得到美國專利局的專利批準(zhǔn),接著向 IEDM 提交了正式論文。

Motorola 公司也獨(dú)立發(fā)明了該器件,稱為 GEMFET(Gain-Enhanced MOSFET)。加州伯克利分校發(fā)明了類似器件,稱為 BMT(Bipolar MOS Transistor)及 IBT(Insulated-Base Transistor)。GE 公司后來將他們的發(fā)明從整流器改稱 IGT(Insulated-Gate Transistor)。德國西門子稱其為 IGBT,由于西門子的 IGBT 發(fā)展迅猛,研究生產(chǎn)的 IGBT 性能優(yōu)良,所以人們認(rèn)同了 IGBT 的稱謂。

至今,IGBT經(jīng)歷了六代技術(shù)的發(fā)展演變,面對的是大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整和工藝上的難題?;仡橧GBT的發(fā)展歷程,其主要從三方面發(fā)展演變:器件縱向結(jié)構(gòu),柵極結(jié)構(gòu)以及硅片的加工工藝。

關(guān)于中國IGBT的性能分析和介紹

多年以來,IGBT技術(shù)改進(jìn)的追求的目標(biāo)是:

1, 減小通態(tài)壓降。達(dá)到增加電流密度、降低通態(tài)功率損耗的目的。

2, 降低開關(guān)時(shí)間,特別是關(guān)斷時(shí)間。達(dá)到提高應(yīng)用時(shí)使用頻率、降低開關(guān)損耗的目的。

3, 組成IGBT的大量“原胞”在工作時(shí)是并聯(lián)運(yùn)行,要求每個(gè)原胞在工作溫度允許范圍內(nèi)溫度變化時(shí)保持壓降一致,達(dá)到均流目的。否則會(huì)造成IGBT器件因個(gè)別原胞過流損壞而損壞。

4,提高斷態(tài)耐壓水平,以滿足應(yīng)用需要。

具體到每一代的產(chǎn)品發(fā)展上。

第一代、第二代早期產(chǎn)品曾采用過“輻照”手段,但卻有增加通態(tài)壓降(會(huì)增加通態(tài)功耗)的反作用危險(xiǎn)。第一代與第二代由于體內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)本身原因造成“負(fù)溫度系數(shù)”,造成各IGBT原胞通態(tài)壓降不一致,不利于并聯(lián)運(yùn)行,因此當(dāng)時(shí)的IGBT電流做不大。此問題在第四代產(chǎn)品中采用了“透明集電區(qū)技術(shù)”,產(chǎn)生正溫度系數(shù)效果后基本解決了。

第二代產(chǎn)品采用“電場中止技術(shù)”,增加一個(gè)“緩沖層”,這樣可以用較薄的晶片實(shí)現(xiàn)相同的耐壓(擊穿電壓)。因?yàn)榫奖。?飽和壓降越小,導(dǎo)通功耗越低。此技術(shù)往往在耐壓較高的IGBT上運(yùn)用效果明顯。耐壓較低的如幾百伏的IGBT產(chǎn)品,晶片本來就薄,再減薄到如100到150微米的話,加工過程極容易損壞晶片。

第三代產(chǎn)品是把前兩代平面絕緣柵設(shè)計(jì)改為溝槽柵結(jié)構(gòu),即在晶片表面柵極位置垂直刻槽深入晶片制成絕緣柵。柵極面積加大但占用晶片位置減小,增加了柵極密度。工作時(shí)增強(qiáng)了電流導(dǎo)通能力,降低了導(dǎo)通壓降。

第四代非穿通型IGBT(NPT)產(chǎn)品不再采用“外延”技術(shù),代之以“硼離子注入”方法生成集電極,這就是所謂的“透明集電區(qū)技術(shù)”。

第五、第六代產(chǎn)品是在IGBT經(jīng)歷了上述四次技術(shù)改進(jìn)實(shí)踐后對各種技術(shù)措施的重新組合。第五代IGBT是第四代產(chǎn)品“透明集電區(qū)技術(shù)”與“電場中止技術(shù)”的組合。第六代產(chǎn)品是在第五代基礎(chǔ)上改進(jìn)了溝槽柵結(jié)構(gòu),并以新的面貌出現(xiàn)。尤其是承受工作電壓水平從第四代的3300V提高到6500V,這是一個(gè)極大的飛躍。

上述幾項(xiàng)改進(jìn)技術(shù)已經(jīng)在各國產(chǎn)品中普遍采用,只是側(cè)重面有所不同。除此以外,有報(bào)道介紹了一些其它技術(shù)措施如:內(nèi)透明集電極、砷摻雜緩沖層、基板薄膜化、軟穿通技術(shù)等。

全球IGBT的市場發(fā)展現(xiàn)狀

從市場競爭格局來看,美國功率器件處于世界領(lǐng)先地位,擁有一批具有全球影響力的廠商,例如 TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay 等廠商。歐洲擁有 Infineon、ST 和 NXP 三家全球半導(dǎo)體大廠,產(chǎn)品線齊全,無論是功率 IC 還是功率分離器件都具有領(lǐng)先實(shí)力。

日本功率器件廠商主要有 Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、Toshiba、Rohm、Matsushita、Fuji Electric 等等。日本廠商在分立功率器件方面做的較好,但在功率芯片方面,雖然廠商數(shù)量眾多,但很多廠商的核心業(yè)務(wù)并非功率芯片,從整體市場份額來看,日本廠商落后于美國廠商。但是全球有近70%的IGBT模塊市場被三菱、東芝及富士等日系企業(yè)控制。德系的英飛凌也是全球IGBT龍頭企業(yè)之一,其獨(dú)立式 IGBT 功率晶體以24.7%的市場占有率位居第一,IGBT 模塊則以20.5%的市場占有率位居第二。

近年來,中國***的功率芯片市場發(fā)展較快,擁有立锜、富鼎先進(jìn)、茂達(dá)、安茂、致新和沛亨等一批廠商。***廠商主要偏重于 DC/DC 領(lǐng)域,主要產(chǎn)品包括線性穩(wěn)壓器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC,脈寬調(diào)制集成電路)和功率MOSFET,從事前兩種 IC 產(chǎn)品開發(fā)的公司居多??傮w來看,***功率廠商的發(fā)展較快,技術(shù)方面和國際領(lǐng)先廠商的差距進(jìn)一步縮小,產(chǎn)品主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)主板、顯卡、數(shù)碼產(chǎn)品和 LCD 等設(shè)備。

據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS于2016年公布的報(bào)告,英飛凌以24.5%的份額高居榜首,日本三菱電機(jī)則以24.4%的份額屈居第二,另一日系大廠富士電機(jī)則以12.2%的占有率排行第三。

嚴(yán)重依賴進(jìn)口,中國IGBT廠商差距明顯

根據(jù)每日經(jīng)濟(jì)新聞報(bào)道,在高壓大功率IGBT芯片方面,由于對IGBT芯片可靠性要求非常高,此前,我國還沒有一個(gè)廠家能夠?qū)崿F(xiàn)6500V IGBT芯片本土產(chǎn)業(yè)化,為此,國內(nèi)企業(yè)每年需花費(fèi)數(shù)億元從國外采購IGBT產(chǎn)品。

他們進(jìn)一步指出,由于國外采購周期長達(dá)數(shù)月甚至一年以上,嚴(yán)重制約了我國軌道交通裝備的自主創(chuàng)新和民族品牌創(chuàng)立,大大降低了國內(nèi)動(dòng)車、機(jī)車裝備在國際市場的競爭力。因此發(fā)展國內(nèi)的IGBT產(chǎn)業(yè)迫在眉睫。、

而從技術(shù)上上看,中國IGBT和國外的差距主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)IGBT技術(shù)與工藝

我國的功率半導(dǎo)體技術(shù)包括芯片設(shè)計(jì)、制造和模塊封裝技術(shù)目前都還處于起步階段。功率半導(dǎo)體芯片技術(shù)研究一般采取“設(shè)計(jì)+代工”模式,即由設(shè)計(jì)公司提出芯片設(shè)計(jì)方案,由國內(nèi)的一些集成電路公司代工生產(chǎn)。

由于這些集成電路公司大多沒有獨(dú)立的功率器件生產(chǎn)線,只能利用現(xiàn)有的集成電路生產(chǎn)工藝完成芯片加工,所以設(shè)計(jì)生產(chǎn)的基本是一些低壓芯片。與普通IC芯片相比,大功率器件有許多特有的技術(shù)難題,如芯片的減薄工藝,背面工藝等。解決這些難題不僅需要成熟的工藝技術(shù),更需要先進(jìn)的工藝設(shè)備,這些都是我國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中急需解決的問題。

從80年代初到現(xiàn)在IGBT芯片體內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有非穿通型(NPT)、穿通型(PT)和弱穿通型(LPT)等類型,在改善IGBT的開關(guān)性能和通態(tài)壓降等性能上做了大量工作。但是把上述設(shè)計(jì)在工藝上實(shí)現(xiàn)卻有相當(dāng)大的難度。尤其是薄片工藝和背面工藝。工藝上正面的絕緣鈍化,背面的減薄國內(nèi)的做的都不是很好。

薄片工藝,特定耐壓指標(biāo)的IGBT器件,芯片厚度也是特定的,需要減薄到200-100um,甚至到80um,現(xiàn)在國內(nèi)可以將晶圓減薄到175um,再低就沒有能力了。比如在100~200um的量級(jí),當(dāng)硅片磨薄到如此地步后,后續(xù)的加工處理就比較困難了,特別是對于8寸以上的大硅片,極易破碎,難度更大。

背面工藝,包括了背面離子注入,退火激活,背面金屬化等工藝步驟,由于正面金屬的熔點(diǎn)的限制,這些背面工藝必須在低溫下進(jìn)行(不超過450°C),退火激活這一步難度極大。背面注入以及退火,此工藝并不像想象的那么簡單。國外某些公司可代加工,但是他們一旦與客戶簽訂協(xié)議,就不再給中國客戶代提供加工服務(wù)。

在模塊封裝技術(shù)方面,國內(nèi)基本掌握了傳統(tǒng)的焊接式封裝技術(shù),其中中低壓模塊封裝廠家較多,高壓模塊封裝主要集中在南車與北車兩家公司。與國外公司相比,技術(shù)上的差距依然存在。國外公司基于傳統(tǒng)封裝技術(shù)相繼研發(fā)出多種先進(jìn)封裝技術(shù),能夠大幅提高模塊的功率密度、散熱性能與長期可靠性,并初步實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用。

高端工藝開發(fā)人員非常缺乏,現(xiàn)有研發(fā)人員的設(shè)計(jì)水平有待提高。目前國內(nèi)沒有系統(tǒng)掌握IGBT制造工藝的人才。從國外先進(jìn)功率器件公司引進(jìn)是捷徑。但單單引進(jìn)一個(gè)人很難掌握IGBT制造的全流程,而要引進(jìn)一個(gè)團(tuán)隊(duì)難度太大。國外IGBT制造中許多技術(shù)是有專利保護(hù)。目前如果要從國外購買IGBT設(shè)計(jì)和制造技術(shù),還牽涉到好多專利方面的東西。

(2)IGBT工藝生產(chǎn)設(shè)備

國內(nèi)IGBT工藝設(shè)備購買、配套十分困難。每道制作工藝都有專用設(shè)備配套。其中有的國內(nèi)沒有,或技術(shù)水平達(dá)不到。如:德國的真空焊接機(jī),能把芯片焊接空洞率控制在低于1%,而國產(chǎn)設(shè)備空洞率高達(dá)20%到50%。外國設(shè)備未必會(huì)賣給中國,例如薄片加工設(shè)備。

又如:日本產(chǎn)的表面噴砂設(shè)備,日本政府不準(zhǔn)出口。好的進(jìn)口設(shè)備價(jià)格十分昂貴,便宜設(shè)備又不適用。例如:自動(dòng)化測試設(shè)備是必不可少的,但價(jià)貴。如用手工測試代替,就會(huì)增加人為因素,測試數(shù)據(jù)誤差大。IGBT生產(chǎn)過程對環(huán)境要求十分苛刻。要求高標(biāo)準(zhǔn)的空氣凈化系統(tǒng),世界一流的高純水處理系統(tǒng)。

要成功設(shè)計(jì)、制造IGBT必須有集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、芯片制造封裝測試、可靠性試驗(yàn)、系統(tǒng)應(yīng)用等成套技術(shù)的研究、開發(fā)及產(chǎn)品制造于一體的自動(dòng)化、專業(yè)化和規(guī)?;潭阮I(lǐng)先的大功率IGBT產(chǎn)業(yè)化基地。投資額往往需高達(dá)數(shù)十億元人民幣。

國產(chǎn)廠商在快馬加鞭求突破

為了實(shí)現(xiàn)自主可控,國產(chǎn)廠商正在開始推進(jìn)IGBT的國產(chǎn)化,政府也在推動(dòng)。針對我國當(dāng)前功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r以及2016-2020年電力電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn),中國寬禁帶功率半導(dǎo)體及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國IGBT技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)電力電子分會(huì)、北京電力電子學(xué)會(huì)共同發(fā)布《電力電子器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書》(以下簡稱《藍(lán)皮書》)。

《藍(lán)皮書》指出,電力電子器件產(chǎn)業(yè)的核心是電力電子芯片和封裝的生產(chǎn),但也離不開半導(dǎo)體和電子材料、關(guān)鍵零部件、制造設(shè)備、檢測設(shè)備等產(chǎn)業(yè)的支撐,其發(fā)展既需要上游基礎(chǔ)的材料產(chǎn)業(yè)的支持,又需要下游裝置產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)。

現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有一些國產(chǎn)廠商也已經(jīng)有了很大的突破,日前報(bào)道的中車就是其中的代表。

據(jù)報(bào)道,“長株潭城際鐵路”,是湖南的第一條城際鐵路,也是中國第一款時(shí)速160公里的城際動(dòng)車組。這列車上的牽引電機(jī),采用了最新一代技術(shù),與普通高鐵動(dòng)車相比,加速能力更強(qiáng),可以像地鐵一樣快起快停,而為列車提供強(qiáng)勁動(dòng)力的,是中國自主研發(fā)的一個(gè)核心部件,人稱“高鐵中國芯”。

今天,中車的IGBT生產(chǎn)線,每年能制造12萬支芯片。全世界,這樣的生產(chǎn)線只有兩條。

中車時(shí)代IGBT制造中心副主任羅海輝表示:我們現(xiàn)在所看到的這些芯片,他是分布在一個(gè)八英寸的這個(gè)上面,每一個(gè)指甲蓋大小的一個(gè)小方塊,就是一個(gè)芯片,你別看他面積很小啊,一個(gè)這樣的芯片可以處理的能量,相當(dāng)于100臺(tái)電爐發(fā)出來的熱量。

同樣是芯片家族的成員,和處理信息或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的芯片不同,IGBT的主要工作是控制和傳輸電能,指甲蓋大小的芯片組成的IGBT可以處理6500W以上的超高電壓,IGBT芯片工作時(shí)可以在短短1秒的時(shí)間內(nèi),實(shí)現(xiàn)10萬次電流開關(guān)動(dòng)作,從而驅(qū)動(dòng)高鐵飛速行駛。

3年前,當(dāng)時(shí)核心的制造技術(shù)僅掌握在美國和德國等少數(shù)幾個(gè)國家手中,價(jià)格完全由賣方說了算,一片IGBT的價(jià)格折合人民幣一萬五千塊錢,而且只賣成品,這樣的技術(shù)是用多少錢都無法買到的。

2008年,中國的第一條高鐵京津城際鐵路開通,隨后又開通了更多的高鐵線路,對IGBT的需求成倍增加,一個(gè)8列標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組就需要152個(gè)IGBT芯片,光這個(gè)芯片的成本就高達(dá)將近兩百萬元,每年中國高鐵制造需要向國外采購十萬個(gè)以上IGBT模塊,采購資金超過12億元人民幣。

2014年6月,經(jīng)過6年的不懈努力,由我國自主研制具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的8英寸IGBT芯片成功下線,預(yù)示著高鐵擁有了第一顆“中國心”,第一片8英寸晶圓被中國科技館永久收藏。不光如此,中車還在全球最大的軌道交通裝備智能工廠,用智能線制造出了IGBT牽引變流器,各項(xiàng)指標(biāo)完全合格,生產(chǎn)時(shí)間比原來縮短了70%。

不僅是高鐵上用,我們的電網(wǎng)也要用到IGBT,據(jù)統(tǒng)計(jì),中國在未來幾年將成長為千億級(jí)IGBT市場,極具吸引力,而這時(shí)國產(chǎn)IGBT芯片的成功量產(chǎn)意味著將從少數(shù)幾家外國公司手中,搶走一塊蛋糕??蛇@蛋糕要想吃到嘴里,比突破技術(shù)還要難。

國產(chǎn)IGBT剛剛投產(chǎn),吳煜東的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)準(zhǔn)備好以低于市場30%的價(jià)格優(yōu)勢推出,與對手在國際舞臺(tái)上角力。然而,產(chǎn)品價(jià)格剛剛公布,競爭對手就迅速降價(jià),聯(lián)合起來降價(jià)70%,吳煜東絕對沒有想到,剛剛邁出第一步,就遭遇了慘烈的價(jià)格戰(zhàn)!沒等著他們反應(yīng)過來,外國廠商又第二招撒手锏,推出第二代產(chǎn)品。這意味著我們剛剛學(xué)會(huì)走,人家已經(jīng)跑起來了。

在這樣的殘酷背景下,中車時(shí)代的工程師沒日沒夜地工作,經(jīng)常工作到晚上一兩點(diǎn)鐘。在歷經(jīng)9年零6個(gè)月,3000多個(gè)日日夜夜的奮戰(zhàn)后,“中國芯”在技術(shù)上終于追平了對手,用不到10年的時(shí)間走完了國際巨頭們30年的路,打破了發(fā)達(dá)國家一家獨(dú)大的壟斷局面。

2015年,由我國自主研發(fā)的IGBT變流器首次出口海外市場,奪得了印度100輛機(jī)車的訂單。

短短3年時(shí)間,國產(chǎn)IGBT在功率器件的市場占有率從零一下攀升至60%,并且以每年200%的銷售業(yè)績增長,統(tǒng)一后的高鐵標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組將全部采用IGBT“中國芯”。

除了取得重大突破的中車外,國內(nèi)還有其他正在IGBT上深耕的國產(chǎn)廠商。例如深圳比亞迪、杭州士蘭微、吉林華微、中航微電子、中環(huán)股份等;模組廠商西安永電、西安愛帕克、威海新佳、江蘇宏微、嘉興斯達(dá)、南京銀茂、深圳比亞迪等;芯片設(shè)計(jì)廠商中科君芯、西安芯派、寧波達(dá)新、無錫同方微、無錫新潔能、山東科達(dá)等;芯片制造廠商華虹宏力、上海先進(jìn)、深圳方正微、中芯國際、華潤上華等。

近幾年國內(nèi)IGBT技術(shù)發(fā)展也比較快,國外廠商壟斷狀況逐漸被打破,已取得一定的突破。主要亮點(diǎn)有:

中車集團(tuán)的株洲時(shí)代電氣已建成全球第二條、國內(nèi)首條8英寸IGBT芯片專業(yè)生產(chǎn)線,具備年產(chǎn)12萬片芯片、并配套形成年產(chǎn)100萬只IGBT模塊的自動(dòng)化封裝測試能力,芯片與模塊電壓范圍實(shí)現(xiàn)從650V到6500V的全覆蓋。

中車集團(tuán)的西安永電電氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)的6500V/600A IGBT功率模塊已成功下線,使其成為全球第四個(gè)、國內(nèi)第一個(gè)能夠封裝6500V以上電壓等級(jí)IGBT的廠家。

上海北車永電電子科技有限公司與上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造股份有限公司聯(lián)合開發(fā)的國內(nèi)首個(gè)具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的6500V高鐵機(jī)車用IGBT芯片通過高鐵系統(tǒng)上車試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化應(yīng)用,技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平,標(biāo)志著國內(nèi)機(jī)車用高壓、大電流6500V IGBT芯片設(shè)計(jì)、芯片工藝研發(fā)制造技術(shù)的重大突破,特別是攻克了6500V IGBT關(guān)斷安全工作區(qū),短路工作區(qū)等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

華潤上華和華虹宏力基于6英寸和8英寸的平面型和溝槽型1700V、2500V和3300V IGBT芯片已進(jìn)入量產(chǎn)。

深圳比亞迪微電子有限公司、國家電網(wǎng)與上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造股份有限公司建立戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,將具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IGBT核心關(guān)鍵技術(shù)和半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)進(jìn)行“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”,共同打造IGBT國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈。2015年8月,上海先進(jìn)半導(dǎo)體正式進(jìn)入比亞迪新能源汽車用IGBT的供應(yīng)鏈。

2015年底,中車株洲所旗下時(shí)代電氣公司與北汽集團(tuán)旗下的北汽新能源簽署協(xié)議,全面啟動(dòng)汽車級(jí)IGBT、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等業(yè)務(wù)的合作,并宣布未來共同打造自主新能源汽車品牌。這被業(yè)界視為高鐵技術(shù)與汽車行業(yè)的一次深度“聯(lián)姻”,有望推動(dòng)IGBT等汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化進(jìn)程。

國內(nèi)IGBT行業(yè)近幾年的發(fā)展大事記:

(1)2011年12月,北車西安永電成為國內(nèi)第一個(gè)、世界第四個(gè)能夠封裝6500V以上IGBT產(chǎn)品的企業(yè)。

(2)2013年9月,中車西安永電成功封裝國內(nèi)首件自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的50A/3300V IGBT芯片;

(3)2014年6月,中車株洲時(shí)代推出全球第二條、國內(nèi)首條8英寸IGBT芯片專業(yè)生產(chǎn)線投入使用;

(4)2015年3月,天津中環(huán)自主研制的6英寸FZ單晶材料已批量應(yīng)用,8英寸FZ單晶材料也已經(jīng)取得重大突破;

(5)2015年8月,上海先進(jìn)與比亞迪、 國家電網(wǎng)建立戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,正式進(jìn)入比亞迪新能源汽車用IGBT供應(yīng)鏈;

(6)2015年10月,中車永電/上海先進(jìn)聯(lián)合開發(fā)的國內(nèi)首個(gè)具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的6500V高鐵機(jī)車用IGBT芯片通過高鐵系統(tǒng)上車試驗(yàn);

(7)2015年底,中車株洲時(shí)代與北汽新能源簽署協(xié)議,全面啟動(dòng)汽車級(jí)IGBT和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等業(yè)務(wù)的合作;

(8)2016年5月,華潤上華/華虹宏力基于6英寸和8英寸的平面型和溝槽型1700V、 2500V和3300V IGBT芯片已進(jìn)入量產(chǎn)。

可以看到,受益于新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)等各種利好措施,IGBT市場將引來爆發(fā)點(diǎn)。

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