| 为什么市场上没有国产的IGBT器件？ |
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| (2012-11-28 21:53:36) 2103人次浏览 |
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为什么市场上没有国产的IGBT器件？
IGBT是一种十分重要的电力电子器件。它既有功率MOSFET驱动功率小、开关频率高的优点，又有大功率晶体管导通电压低、通态电流大的优点。他在任何时刻可关断通态电流，避免了普通晶闸管在一个半波内只能导通不能关断的弱点。在电力电子领域是一个十分有发展前途的大功率半导体器件。
IGBT这种新型功率半导体器件又称绝缘栅双极型晶体管，是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品，广泛应用于轨道交通、航空航天、船舶驱动、智能电网、新能源、交流变频、风力发电、电机传动、汽车等强电控制等产业领域。它问世已近三十年，已做到8吋硅晶片、耐压水平6500伏的高水平。由于它在强电领域广泛应用，专业人士已十分了解。但遗憾的是至今在国内市场上见不到国产货，而是被德国英菲林、西门康、瑞士ABB、美国IR、日本三菱、富士、东芝、Sanken、Fairchld飞兆等十大国外企业产品所垄断，是国内IGBT市场中销售额位于前10位的企业。应用者们十分疑惑的问：中国为什么制造不了？
改革开放以来中国半导体产业经历了一个跨越式发展的时代。尤其是集成电路芯片制造业大幅度地缩短了与国际水平的差距，打造了数条12吋集成电路生产线，在全球竞争中占据了一席之地。电力电子行业晶闸管的设计制造亦始终受有关部门的高度重视，上世纪八十年代后全国各企业纷纷从国外引进技术或生产线。然而，唯独IGBT始终没有动静。
上世纪八十年代IGBT刚诞生，正在研究的初级阶段，人们对它还不熟悉，当然没能引起注意。随着设计、制造技术的不断提高，IGBT实用报道也越来越多。上世纪90年代后期，国外IGBT成熟产品和用它制造的小功率变频器在中国市场上大量出现，应用效果明显，虽然功率还小，但引起了国内电力电子行业和主管部门的重视。然而它的技术难度和需要巨大投资，再加上与晶闸管相比功率偏小等诸多原因，影响了IGBT在国内的发展。
从技术角度讲不能不承认IGBT技术含量高、制造难度大，这是阻碍我们下决心去开发IGBT主要原因之一。据了解，制造工艺与集成电路有雷同之处，但有不少集成电路没有的新工艺。设计思路也不一样。但就承受电压来说要达到数千伏，远远超过了集成电路。其主要表现在：
一、从80年代初到现在IGBT晶片体内结构设计有非穿通型（NPT）、穿通型（PT）和弱穿通型（LPT）等类型，在改善IGBT的开关性能和通态压降等性能做了大量工作。但是把上述设计在工艺上实现却有相当大的难度。例如NPT型IGBT正面工艺虽然和VDMOS基本一致（平面工艺和Trench工艺均可），但是存在两大工艺难点——薄片工艺和背面工艺。工艺上正面的绝缘钝化，背面的减薄国内的做的都不是太好。
1、薄片工艺，特定耐压指标的IGBT器件，芯片厚度也是特定的，需要减薄到200-100um，高端甚至80um，现在国内150um减薄比较有谱，再低就没有能力了。比如在100～200um的量级，当硅片磨薄到如此地步后，后续的加工处理就比较困难了，特别是对于8吋以上的大硅片，极易破碎，难度更大。
图：6吋直径100微米厚的硅晶片真是“薄如蝉翼”
2、背面工艺，包括了背面注入，退火激活，背面金属化等工艺步骤，由于正面金属的熔点的限制，这些背面工艺必须在低温下进行（不超过450℃），退火激活这一步难度极大。背面注入以及退火，此工艺并不像想象的那么简单。国外某些公司可代加工，但是他们一旦与客户签订协议，就不再给中国客户代加工。
二、工艺设备购买、配套十分困难。每道制作工艺都有专用设备配套。其中有的国内没有，或技术水平达不到。如：德国的真空焊接机，能把晶片焊接空洞率控制在低于1%，而国产设备高达20%到50%。外国设备未必会卖给你中国，例如薄片加工设备。又如：日本产的表面喷砂设备，日本政府不准出口。好的进口设备价格十分昂贵，便宜设备又不适用。例如：自动化测试设备是必不可少的，但价贵。如用手工测试代替，就会增加人为因素，测试数据误差大。
三、IGBT生产过程对环境要求十分苛刻。要求高标准的空气净化系统，世界一流的高纯水处理系统。
四、要成功设计、制造IGBT必须有集产品设计、芯片制造、封装测试、可靠性试验、系统应用等成套技术的研究、开发及产品制造于一体的自动化、专业化和规模化程度领先的大功率IGBT产业化基地。投资需高达数十亿元人民币。
五、高端工艺开发人员非常缺乏，现有研发人员的设计水平有待提高。目前国内没有系统掌握IGBT制造工艺的人才。人才该如何获得？从国外先进功率器件公司引进是捷径。其实国内目前某些IGBT模块厂商的创办者并不缺乏在国外相关企业工作的经历，但单单引进一个人很难掌握IGBT制造的全流程，而要引进一个团队难度太大。六、国外IGBT制造中许多技术是有专利保护。目前如果要从国外购买IGBT设计和制造技术，还牵涉到好多专利方面的东西。
由于在中国市场上购买进口的IGBT十分容易，近十几年来我国的IGBT应用技术逐渐成熟，发展得很快。IGBT整机产品广泛应用于工业、交通、通信、消费电子等各个领域，大幅度提高工业生产效率，大幅度节约电能、降低原材料消耗。
于是对高质量、多品种、低价格IGBT的需求量越来越大，引起了电力电子功率器件和半导体集成电路制造商的高度注意。单靠进口是不行了，还得自己搞！在不到十年时间里，制造晶闸管数十年的老资格电力电子功率器件制造公司上马了！有着崭新的制造工艺技术和世界第一流微电子工装设备的芯片制造公司也上马了！他们打出“芯片制造应关注功率半导体！”的口号，明确提出：“对我国的半导体（集成电路）芯片制造企业来说，把功率半导体器件作为产品差异化的突破口，应该是一个明智的选择。”，“不能把眼光仅限于集成电路，要具有“大半导体”的视野。”太好了！前者有丰富的大电流、高电压电力电子器件制造经验，后者有能在硅园晶片上作精密加工的工艺工装。两者一结合就会水到渠成。近几年来，我国企业用自己的技术力量独立或合资制成功率IGBT的消息时有传来。他们是：株洲南车、上海华虹NEC、西安爱帕克（西安电力电子研究所）、江阴长电、江苏宏微、宁波比亚迪、东光微电、吉林华微、华润上华、北京新时代民芯、嘉兴斯达等公司。虽然他们有的刚起步，电压、电流水平较低，有的买进口芯片封装，但是他们起点很高，技术先进。应该特别提出的是，据2011年3月报导：上海华虹NEC与中科院微电子研究所合作开发的6500VTrenchFS（沟槽型场终止）IGBT取得了阶段性的突破，使国内自主高压高功率IGBT芯片从设计研制到工艺开发的整体贯通迈上一个新台阶。还有据2011年5月报导：中国南车大功率IGBT产业化基地25日在株洲奠基，总投资14亿元人民币中国首条八英寸IGBT芯片生产线项目正式启动，预计到2013年正式投产。项目建成后，将具备年产12万片8英寸IGBT芯片和100万只IGBT模块的能力，年产值超过20亿元。记者了解到，该基地除建设一条国际领先的8英寸IGBT芯片生产线外，还将建设9条满足不同行业用的IGBT模块生产线。
产品电压等级从600伏到6500伏，满足轨道交通以及电动汽车、风力发电、太阳能发电、智能电网、高压变频、工业传动等多个行业需求，成为中国首个完全依靠自主能力建设、设计规模最大、技术实力最强、产品型谱最全的大功率IGBT产业化基地。鼓舞人心的消息频频传来，相信国产高质量的高压IGBT大批上市已为期不远，市场上没有国产的IGBT器件的现象将一去不复返。（作者：椿树朱英文，2011-11-2）
相关阅读：国产IGBT企业名录→浏览下载
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