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IGBT在国内外

来源:武汉科琪电子有限公司    编辑:佚名    时间:2014-12-9    点击数:

  (一) 中国的IGBT
  1, 中国的现状仍是进口芯片封装为主,但大有进步
  多年前,进口IGBT芯片封装成模块投入国内市场,均属一般水平。其中IGBT模块封装用的关键零部件还需进口。
  近年来,具有代表性的新闻是:中国北车集团属下的西安永电电气有限责任公司生产6500V/600A IGBT功率模块已成功下线,使其成为全球第四个、国内第一个能够封装6500V以上电压等级IGBT的厂家。此外,江苏宏微的IGBT模块已成功进入电焊机市场,浙江嘉兴斯达的IGBT模块正积极向国外市场推广。目前我国IGBT(含配套的超快FRD)现状是:通过自己开发和技术引进,已经解决了电压可达6500V、电流可达几千安培的IGBT功率模块封装(内含FRD)的批量生产技术。以上听到的好新闻寥寥无几,所以中国需要创造出自己的IGBT制造技术才能独立生存,否则就只能生产落后的产品或者向外国公司支付高额的技术费用。
  2, IGBT芯片制造远远落后国外
  目前国内能够制造芯片的厂商主要生产一些耐压1700V以下(含1700V)的IGBT和超快FRD。小功率的IGBT产品,应用的范围也比较有限,主要集中在电磁炉、变频空调、变频洗衣机等产品中。虽然国内IGBT行业近年来取得了重大进展,但我们必须清醒地看到,在芯片生产技术方面与国外存在巨大的差距,掌握的核心技术太少。国内IGBT厂商基本上采用的是第二代、第三代的生产工艺,而先进功率器件半导体厂商的IGBT产品都采用第五代、第六代的生产工艺了。我国自产的IGBT芯片技术还基本采用国际上1980年代末期推出的NPT-IGBT技术,其后国际上出现了更先进的产品,如沟槽栅FS-IGBT、表面载流子浓度增强IGBT等,我国还没有开发成功或者还没有开始开发。耐压高于1700V的产品有待开发,耐压低于(含)1200V的产品有待用户考验,改进质量才能达到市场大批量接纳水平,这还需一段不短的磨合过程。
  芯片制造也有一些激动人心的新闻。天津中环半导体股份有限公司研制的6英寸FZ单晶材料已批量应用,在国家“02”科技重大专项的推动下,8英寸FZ单晶材料已取得重大突破。电磁灶用1200V NPT型IGBT已由多家企业(江苏东光、华润华晶、山东科达等)批量供货,这标志着我国国产IGBT芯片打破了国外一统天下的局面。6英寸和8英寸的平面型和沟槽型1700V、2500V和3300V IGBT芯片已研制出样品,正进行可*性考核。4500V和6500V IGBT芯片研制也在积极推进中。株洲南车时代电气股份有限公司的8英寸IGBT芯片生产线也在建设中。
  3, 国内的IGBT市场
  国内厂商还不具备研发、制造管芯的能力,以及大功率IGBT的封装能力,大部分都需要依赖进口。现阶段,国内的IGBT市场几乎被欧美、日本企业所垄断,比如ST、Semikron、IR、Fairchild、Infineon、Fuji、Toshiba等。
  (二) 国外的IGBT
  1,从技术发展上看
  IGBT是中高功率应用的主流,从2010年世界功率半导体市场份额可以明显看出,IGBT以超过50%的增长率高居功率半导体领域之首。国际上IGBT的生产高度集中于少数几家大公司,他们采用互不相同的、独有的器件结构和工艺技术。
  虽然目前硅是IGBT的主流,SiC(碳化硅)及GaN(氮化镓)也开始有所应用。SiC目前比较成熟的器件主要是SiC二极管,MOSFET也逐渐投向市场,但是IGBT应用还遥遥无期。GaN目前主要产品也是二极管和LED。
  2010年日本罗姆公司宣布量产SiC功率MOSFET,美国Cree公司随后也宣布量产1200V SiC功率MOSFET。虽然SiC功率MOSFET性能较硅基IGBT更优,但高昂的价格使其在较长时期内难以取代IGBT。我们期待SiC MOSFET首先在汽车电子、工业应用等有较大应用市场而又对价格不太敏感的领域取得突破,从而进一步带动SiC电力电子器件的发展。基于硅基衬底的GaN功率半导体器件是我看好的发展方向,但目前其主要问题是长期可*性难以实现。SiC电力电子器件在中高功率、GaN电力电子在1200V以下的中低功率和多功能集成领域具有发展优势。
  虽然以SiC(碳化硅)及GaN(氮化镓)为代表的宽禁带电力电子技术目前还处于发展初期,但我们必须高度重视,应积极发展宽禁带电力电子器件,否则我们将持续落后。
  由于模块发展迅速,封装技术的重要性正在以惊人的速度提高。封装技术能使多种器件在一个模块中使用。比如,IGBT与SJ-MOSFET组合及IGBT与SiC二极管组合等。
  2,从市场竞争上看
  大部分IGBT制造商都在整个功率电子领域展开了竞争。英飞凌、三菱电机、富士电机等大企业在绝缘电压高达3300V的产品方面实力很强。从收益方面来看,600~900V的产品所占市场最大。
  还有价格的竞争。成本的削减通过改进设计和缩小芯片尺寸来实现。英飞凌的IGBT芯片尺寸从第1代到第5代已缩小了60~70%。最新的Field Stop Trench(场截止沟道)型器件也减小了晶圆厚度。英飞凌准备将晶圆厚度减至50~70μm,甚至40μm。而三菱电机则为在一个芯片上集成更多单元,减小了沟道尺寸。另外,IGBT厂商还将通过把现在的150mm和200mm晶圆增至300mm来削减成本。
  通常的IGBT是利用硅外延片制造的。最近,利用垂直悬浮区熔法制备的NTD(中子嬗
  变掺杂)硅晶圆越来越多地被用来制造IGBT。由于NTD硅锭的电阻率均一,因此能够
  实现高性能高压IGBT。切出硅晶片后不需要外延,因此能大幅削减晶圆厚度。这样,
  一个硅锭可生产出的晶圆数量增加,从而可以削减成本。

 

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