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国产IGBT困境浅析
10:51:22 来源:李晶 |
　　纵观全球市场，功率半导体主要供应厂商基本是欧美及日本几家公司，它们代表着目前功率半导体技术的最高水平，包括德国英飞凌、瑞士ABB、美国飞兆以及日本三菱、东芝、富士等公司。在高电压等级领域(3300V以上)更是由其中几家公司所控制，在大功率沟槽技术方面，英飞凌与三菱公司处于国际领先水平。这些公司不仅牢牢控制着市场，还在技术上拥有着大量的专利。与国外厂商相比，国产功率半导体器件主要差距在器件设计，工艺和生产制造技术方面。另外，功率半导体工艺生产设备也是制约国产功率半导体器件的发展的主要原因。
　　IGBT发展历史
　　IGBT (绝缘栅双极型晶体管)发明于 80 年代初，多家公司几乎同时并独立地发明了这种器件，刚开始各公司对其称谓也不同。GE 公司刚开始称其为 IGR(Insulated-Gate Rectifer)，其论文于 1982 年 12 月 14 日在 IEDM(国际电子器件会议)上发表。RCA 公司称其为 COMFET(Conductivity-Modulated FET)并在同一天得到美国专利局的专利批准，接着向 IEDM 提交了正式论文。Motorola 公司也独立发明了该器件，称为 GEMFET(Gain-Enhanced mosFET)。加州伯克利分校发明了类似器件，称为 BMT(Bipolar MOS Transistor)及 IBT(Insulated-base Transistor)。GE 公司后来将他们的发明从整流器改称 IGT(Insulated-Gate Transistor)。德国西门子称其为 IGBT，由于西门子的 IGBT 发展迅猛，研究生产的 IGBT 性能优良，所以人们认同了 IGBT 的称谓。
　　至今，IGBT经历了六代技术的发展演变，面对的是大量的结构设计调整和工艺上的难题。回顾IGBT的发展历程，其主要从三方面发展演变：器件纵向结构，栅极结构以及硅片的加工工艺。
IGBT技术变迁
（相对值）
通态饱和压降
（相对值）
平面穿通型
改进的平面穿通型
（Trench）
电场截至型
电场截止沟槽型
（FS-Trench）
　　IGBT技术与工艺
　　我国的功率半导体技术包括芯片设计、制造和模块封装技术目前都还处于起步阶段。功率半导体芯片技术研究一般采取&设计+代工&模式，即由设计公司提出芯片设计方案，由国内的一些集成电路公司代工生产。由于这些集成电路公司大多没有独立的功率器件生产线，只能利用现有的集成电路生产工艺完成芯片加工，所以设计生产的基本是一些低压芯片。与普通IC芯片相比，大功率器件有许多特有的技术难题，如芯片的减薄工艺，背面工艺等。解决这些难题不仅需要成熟的工艺技术，更需要先进的工艺设备，这些都是我国功率半导体产业发展过程中急需解决的问题。
　　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上做了大量工作。但是把上述设计在工艺上实现却有相当大的难度。尤其是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很好。
　　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，甚至到80um，现在国内可以将晶圆减薄到175um，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寸以上的大硅片，极易破碎，难度更大。
　　背面工艺，包括了背面离子注入，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&C)，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提供加工服务。
　　在模块封装技术方面，国内基本掌握了传统的焊接式封装技术，其中中低压模块封装厂家较多，高压模块封装主要集中在南车与北车两家公司。与国外公司相比，技术上的差距依然存在。国外公司基于传统封装技术相继研发出多种先进封装技术，能够大幅提高模块的功率密度、散热性能与长期可靠性，并初步实现了商业应用。
　　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。从国外先进功率器件公司引进是捷径。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。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。
　　IGBT工艺生产设备
　　国内IGBT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%，而国产设备空洞率高达20%到50%。外国设备未必会卖给中国，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。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。
　　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。投资额往往需高达数十亿元人民币。
　　市场竞争格局
　　从市场竞争格局来看，美国功率器件处于世界领先地位，拥有一批具有全球影响力的厂商，例如 TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay 等厂商。欧洲拥有 Infineon、ST 和 NXP 三家全球半导体大厂，产品线齐全，无论是功率 IC 还是功率分离器件都具有领先实力。日本功率器件厂商主要有 Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、Toshiba、Rohm、Matsushita、Fuji Electric 等等。日本厂商在分立功率器件方面做的较好，但在功率芯片方面，虽然厂商数量众多，但很多厂商的核心业务并非功率芯片，从整体市场份额来看，日本厂商落后于美国厂商。近年来，中国台湾的功率芯片市场发展较快，拥有立、富鼎先进、茂达、安茂、致新和沛亨等一批厂商。台湾厂商主要偏重于 DC/DC 领域，主要产品包括线性稳压器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC，脉宽调制集成电路)和功率MOSFET，从事前两种 IC 产品开发的公司居多。总体来看，台湾功率厂商的发展较快，技术方面和国际领先厂商的差距进一步缩小，产品主要应用于计算机主板、显卡、数码产品和 LCD 等设备。
　　IGBT 全球市场竞争格局
　　在市场竞争格局方面，在目前中国功率器件市场上，国外厂商占绝对优势，中国市场绝大多数的市场份额被国外厂商占据。从目前全球功率半导体厂商的区域分布来看，主要是欧美、日本和台湾厂商。
　　国产IGBT的进展
　　近几年来随着市场的刺激以及国家政策的扶持，国内出现了一批IGBT方面的公司。可以看到，这其中有很大一批是依靠购买国外芯片的模块封装类公司，真正的IGBT芯片设计类企业还是很少。不过这批公司的出现还是为国内IGBT产业的发展创造了良好的开局，国内IGBT产业在最近几年也得到了快速发展：2008年10月南车时代公司完成收购拥有50年功率器件研发历史的Dynex公司;2011年2月，中国南车大功率IGBT产业化基地在株洲奠基，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;2011年12月中科院微电子所宣布6500V沟槽型场终止IGBT试制成功。不久的将来，国内的IGBT产业会逐渐发展强大起来。
&&&& 作者：
　　李晶，北京交通大学电力电子博士，北京奥运会纯电动汽车充电站、上海世博会纯电动汽车充电站、广州亚运会纯电动汽车充电站核心研发人员。现专注于太阳能光伏发电、风力发电与智能电网等行业的分析与研究。人生格言：图难于易，为大于细。
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网站服务|广告服务|文章投稿|友情链接QQ:&10月21日,深圳比亚迪微电子有限公司与上海先进半导体制造股份有限公司在上海举行了“建设战略产业联盟合作协议”签约仪式，共同打造IGBT国产化产业链。
上海先进董事长陈建明表示，与比亚迪合作的新能源汽车用IGBT已经开始试用，将于明年大规模量产，并将保持每年翻一番的增长速度。他还向《中国电子报》记者透露，上海先进与中国中车合作设计制造的高铁用IGBT已经成功运行超过2万公里，这一喜讯也即将对外发布。
IGBT是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品，是新能源汽车和高铁等轨道交通车辆动力系统“核心的核心”，而我国IGBT市场虽然全球最大，却一直严重依赖进口。“这就一举打破了国外对IGBT的垄断。”中国科学院院士邹世昌在接受《中国电子报》记者采访时表示，“国产新能源汽车和高铁跳起了真正的‘中国芯’。”
打造IGBT国产化产业链
随着比亚迪超过特斯拉，成为全球最大的新能源汽车制造商，其对IGBT这一新能源汽车核心部件的需求日益增加。从整体市场来看，我国也已成为IGBT最大的消费国，目前年需求量超过75亿元，并以每年30%以上的速度增长。但是，国内尚未形成成熟的产业链和生产规模，广泛应用的大功率IGBT器件一半以上依赖进口，在采购价格和交货周期上都受制于外国公司，国内IGBT市场供不应求。
比亚迪微电子总经理陈刚表示，与上海先进携手不仅是企业发展的需要，更是对推动IGBT国产化的担当。
基于此，在签约仪式现场，上海市经信委副主任傅新华提出，希望上海先进利用好多年来积累的晶圆代工经验和特殊工艺技术，服务好比亚迪，通过建设战略产业联盟的形式，实现具有知识产权的IGBT国产化，打造成熟的IGBT国产化产业链。
据悉，上海先进和比亚迪的合作始于去年3月份。短短一年的时间里，就在1200V平台上开发了2个产品，且均为一次成功。目前这2个产品已经通过了比亚迪微电子专家组的审核，正式进入其供应链。
“建设战略产业联盟将更加有利于整合完善产业链，深化各环节的研发合作，突破技术瓶颈，加快产品的产出时间。”上海先进董事长陈建明表示，“我们将充分集中比亚迪微电子在IGBT芯片设计、封装、测试、系统应用方面的优势，以及上海先进强大的IGBT芯片工艺研发与制造能力，打造IGBT设计、芯片加工、封装、应用的完整产业链，进一步加快IGBT芯片国产化步伐。”
比亚迪和上海先进的结盟，是具有自主知识产权的IGBT核心关键技术和半导体芯片制造技术的强强联合。“凭借多年来为国际先进半导体企业代工的经验积累，上海先进有推动IGBT国产化的良好基础和实力。”中国科学院院士邹世昌非常看好此次合作。
不追随摩尔定律的上海先进
成立于1988年的上海先进，是我国大陆最早引进国外先进大规模集成电路制造技术的混合所有制企业，成立后的20年里一直是国内行业的领头羊。但是，2008年的国际金融危机把上海先进推到了濒临破产的边缘。
“2008年8月我来到上海先进并担任董事长，在之后的一个月内股价从两毛多跌到七分钱。”接受记者采访时，陈建明指着身边的上海先进副总裁周卫平说，“压力太大，随后来的周卫平急得半边脸肿起来老高。”
“顽强挺过国际金融危机后，上海先进虽然连续6年实现了盈利，但却面临着转型的巨大压力。”陈建明不禁感概，“这次的压力甚至比当年还要大。”
经过二十多年来的引进和消化国外先进的半导体制造技术，上海先进逐渐掌握了多项先进的制造工艺技术，在IGBT、汽车电子、MEMS等特定的半导体制造工艺技术领域处于国内领先地位。同时，上海先进在国内首家获得欧洲汽车电子VDA6.3（A级）资质，是国内最大的汽车电子芯片制造公司和生产IGBT芯片最多的公司，至今累计生产IGBT芯片70多万片。
但是，由于面对的主要是国际市场，并在发展中逐步形成了特定的工艺技术、狭窄的市场空间和相对固定的客户群体。“客户订单给多少做多少，企业发展受制于主要客户，只能根据客户需要调整生产规模和技术，甚至追加投资。销售额、利润、产能利用率都有逐年下降的趋势。”陈建明告诉记者，“而且最让我们困惑的是，作为代工企业，我们并不知道生产出来的晶圆被用在哪里。军用还是民用？汽车、飞机还是消费电子产品？”
是这样被温水煮青蛙，还是谋求主动转型？作为混合所有制企业，股东们的意见始终难以统一。“我们目前有5英寸、6英寸、8英寸三条生产线，部分股东认为应该遵循摩尔定律，顺应产业潮流上马更先进的生产线，这样才能更好地满足客户需求。”陈建明说，“但我认为，上海先进必须在深化拓展国际市场的同时，立足于公司特色工艺能力，主动将自身融入最具发展前景的国内战略性新兴产业的产业链中，谋求和产业的共同发展。”
说服股东们放弃坚守摩尔定律的过程很艰难，冲突也很激烈。直到去年，上海先进才明确向新能源汽车、高铁、智能电网等国内八大产业进军。陈建明亲自带队，主动和国内主要企业接洽，对方均表现出强烈的合作意愿。
“上马新产线需要很多资金，虽然有地方政府可以为我们提供启动资金，但想实现可持续发展却非易事。而目前我们的生产线完全可以满足新能源汽车、高铁用功率器件的需求。”陈建明强调，“盲目追求新产线，不如结合自身特点，充分挖掘现有产能的价值。”
如今，上海先进已经成功将自身打造成我国新能源汽车和高铁产业链的一部分。“我们不是国家队，没有那么大的规模和影响力，但是我们视为中国制造、民族品牌植入‘中国芯’为己任，希望参与制造强国的建设进程。”陈建明表示，“同时，我想我们这种打破代工服务模式，主动对接国家重点产业，谋求和产业共同发展的全新商业模式，可以为国内其他中小半导体企业提供借鉴和经验。”
陈建明进一步表示，为了对接《中国制造2025》，上海先进将分三个阶段参与国家战略发展，即生产制造一代（与比亚迪合作新能源汽车），研发试验一代（与中国中车合作轨道交通），规划推进一代（与国家电网合作智能电网）。
最后，陈建明表示，力争在10年内，将上海先进打造成为全球最强的模拟电路、功率器件晶圆制造商。
来源：中国电子报、电子信息产业网　　　　　　　　　　　　责任编辑：赵晨24小时客服热线
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进口IGBT模块与国产模块有什么区别?
进口IGBT模块与国产模块有什么区别?
进口元器件，德国工艺品质，寿命长& & & & & & & & &&物料成本低，技术不稳定，寿命短；
& & & & & & &&
1、商用电磁灶机芯的核心组件——模块，模块对机芯的作用相当于心脏；电磁炉的高频率产生就源自IGBT模块（一秒钟要震动几十万次，最累的就是IGBT模块了）。IGBT模块也是商用电磁炉最贵的元器件之一，好的、大容量的IGBT模块几百上千，便宜的只要几十块到一百左右，所以差价是好多倍，如下图：
& & & & & & & & & && & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
图片解析：左图为进口模块，天猫售价658元，右图为国产模块，售价为260，同样的规格，价格相差3倍左右，而且比亚迪的模块还不是最便宜的。
2、这也是为什么每个商用电磁炉厂家的价格不一的原因，就像智能手机，便宜的一两百，贵的好几千，都能用，但手机用几个月坏了对人的损失可能不大，最多少浪费几百块钱买了个教训，但炉子的货单价较高（以单个头算，好炉子和差炉子的差价仅在2500元左右，这其中主要是几个核心元器件、部件以及产品调试、检测的费用，不少客户就是为了省这小部分的钱而浪费了大部分钱），一旦坏了，就关系到几百上千人吃饭的问题而且直接影响生意、口碑，而且修了几次之后扔了又舍不得，不扔又占位置，这是笔者从事商用电磁炉行业六七年以来见得最多的一种状况，给用户带来了很大的困扰。
据统计，60%的电磁炉故障是源自IGBT模块的损坏，俗称炸机。可想而知，如果没有稳定的模块，商用灶出故障就是在所难免的了，所以还真不敢小觑这IGBT模块！
3、那么怎么识别国产和进口的IGBT模块呢，最简单明了的方式就是通过上图的标示，目前世界公认最好的IGBT模块是英飞凌的，英文标示为：Infineon。目前行业内大部分厂家都会声称自己用的是英飞凌模块，实际上这话不假，但绝对不是真的，因为很多厂家只是一小部分炉子用英飞凌模块，或者曾经用过英飞凌模块，而实际上他们大部分都是用的国产模块，所以声称自己用的是英飞凌，用的其实是打擦边球的方式。
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本帖最后由 走进西部 于
08:22 编辑
北车引进的是ABB封装线。
南车收购英国丹尼斯公司。
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帅，酷，中国技术，话说，头裂了啊
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
IGBT好像是引进阿尔斯通的技术。
你了解IGBT吗？还“好像是引进阿尔斯通的技术。”？
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这是什么变态啊，光看那造型就觉得牛逼了。
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超大游击队员
duanjichenggong 发表于
你了解IGBT吗？还“好像是引进阿尔斯通的技术。”？
你查一下论文吧，中国的IGBT还不够好
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超大游击队员
这是飞得太低吧？
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是“实验”速度，380A也跑过461KM，但运行速度从未上过400KM！！
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
帅，酷，中国技术，话说，头裂了啊
这是贴的感应计吧，怎么可能是裂了……
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超大游击队员
走进西部 发表于
IGBT好像是引进阿尔斯通的技术。
是收够英国公司进行生产的。
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超大游击队员
走进西部 发表于
IGBT好像是引进阿尔斯通的技术。
阿尔斯通是丹尼克斯的第一大用户，而丹尼克斯是株所的子公司。丹尼克斯的的用户里面基本没有中车，而株所么光刻机是要比丹尼克斯好上数量级的，最多是了解过丹尼克斯的技术，平移想都不要想。
不过在丹尼克斯实习的日子还是不错的。
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碳化硅SiC 超结晶体管 (SJT)是取代IGBT的下一代技术
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
帅，酷，中国技术，话说，头裂了啊
应该是传感器一类的吧
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600公里时速。。。。。
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
IGBT好像是引进阿尔斯通的技术。
其实是从腐国引进的技术
08年趁着全球经济危机南车收购英国丹尼斯公司，加上自己的努力投产了8英寸IGBT生产线。和高铁模式一个样。
在西方国家企业之间通过相互并购大鱼吃小鱼壮大自己实力的行为很常见，没必要bkc。
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超大游击队员
造型来源于古代的青铜宝剑
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头像被屏蔽
超大游击队员
混超大要全能才行，一个领域不懂就不能愉快的撕了
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超大游击队员
宇宙囚犯611号 发表于
其实是从腐国引进的技术
http://www.p-/neir.asp?newsid=42284
08年趁着全球经济危机南车收 ...
技术可以买，创新难，IGBT最先进的制造工艺还在日本欧洲手里
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大家好，我是飞机，我只是飞得太低
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原来飞机不一定要上天，在地面轨道中怎么也比飘着安全
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这个火车车头造型，灵感来自鸟嘴？
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600公里时数
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
造型来源于古代的青铜宝剑
原来层主早已看穿一切
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帖子里面还有软骨病患者，不能正视中国的进步，由大到强，在路上
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
技术可以买，创新难，IGBT最先进的制造工艺还在日本欧洲手里
慢慢来吧，南车的IGBT做到这一步已经很不错了。作为后来者我们缺乏时间和经验，只有多用才能不断改进提高，希望国家能够多多支持。
另外南车的IGBT已经能够做到6500V，达到了ABB能够提供的最高水平，不管怎么样还是应该鼓励的。产品卖得多了才有利润用来提高工艺。
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超大游击队员
宇宙囚犯611号 发表于
慢慢来吧，南车的IGBT做到这一步已经很不错了。作为后来者我们缺乏时间和经验，只有多用才能不断改进提高 ...
是的，希望不断突破。
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头上的胶布应该是用于测试临时布置的管线，干过工程的人应该都明白
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整合也是一种技术，也是一种水平，能让高铁整合到我国现有水平的，欧洲没有，日本也没有
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超大游击队员
文艺军盲 发表于
头上的胶布应该是用于测试临时布置的管线，干过工程的人应该都明白
应力传感器
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先把CRH380跑出设计运行速度再说，别的都是扯淡，现在铁路面临的反动势力强的一逼。
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
是“实验”速度，380A也跑过461KM，但运行速度从未上过400KM！！
跑上400kph票价会提高80%
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头像被屏蔽
高速对铁轨没什么要求吗，看图上的铁轨都是普通的啊，有的还挺旧的，这个高速的技术和铁轨关系不大？
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好消息啊！喜大普奔！
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
我就是想问下&&这个轴承自己生产的吗？轴承有自主产权吗？我是真的不知道
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
原来飞机不一定要上天，在地面轨道中怎么也比飘着安全
错！在天上还有给你处置的时间！
在地上&&安全的要求更高&&
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差点看成LGBT……
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
本帖最后由 中华魔军 于
22:22 编辑
IGBT好像是引进阿尔斯通的技术。
编辑掉& && && &&&
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
错！在天上还有给你处置的时间！
在地上&&安全的要求更高
地面环境稳定，相对可预测
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
本帖最后由 中华魔军 于
22:22 编辑
IGBT好像是引进阿尔斯通的技术。
点错了，编辑掉
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RE: 好消息：国产IGBT跑出600千米/小时
头上的胶布应该是用于测试临时布置的管线，干过工程的人应该都明白
哇塞& &605km/s都吹不走& &
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