國內IGBT與國外的差距

先說一下IGBT的全球發展狀態，從市場競爭格局來看，美國功率器件處于世界領先地位，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 三家全球半導體大廠，產品線齊全，無論是功率 IC 還是功率分離器件都具有領先實力。

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，雖然廠商數量眾多，但很多廠商的核心業務并非功率芯片，

從整體市場份額來看，日本廠商落后于美國廠商。近年來，中國臺灣的功率芯片市場發展較快，擁有立锜、富鼎先進、茂達、安茂、致新和沛亨等一批廠商。臺灣廠商主要偏重于 DC/DC 領域，主要產品包括線性穩壓器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC，脈寬調制集成電路)和功率MOSFET，從事前兩種 IC 產品開發的公司居多。

總體來看，臺灣功率廠商的發展較快，技術方面和國際領先廠商的差距進一步縮小，產品主要應用于計算機主板、顯卡、數碼產品和 LCD 等設備

而中國大陸功率半導體市場占世界市場的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市場上，90％主要依賴進口，基本被國外歐美、日本企業壟斷。

2015年國際IGBT市場規模約為48億美元，預計到2020年市場規模可以達到80億美元，年復合增長率約10%。

2014年國內IGBT銷售額是88.7億元，約占全球市場的1∕3。預計2020年中國IGBT市場規模將超200億元，年復合增長率約為15%。

現在，國外企業如英飛凌、 ABB、三菱等廠商研發的IGBT器件產品規格涵蓋電壓600V-6500V，電流2A-3600A，已形成完善的IGBT產品系列，按照細分的不同，各大公司有以下特點：

（1）英飛凌、 三菱、 ABB在1700V以上電壓等級的工業IGBT領域占絕對優勢；在3300V以上電壓等級的高壓IGBT技術領域幾乎處于壟斷地位。 在大功率溝槽技術方面，英飛凌與三菱公司處于國際領先水平；

（2）西門康、仙童等在1700V及以下電壓等級的消費IGBT領域處于優勢地位。

國際市場供應鏈已基本成熟，但隨著新能源等市場需求增長，市場鏈條正逐步演化。

而在國內，盡管我國擁有最大的功率半導體市場，但是目前國內功率半導體產品的研發與國際大公司相比還存在很大差距，特別是IGBT等高端器件差距更加明顯。核心技術均掌握在發達國家企業手中，IGBT技術集成度高的特點又導致了較高的市場集中度。 跟國內廠商相比，英飛凌、 三菱和富士電機等國際廠商占有絕對的市場優勢。形成這種局面的原因主要是：

（1）國際廠商起步早，研發投入大，形成了較高的專利壁壘。

（2）國外高端制造業水平比國內要高很多，一定程度上支撐了國際廠商的技術優勢。

所以中國功率半導體產業的發展必須改變目前技術處于劣勢的局面，特別是要在產業鏈上游層面取得突破，改變目前功率器件領域封裝強于芯片的現狀。

而技術差距從以下兩個方面也有體現：

（1）高鐵、智能電網、新能源與高壓變頻器等領域所采用的IGBT模塊規格在6500V以上，技術壁壘較強；

（2）IGBT芯片設計制造、模塊封裝、失效分析、測試等IGBT產業核心技術仍掌握在發達國家企業手中。

我國發展IGBT面對的具體問題

雖然用量和可控要求我們發展IGBT，我們也做了很多努力，但當中還是有些問題需要重點考慮的：

（1）IGBT技術與工藝

我國的功率半導體技術包括芯片設計、制造和模塊封裝技術目前都還處于起步階段。功率半導體芯片技術研究一般采取“設計+代工”模式，即由設計公司提出芯片設計方案，由國內的一些集成電路公司代工生產。

由于這些集成電路公司大多沒有獨立的功率器件生產線，只能利用現有的集成電路生產工藝完成芯片加工，所以設計生產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，更需要先進的工藝設備，這些都是我國功率半導體產業發展過程中急需解決的問題。

從80年代初到現在IGBT芯片體內結構設計有非穿通型(NPT)、穿通型(PT)和弱穿通型(LPT)等類型，在改善IGBT的開關性能和通態壓降等性能上做了大量工作。但是把上述設計在工藝上實現卻有相當大的難度。尤其是薄片工藝和背面工藝。工藝上正面的絕緣鈍化，背面的減薄國內的做的都不是很好。

薄片工藝，特定耐壓指標的IGBT器件，芯片厚度也是特定的，需要減薄到200-100um，甚至到80um，現在國內可以將晶圓減薄到175um，再低就沒有能力了。比如在100~200um的量級，當硅片磨薄到如此地步后，后續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的限制，這些背面工藝必須在低溫下進行(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議，就不再給中國客戶代提供加工服務。

在模塊封裝技術方面，國內基本掌握了傳統的焊接式封裝技術，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，技術上的差距依然存在。國外公司基于傳統封裝技術相繼研發出多種先進封裝技術，能夠大幅提高模塊的功率密度、散熱性能與長期可靠性，并初步實現了商業應用。

高端工藝開發人員非常缺乏，現有研發人員的設計水平有待提高。目前國內沒有系統掌握IGBT制造工藝的人才。從國外先進功率器件公司引進是捷徑。但單單引進一個人很難掌握IGBT制造的全流程，而要引進一個團隊難度太大。國外IGBT制造中許多技術是有專利保護。目前如果要從國外購買IGBT設計和制造技術，還牽涉到好多專利方面的東西。

（2）IGBT工藝生產設備

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

又如：日本產的表面噴砂設備，日本政府不準出口。好的進口設備價格十分昂貴，便宜設備又不適用。例如：自動化測試設備是必不可少的，但價貴。如用手工測試代替，就會增加人為因素，測試數據誤差大。IGBT生產過程對環境要求十分苛刻。要求高標準的空氣凈化系統，世界一流的高純水處理系統。

要成功設計、制造IGBT必須有集產品設計、芯片制造、封裝測試、可靠性試驗、系統應用等成套技術的研究、開發及產品制造于一體的自動化、專業化和規模化程度領先的大功率IGBT產業化基地。投資額往往需高達數十億元人民幣。

而為了推動國內功率半導體的發展，針對我國當前功率半導體產業發展狀況以及2016-2020年電力電子產業發展重點，中國寬禁帶功率半導體及應用產業聯盟、中國IGBT技術創新與產業聯盟、中國電器工業協會電力電子分會、北京電力電子學會共同發布《電力電子器件產業發展藍皮書》（以下簡稱《藍皮書》）。

《藍皮書》指出，電力電子器件產業的核心是電力電子芯片和封裝的生產，但也離不開半導體和電子材料、關鍵零部件、制造設備、檢測設備等產業的支撐，其發展既需要上游基礎的材料產業的支持，又需要下游裝置產業的拉動。大家對中國IGBT的未來發展有什么期望？（英飛凌igbt廠家）