【P001】IGBT技术

IGBT芯片技术发展

从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了7代升级，从平面穿通型(PT)到沟槽型电场-截止型(FS-Trench)，芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从600V提高到6500V以上。IGBT技术的整体发展趋势是大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性。

不同代际IGBT芯片产品对比

随着技术的升级，IGBT芯片面积、工艺线宽、通态功耗、关断时间、开关功耗均不断减小，断态电压由第一代的600V升至第七代7000V。

不同代际的IGBT芯片产品应用情况也有所不同：

中国IGBT芯片企业技术布局

中国IGBT产品与国际巨头英飞凌、三菱电机等差距在10年以上，步入第5代后，预计差距将缩短为10年，第6/7代产品差距将在5年以内。从中国IGBT芯片行业代表性企业从技术格局来看，斯达半导应用第七代IGBT技术，电压覆盖范围为100-3300V华微电子布局第六代IGBT技术，电压覆盖范围为360-1350V士兰微、时代电气、宏微科技应用第五代IGBT技术新洁能主要应用第四代IGBT技术。

IGBT芯片行业科研投入水平

以宏微科技、斯达半导、士兰微、时代电气为主要代表企业分析，2018-2021年，我国IGBT芯片行业研发费用从0.1元到19亿元不等，研发费用占营业收入比重整体不超过15%。其中，时代电气在科研投入规模和占比均位于行业前列，2021年，公司研发投入为17.85亿元，占收入比重的11.81%。

IGBT芯片技术“门槛”高，不仅涉及设计、制造、封装三个高精尖技术领域，而且难度大、周期长、投入高。高铁、智能电网、新能源与高压变频器等领域所采用的IGBT模块规格在6500V以上，技术壁垒较强IGBT芯片设计制造、模块封装、失效分析、测试等IGBT产业核心技术仍掌握在发达国家企业手中。我国要想实现IGBT芯片的技术突破，企业需要持续增加研发投入，减少与国际头部厂商IGBT芯片的代际差异。

中国IGBT芯片行业技术趋势

从行业整体发展规律而言，IGBT发展趋势主要是降低损耗和降低成本。

从结构上讲，IGBT主要有三个发展方向：

1)IGBT纵向结构：非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型

2)IGBT棚极结构：平面棚机构、Trench沟槽型结构

3)硅片加工工艺：外延生长技术、区熔硅单晶。

以上数据来源于前瞻产业研究院《中国IGBT芯片行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

1、高稳定性。由于铝丝特有的自排料结构，在半导体材料铝线键合工艺中，具有良好的稳定性，可以有效避免排料前材料对接点的不稳定、变形和断裂，从而使排料工艺达到高稳定，降低排料失败率。

2、优异的导通性。铝丝的良好的电阻性能可以使半导体元件的排料工作保持较高的效能，使半导体元件能够在高位置、低位置和大型元件工作下，都能有效保证排料和接点之间的最佳导通性能。

3、高精度控制。在半导体铝线键合的过程中，具有高精度控制能力，可以有效控制排料工作的准确度，并具有良好的排料定位能力，能够准确控制和平衡排料工艺中接触面积、接触压力等参数。

4、抗湿潮性能优越。铝丝具有良好的湿潮抗性，在半导体材料的排料过程中，可以有效防止湿潮影响排料质量，有效控制有害气体的释放和渗出，使排料结构得到高效保护，并最大限度地提高元件的可靠性和寿命。

铝，硅，镁

半导体键合所用的铝线成分铝，硅，镁。

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

键合金属线材料。集成电路引线键合能实现集成电路芯片与封装外壳的连接，引线键合工艺中所用的导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝。希望我的回答对你有所帮助。

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