政府将削减支出 IGBT器件和模块面临考验

摘要：  各国政府都将削减可再生能源及交通等领域的支出，因此IGBT器件和模块的制造商面临着一场考验。

关键字：  IGBT器件，芯片，能源

各国政府都将削减可再生能源及交通等领域的支出，因此IGBT器件和模块的制造商面临着一场考验。

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。

几家企业还瞄准了白色家电及相机闪光灯等销量大的用途，还准备涉足低压(200～600V)市场。这些都是面向普通消费者的用途，因此IGBT厂商的苦恼除了与超结MOSFET(SJ-MOSFET)的竞争以外，还有价格压力。但是，市场整体将实现增长。

成本的削减可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。

技术人员选择IGBT并不一定是为了确保性能，而是因为IGBT能够满足他们的期待。在以减小尺寸、减轻重量以及提高系统效率和可靠性为目的、高成本被认为具有合理性的情况下，革新型IGBT就会被采用。比如高档混合动力车等。另外，IGBT还会被用于输电网供电等高压用途以及低压消费类电子产品。另一方面，基本配置的纯电动汽车会使用中国厂商生产的质量达到平均水平的模块。

通常的IGBT是利用硅外延片制造的，硅外延片是利用Czochralski法生长出晶体、将其切片制成硅晶圆、再在硅晶圆上生长出外延层制成的。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。NTD是利用核反应使单晶硅中的Si30嬗变成磷原子而实现在硅中掺杂磷的方法。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。现在，NTD晶圆只在能够大幅提高性能时采用，因为其价格还很高。由于还没有可处理大于200mm硅锭的反应堆，因此没有出现过渡到300mm晶圆的趋势。

由此可以看出，削减成本越来越重要，因此中国很快会给IGBT领域带来影响。株洲南车时代电气股份有限公司通过收购丹尼克斯半导体公司(Dynex Semiconductor)获得了IGBT相关技术。比亚迪已具备制造二极管的能力，将于2013年第三季度之前开始制造自主开发的IGBT。在中国其他地区，IGBT将以闻所未闻的制造模式开始生产，也就是高质量制造出基础器件，然后委托代工企业生产的模式。发展蓝图中包含了IGBT工艺的中国代工企业有华润上华、中芯国际、宏力半导体及华虹NEC等公司。这将给自行制造IGBT的厂商带来一定压力，他们能否生存下去主要取决于芯片级别的技术革新和模块级别的封装技术。

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。因为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。这些器件的耐温和支持频率不同，因此在芯片键合后的Cu基板阶段、冷却阶段及芯片安装阶段需要技术革新。另外，在布线阶段也需要技术革新。存在的课题包括，要继续使用引线键合吗?如果是的话，是使用铝线还是铜线?是采用带式焊接(Ribbon Bonding)还是铜凸点?

这些领域的技术进步将使IGBT再次走上增长之路。由于风力发电涡轮机、可再生能源及铁路领域在2011年表现低迷，IGBT市场在2012年出现了减速。之所以在一年后才表现出影响，是因为这些器件和模块有库存而且这些器件的生产周期长。各种IGBT器件和IGBT模块的销售额在2011年为35亿美元，未来的增长趋势将出现不规则变化。预计2013年将有一定程度的复苏，2014年稍稍减速，待经济复苏并稳定后，从2015年开始将稳定增长。