政府將削減支出 IGBT器件和模塊面臨考驗(yàn)

摘要：  各國政府都將削減可再生能源及交通等領(lǐng)域的支出，因此IGBT器件和模塊的制造商面臨著一場考驗(yàn)。

關(guān)鍵字：  IGBT器件，芯片，能源

各國政府都將削減可再生能源及交通等領(lǐng)域的支出，因此IGBT器件和模塊的制造商面臨著一場考驗(yàn)。

大部分IGBT制造商都在整個(gè)功率電子領(lǐng)域展開了競爭。英飛凌、三菱電機(jī)、富士電機(jī)等大企業(yè)在絕緣電壓高達(dá)3300V的產(chǎn)品方面實(shí)力很強(qiáng)。從收益方面來看，600～900V的產(chǎn)品所占市場最大。

幾家企業(yè)還瞄準(zhǔn)了白色家電及相機(jī)閃光燈等銷量大的用途，還準(zhǔn)備涉足低壓(200～600V)市場。這些都是面向普通消費(fèi)者的用途，因此IGBT廠商的苦惱除了與超結(jié)MOSFET(SJ-MOSFET)的競爭以外，還有價(jià)格壓力。但是，市場整體將實(shí)現(xiàn)增長。

成本的削減可通過改進(jìn)設(shè)計(jì)和縮小芯片尺寸來實(shí)現(xiàn)。英飛凌的IGBT芯片尺寸從第1代到第5代已縮小了60～70%。最新的Field Stop Trench(場截止溝道)型器件也減小了晶圓厚度。英飛凌準(zhǔn)備將晶圓厚度減至50～70μm，甚至40μm。而三菱電機(jī)則為在一個(gè)芯片上集成更多單元，減小了溝道尺寸。另外，IGBT廠商還將通過把現(xiàn)在的150mm和200mm晶圓增至300mm來削減成本。

技術(shù)人員選擇IGBT并不一定是為了確保性能，而是因?yàn)镮GBT能夠滿足他們的期待。在以減小尺寸、減輕重量以及提高系統(tǒng)效率和可靠性為目的、高成本被認(rèn)為具有合理性的情況下，革新型IGBT就會被采用。比如高檔混合動力車等。另外，IGBT還會被用于輸電網(wǎng)供電等高壓用途以及低壓消費(fèi)類電子產(chǎn)品。另一方面，基本配置的純電動汽車會使用中國廠商生產(chǎn)的質(zhì)量達(dá)到平均水平的模塊。

通常的IGBT是利用硅外延片制造的，硅外延片是利用Czochralski法生長出晶體、將其切片制成硅晶圓、再在硅晶圓上生長出外延層制成的。最近，利用垂直懸浮區(qū)熔法制備的NTD(中子嬗變摻雜)硅晶圓越來越多地被用來制造IGBT。NTD是利用核反應(yīng)使單晶硅中的Si30嬗變成磷原子而實(shí)現(xiàn)在硅中摻雜磷的方法。由于NTD硅錠的電阻率均一，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高性能高壓IGBT。切出硅晶片后不需要外延，因此能大幅削減晶圓厚度。這樣，一個(gè)硅錠可生產(chǎn)出的晶圓數(shù)量增加，從而可以削減成本?，F(xiàn)在，NTD晶圓只在能夠大幅提高性能時(shí)采用，因?yàn)槠鋬r(jià)格還很高。由于還沒有可處理大于200mm硅錠的反應(yīng)堆，因此沒有出現(xiàn)過渡到300mm晶圓的趨勢。

由此可以看出，削減成本越來越重要，因此中國很快會給IGBT領(lǐng)域帶來影響。株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司通過收購丹尼克斯半導(dǎo)體公司(Dynex Semiconductor)獲得了IGBT相關(guān)技術(shù)。比亞迪已具備制造二極管的能力，將于2013年第三季度之前開始制造自主開發(fā)的IGBT。在中國其他地區(qū)，IGBT將以聞所未聞的制造模式開始生產(chǎn)，也就是高質(zhì)量制造出基礎(chǔ)器件，然后委托代工企業(yè)生產(chǎn)的模式。發(fā)展藍(lán)圖中包含了IGBT工藝的中國代工企業(yè)有華潤上華、中芯國際、宏力半導(dǎo)體及華虹NEC等公司。這將給自行制造IGBT的廠商帶來一定壓力，他們能否生存下去主要取決于芯片級別的技術(shù)革新和模塊級別的封裝技術(shù)。

由于模塊發(fā)展迅速，封裝技術(shù)的重要性正在以驚人的速度提高。因?yàn)榉庋b技術(shù)能使多種器件在一個(gè)模塊中使用。比如，IGBT與SJ-MOSFET組合及IGBT與SiC二極管組合等。這些器件的耐溫和支持頻率不同，因此在芯片鍵合后的Cu基板階段、冷卻階段及芯片安裝階段需要技術(shù)革新。另外，在布線階段也需要技術(shù)革新。存在的課題包括，要繼續(xù)使用引線鍵合嗎?如果是的話，是使用鋁線還是銅線?是采用帶式焊接(Ribbon Bonding)還是銅凸點(diǎn)?

這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步將使IGBT再次走上增長之路。由于風(fēng)力發(fā)電渦輪機(jī)、可再生能源及鐵路領(lǐng)域在2011年表現(xiàn)低迷，IGBT市場在2012年出現(xiàn)了減速。之所以在一年后才表現(xiàn)出影響，是因?yàn)檫@些器件和模塊有庫存而且這些器件的生產(chǎn)周期長。各種IGBT器件和IGBT模塊的銷售額在2011年為35億美元，未來的增長趨勢將出現(xiàn)不規(guī)則變化。預(yù)計(jì)2013年將有一定程度的復(fù)蘇，2014年稍稍減速，待經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇并穩(wěn)定后，從2015年開始將穩(wěn)定增長。