很多不了解半導體的人可能對IGBT比較陌生，但其實有著電力電子裝置“CPU”之稱的IGBT，是目前功率電子器件里技術最先進的產品，應用十分廣泛，與我們的日常生活息息相關。

小到電磁爐、大到飛機船舶、軌道交通、新能源汽車、智能電網等戰略性產業，都有IGBT在其中發揮關鍵作用。

就拿高鐵來說，高鐵使用交流電機來驅動，它的結構簡單且省電，但轉速很難調整，反映到高鐵上，就是影響列車的車速。但好在轉速和輸入交流電源的頻率有很密切的關系，所以就可以用使用IGBT的變換器搞出電壓、頻率受控的強電，來靈活控制電機的轉速，這就是所謂的變壓變頻控制（VVVF）。

那么IGBT究竟是何方神圣，具體是怎么發揮作用的呢？

通俗來說，它是一個非通即斷的開關，屬于功率半導體器件。這類型里最基礎的產品是大家耳熟能詳的二極管，但二極管的開通和關閉不能通過器件本身進行控制，故稱之為不可控型器件，其他的，還有半可控型和全可控型，而全可控型里面的新星就是本篇的主角IGBT了。

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），中文名為絕緣柵雙極型晶體管，是半導體領域里分立器件中特別重要的一個分支。分立器件主要以功率半導體器件為主，本質上就是進行功率處理的，具有處理高電壓、大電流能力的器件，主要用途包括電壓/電流的變頻、變壓、變相、整流、逆變、開關等。

半導體器件的分類及作用

IGBT沒有放大電壓的功能，導通時可以看做導線，斷開時當做開路，它其實是由BJT 和MOSFET 組成的復合功率半導體器件，兼具兩者的優點，既有MOSFET 的開關速度快、輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關損耗小的優點，又有BJT 導通電壓低、通態電流大、損耗小的優點，在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的，因而是電力電子領域較為理想的開關器件，是未來應用發展的主要方向。

IGBT結合了BJT和MOSFET的優點

當然，IGBT并不能完全替代BJT、MOSFET，三者根據各自的器件性能優勢，都有適合的應用領域。BJT更強調工作功率，MOSFET更強調工作頻率，而IGBT是工作功率和頻率兼具。

功率半導體器件的應用分布

但IGBT發展到現在，也經過了多年的技術革新和產品迭代，如今市場上的最新技術為英飛凌在2018年底推出的第七代產品，整體技術發展方向可以歸納為向更高的功率密度、開關頻率，以及更小的導通壓降、開關損耗、芯片尺寸發展。

IGBT的技術演進

    盡管我國擁有最大的功率半導體市場，但是目前國內IGBT等高端器件的研發與國際大公司相比還存在很大差距，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制造的現狀。

技術差距從以下兩個方面有所體現：

（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。

近幾年中國IGBT產業在國家政策推動及市場牽引下得到迅速發展，已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整產業鏈，IGBT國產化的進程加快，有望擺脫進口依賴。

而在緊追國外技術的過程中，我國的IGBT技術研發瓶頸主要在技術工藝和生產設備方面，而工藝上面臨以下幾項難點：

（1）薄晶圓工藝

    IGBT制造中，薄晶圓是芯片工藝的發展趨勢，可降低損耗，而且特定耐壓指標的IGBT器件，芯片厚度也是特定的，需要減薄到200-100um，甚至到80um、60μm，這對于國內廠商的技術水平是很大的挑戰。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。

而芯片制程越小，晶圓的尺寸就越大，目前14nm或以下制程的芯片，全部采用12寸的晶圓片來制造，因為晶圓越大，襯底成本就越低，未來甚至會有18寸或更大的硅晶圓片出現，目前12寸晶圓我國還依賴于進口，在12寸的薄晶圓工藝上還有相當大的發展空間。

芯片制造的基礎——晶圓

（2）背面工藝

包括背面離子注入、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。

（3）模塊封裝技術

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少數公司。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。

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