【導(dǎo)讀】作為電力電子重要大功率主流器件之一，IGBT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器、交通運輸、電力工程、可再生能源和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。國內(nèi)市場需求急劇上升曾使得IGBT市場一度被看好。但隨著各國政府都將削減可再生能源及交通等領(lǐng)域的支出，IGBT市場還能再度增長嗎？請看下文。
大部分IGBT制造商都在整個功率電子領(lǐng)域展開了競爭。英飛凌、三菱電機、富士電機等大企業(yè)在絕緣電壓高達3300V的產(chǎn)品方面實力很強。從收益方面來看，600～900V的產(chǎn)品所占市場最大。
幾家企業(yè)還瞄準了白色家電及相機閃光燈等銷量大的用途，還準備涉足低壓（200～600V）市場。這些都是面向普通消費者的用途，因此IGBT廠商的苦惱除了與超結(jié)MOSFET（SJ-MOSFET）的競爭以外，還有價格壓力。但是，市場整體將實現(xiàn)增長。
IGBT市場增長趨勢將放緩
成本的削減可通過改進設(shè)計和縮小芯片尺寸來實現(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。英飛凌準備將晶圓厚度減至50～70μm，甚至40μm。而三菱電機則為在一個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，而是因為IGBT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，一個硅錠可生產(chǎn)出的晶圓數(shù)量增加，從而可以削減成本。現(xiàn)在，NTD晶圓只在能夠大幅提高性能時采用，因為其價格還很高。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。因為封裝技術(shù)能使多種器件在一個模塊中使用。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？
這些領(lǐng)域的技術(shù)進步將使IGBT再次走上增長之路。由于風(fēng)力發(fā)電渦輪機、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，是因為這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2013年將有一定程度的復(fù)蘇，2014年稍稍減速，待經(jīng)濟復(fù)蘇并穩(wěn)定后，從2015年開始將穩(wěn)定增長。
雖然2013年IGBT市場增長趨勢有所下降，但隨著國內(nèi)技術(shù)的進步，其發(fā)展前景還是十分被看好的。
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