作为半导体行业的细分领域，功率半导体的重要性不容忽视，而IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是新一代功率半导体器件的中流砥柱，被业内视为电力电子技术第三次中*具代表性的产品。
近日，赛晶电力电子公司表示，下半年将重点推进IGBT的研发和生产线建设。扬杰科技在IGBT领域也取得了重要进展，基于8英寸工艺的沟槽场终止1200V IGBT芯片系列及对应的模块产品已开始风险量产。多方纷纷加码IGBT产业，IGBT产业再引关注。
功率半导体的重要方向
在电子装置中，功率半导体是电能转换与电路控制的核心，主要用来改变电子装置中的电压、频率和直流交流转换，以提高能量的转化效率。
功率半导体产品的种类和批次较多，IGBT是其中*具代表性的产品。从功率半导体的演进历程来看，IGBT是当之无愧的新一代功率半导体。20世纪50年代，功率半导体二极管问世;20世纪60～70年代，晶闸管迎来了快速发展;20世纪80～90年代，功率器件MOSFET得到了进一步发展;21世纪以来，随着市场需求持续增长，IGBT工艺也在不断改进。
IGBT的主要功能是控制电池电机的交流、直流电转化，将直流电压逆变成频率可调的交流电。此外，IGBT还可以稳定动力电池组的电压，并控制电池组的输出功率。
简单来讲，IGBT可被视为“非通即断”的开关，导通时可被看做导线，断开时可以充当开路。比亚迪功率器件产品总监杨钦耀此前接受《中国电子报》记者采访时具体解释了IGBT是如何作为“开关”发挥作用的。
“功率半导体器件是电流的开关，在关断的时候，能够保证漏电流和残余电流很小，且耐受电压很高。在开通的时候，功率半导体器件能够保证电阻小、电流大，并且开关的时间很短。” 杨钦耀说。
IGBT兼有MOSFET(金氧半场效晶体管)的高输入阻抗和 GTR(电力晶体管)的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。作为MOSFET和GTR两种器件优点的“集大成者”，IGBT的驱动功率小且饱和压降低，开关速度快且开关损耗小，在高压、大电流和高速等方面具备其他功率器件不可比拟的优势。因此，IGBT非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统，比如交流电机、开关电源、照明电路和牵引传动等。
多个领域大有作为
基于自身的种种优势和特性，现阶段，IGBT被大规模应用于工业控制、变频家电、轨道交通、智能电网和新能源汽车等多个关键领域。
其中，工业控制领域对IGBT的市场需求*大，呈现逐渐增长态势。由于IGBT模块是变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的核心元器件，随着工业控制及电源行业市场的逐步回暖，IGBT模块将发挥更为关键的作用。
IGBT以其高频、低损耗的特性逐渐成为了变频家电领域的关键器件，变频家电中主要使用的就是集驱动电路、保护电路功能于一身的IGBT模块。IGBT模块在变频器中不仅起到了传统三极管的作用，还能起到整流的作用。随着人们节能意识的逐步提高，变频空调、变频洗衣机、变频冰箱和无火烹饪电磁炉等变频家电在市场上日渐火爆，IGBT在该领域的重要作用日益凸显。
IGBT在轨道交通领域也扮演着极其关键的角色，轨道交通对IGBT有着巨大的需求。以高速列车为例，大功率IGBT模块是电力机车和高速动车组的核心组件。根据相关资料，电力机车一般需要500个IGBT模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁则需要50～80个IGBT模块。
智能电网也离不开IGBT的加持。据悉，智能电网对IGBT的市场需求量每年可达4亿元，在如此庞大的市场需求的驱动下，IGBT迎来了又一发展风口。
新能源汽车领域更是IGBT的用武之地。有关信息显示，在新能源汽车中，IGBT模块约占整车成本的7%～10%，是除电池之外所占成本高的元件，决定了整车的能源效率。
华润微电子功率器件事业群、华润华晶研发中心副总经理邓小社表示，IGBT在新能源汽车中的应用较为普遍。
“在电动汽车的‘三电’方面，特斯拉的Model S使用的是三相异步驱动电机。其中，每一相的驱动控制需要28颗塑封的IGBT芯片，三相共需要84颗IGBT芯片。由此可见，新能源汽车对IGBT芯片的需求非常庞大。此外，充电桩的核心部件也离不开IGBT芯片。”邓小社说。
降低成本是突破关键
随着新能源汽车行业的迅猛发展，IGBT在新能源汽车领域的应用受到了业内外的广泛关注。不同于工业级IGBT，新能源汽车领域对IGBT提出了更加严苛的要求，因此车规级IGBT在迎来市场爆发式增长的同时，也不可避免地面临着挑战。
IGBT现阶段面临的*大挑战来自成本。英飞凌新能源汽车电力电子应用工程师何耀华指出，汽车应用对元器件的成本提出了更高的要求。
“大型水电站的发电机和输配电的电力变换器*重要的特性是高可靠性和高性能，因为单台价值高、数量少，所以元器件的成本稍高些也可以被接受。但汽车应用作为大规模量产的优异工业消费品，终端客户是个人，这就需要更好地控制终端售价，也对元器件的成本提出了更高的要求。”何耀华说。
针对如何应对来自成本方面的挑战，何耀华提出了四大应对策略。首先，要通过提升产品性能和优化产品设计来增强产品的竞争力。其次，要通过提升晶圆的切割效率和生产品的良率来实现成本的减少。
“晶片切割利用效率的提高可以有效降低IGBT晶片的成本。此外，提高生产品的良率也是降低成本、提升核心竞争力的关键。”何耀华表示。
再次，要针对汽车领域“一家定制”相应的晶圆产品。何耀华指出，针对汽车“一家定制”晶圆可以在不同程度上提升产品的性能。
*后，足够的产能和良好的产品质量也十分关键。何耀华指出，全自动化产线等自动化设备能够提升供货能力和产品质量。
“全自动化产线能够专门生产汽车级的功率电子IGBT模块，因此能够保证足够的产能。与此同时，全自动化产线能够避免因人为错误而造成的相关问题。生产质量控制体系以及产品出厂前的测试，也能够将产品的失效率降到*低。”他说。
何耀华表示，未来，以IGBT为代表的汽车功率电子器件将会更加注重精细化设计、平台化设计、智能化设计和功能**设计，驱动包括新能源汽车行业在内的多个电子电力领域实现跨越式发展。
来源：本文转载自「中国电子报」，作者张依依，谢谢。