抢不到货的IGBT，国内已打破国外技术垄断

当整个半导体行业都在忙于去库存时，IGBT成为了例外。
近日，据台媒报道，有电力电子CPU (中央处理器) 之称的IGBT (绝缘栅双极型晶体管) 在电动车与太阳能两大主流应用需求大开。
在疯狂抢货下，IGBT近期大缺货，不仅价格涨翻天，业界表示现在已经不是价格多高的问题，而是根本买不到来形容缺货情况。上述情况，可能在今年之内仍将持续。
中国IGBT芯片应用领域
IGBT是电力控制和电力转换的核心器件，是由BJT ( 双极型晶体管 ) 和MOS ( 绝缘栅型场效应管 ) 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有高输入阻抗、低导通压降、高速开关特性和低导通状态损耗等特点，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
目前IGBT已经能够覆盖从600V-6500V的电压范围，按照使用电压的情况，IGBT可以分为低压、中压和高压三大类产品，不同的电压范围适用不同的应用场景。
图源：前瞻经济学人
中国IGBT厂商产品电压覆盖范围
目前国内的IGBT厂商多集中在中低压市场，如宏微科技、比亚迪半导体、士兰微、新洁能等厂商的 IGBT产品均集中在1500V以下的IGBT市场，产品主要适用于新能源汽车、家电、电焊机等领域；时代电气和斯达半导在高压3300V及以上也有布局，产品主要适用于高铁、电网传输等。
图源：前瞻经济学人
时代电气是中车旗下企业，是国内少有具备自主IGBT产线的功率元件厂商，其IGBT产品已应用于输配电、轨道交通、新能源汽车、风力发电、高压变频器等领域。IGBT一期设计产能12万片／年，二期设计产能24万片／年。
斯达半导体成立于2005年4月，从事功率半导体芯片和模块开发，特别是专注在IGBT芯片和模块研发、生产和销售。在新能源汽车领域，斯达半导体应用于800V高压平台主电机控制器的车用碳化矽（SiC）模块，已可于高端新能源车市场大量装车。在太阳能发电和储能领域，其IGBT模块也已可用于太阳能发电站和储能系统大量装机。
中国高压IGBT芯片面临4大挑战
2021 年 7 月，国务院国资委向全社会发布《中央企业科技创新成果推荐目录 ( 2020 年版 ) 》，包括核心电子元器件、关键零部件、分析测试仪器和高端装备等共计 8 个领域、178 项科技创新成果。
其中，全球能源互联网研究院有限公司研制的3300伏特 ( V ) 绝缘栅双极型晶体管 ( IGBT ) 芯片和模块被列入目录。历时4年，联研院攻关团队突破了制约国内高压IGBT发展坚固性差、可靠性低等技术瓶颈，打破了国外技术垄断。
该团队牵头承担的国家重点研发计划项目 " 柔性直流输电装备压接型定制化超大功率 IGBT 关键技术及应用 " 通过了工业和信息化部组织开展的综合绩效评价。项目自主研制出满足柔性直流输电装备需求的 4500V/3000A 低通态压降和 3300V/3000A 高关断能力 IGBT 器件，解决了高压大容量压接型 IGBT 芯片和器件缺乏的问题。

但高压IGBT芯片和零组件的开发周期长，涉及到材料、芯片设计、制程、封装与测试各个环节，据联研院功率半导体研究所所长表示，目前国内研发面向电力系统应用的高压IGBT零组件，仍面临四大技术挑战。

挑战一：高压芯片用高电阻率衬底材料制备技术，大尺寸晶圆的掺杂均匀性和稳定性，难以满足高压IGBT和FRD芯片开发需求；
挑战二：高压芯片关键工艺能力不足，提升芯片效能的高端工艺加工能力欠缺，无法满足电力系统用高压IGBT芯片的加工需求；
挑战三：封装设计体系和工艺能力难以满足高压元件封装需求，尤其是压接型器件封装，在封装绝缘体系、多芯片并联均流和压力均衡控制方面研究不足；
挑战四：高压IGBT器件整体的整体可靠性和坚固性，与国际先进水准相比存在差距，未经电力系统设备和工程长期应用的考核验证。

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