IGBT—未来功率半导体的中流砥柱

IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU” 。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。

IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。其外部有三个电极，分别为G-栅极，C-集电极，E-发射极。

1）当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。

1）IGBT纵向结构：非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型；

2）IGBT栅极结构：平面栅机构、Trench沟槽型结构；

其发展趋势是：①降低损耗 ②降低生产成本

IGBT模块按封装工艺来看主要可分为焊接式与压接式两类。高压IGBT模块一般以标准焊接式封装为主，中低压IGBT模块则出现了很多新技术，如烧结取代焊接，压力接触取代引线键合的压接式封装工艺。

随着IGBT芯片技术的不断发展，芯片的最高工作结温与功率密度不断提高， IGBT模块技术也要与之相适应。未来IGBT模块技术将围绕 芯片背面焊接固定 与 正面电极互连 两方面改进。模块技术发展趋势：

• 无焊接、 无引线键合及无衬板/基板封装技术；
• 内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功能元件，不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。

IGBT的主要应用领域

1）新能源汽车

IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用，是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。IGBT模块占电动汽车成本将近10%，占充电桩成本约20%。IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面：

IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端：

• 从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。
• 从输电端来看，特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。
• 从变电端来看，IGBT是电力电子变压器（PET）的关键器件。
• 从用电端来看，家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。

3）轨道交通

从公司来看，国外研发IGBT器件的公司主要有英飞凌、 ABB、三菱、西门康、东芝、富士等。中国功率半导体市场占世界市场的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上，90％主要依赖进口，基本被国外欧美、日本企业垄断。

国外企业如英飞凌、 ABB、三菱等厂商研发的IGBT器件产品规格涵盖电压600V-6500V，电流2A-3600A，已形成完善的IGBT产品系列。

• 国际厂商起步早，研发投入大，形成了较高的专利壁垒。
• 国外高端制造业水平比国内要高很多，一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。