IGBT芯片始于19世纪80年代中期,30年以来,就FOM(优点指数)来说,今日的IGBT芯片比第一代的性能提升了20倍左右,其中改良技术包括:精细化加工工艺、栅式IGBT的开发(如CSTBTTM),以及薄晶圆的开发等等。钱宇峰表示,三菱电机的IGBT芯片已经踏入第7代,还将朝第8代迈进。随着产品的更新换代,功耗越来越低,尺寸越来越小,从80年代中期至今,芯片尺寸只是原来的四分之一。
实际上,在创新方面,各大企业从来都没有止步。为了增强自己竞争力,各大企业几乎都在不遗余力地推陈出新。已连续十年稳居功率半导体市场榜首的英飞凌,在IGBT领域是强有力的竞争者之一。例如其全新的650 CoolMOS C7和TRENCHSTOP 5 IGBT技术,英飞凌科技(中国)有限公司工业功率控制业务部经理陈子颖介绍说:“CoolMOS C7系列是技术上的一次革命性飞跃,在硬开关应用的所有标准封装中都实现了全球最低RDS(on),TO-247中为19mΩ,TO-220和D2PAK中为45mΩ,达到同类最佳等级。C7的快速开关性能可实现超过100kHz的开关频率,同时在服务器PFC等级上实现了钛金级效率,提供了提高功率密度的新方法。”
他继续表示:“而TRENCHSTOP 5 IGBT技术重新定义了‘同类最佳IGBT’的含义,可提供无可比拟的效率性能。在要求高效率、低系统成本和高可靠性的应用中,TRENCHSTOP 5是唯一的最佳选择。全新TRENCHSTOP 5 IGBT极大地降低了开关和导通损耗——与竞争对手的IGBT相比,其系统效率提升了将近1%——同时具有高达650V的击穿电压。”
东芝的IEGT则是在IGBT的基础上成功研发出“注入增强”(IE:Injection Enhanced)技术,用于高电压大电流级别的IGBT使其性能得到大幅提升。随后,针对100kW到MW级别的超大功率电力转换设备的应用,开发出东芝专利产品IEGT。IEGT通过采取“注入增强结构”实现了低通态电压,使大功率电力电子器件取得了飞跃性的发展。
东芝公司表示,IGBT系列电力电子器件具有良好的发展前景,其具有低损耗、高速开关、高耐压、有源栅驱动智能化等特点,并采用沟槽结构和多芯片并联均流等技术,使其在进一步及扩大电流容量方面颇具潜力。目前,东芝的IEGT主要应用于新能源、太阳能、风能、高压直流输电(HVDC)、牵引用特种电源等特大功率电力领域。随着电力市场项目功率等级和电压等级的不断提高,IEGT的优势逐步得到了体现和认可。现在国内市场上已经有以东芝的IEGT作为核心器件成功运行项目。
另外,IGBT厂商还将通过把现在的150mm和200mm晶圆增至300mm来削减成本。功率器件的封装技术决定其散热性能。为了保护裸晶圆不受外界干扰,所有IGBT及IPM模块都要封装起来,甚至把功能集成起来,这样使用起来更方便及安全,也缩短客户产品开发周期。在最新一代的封装技术中,采用针型散热器,结合到铜基板或铝基板上,系统将更小型化。
作为功率器件中的新星,SiC仍然朝着更低功耗、更低成本的方向改善。钱宇峰表示,三菱电机已开始引入混合SiC产品,即IGBT芯片用传统的单晶硅,续流二极管用SiC,恢复特性特别好,开关频率高,节能效果更好。在30kHz的应用条件下,混合SiC产品的功耗可以降低50%,适合应用在医疗设备,如核磁共振和CT彩超等应用中。