近日，国务院国资委向全社会发布《中心企业科技创新成果推举目录（2020年版）》，包括核心电子元器件、关键零部件、剖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。环球能源互联网研究院有限公司（以下简称联研院）研制的3300伏特（V）绝缘栅双极型晶体管（IGBT）芯片和模块赫然在列。历时4年，联研院攻关团队打破了制约海内高压IGBT发展坚固性差、可靠性低等技能瓶颈，冲破了国外技能垄断。
日前，该团队牵头承担的国家重点研发操持项目“柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技能及运用”通过了工业和信息化部组织开展的综合绩效评价。项目自主研制出知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，办理了高压大容量压接型IGBT芯片和器件缺少的问题。
涉及多个环节，需多行业联合攻关
高压IGBT芯片和器件的开拓周期长，涉及到材料、芯片设计、芯片工艺、器件封装与测试各个环节，须要多学科交叉领悟、多行业协同开拓。
“当前，研发面向电力系统运用的高压IGBT器件的技能瓶颈紧张有4个方面，一是高压芯片用高电阻率衬底材料制备技能，大尺寸晶圆的掺杂均匀性和稳定性难以知足高压IGBT和FRD芯片开拓需求；二是高压芯片关键工艺能力不敷，提升芯片性能的高端工艺加工能力欠缺，无法知足电力系统用高压IGBT芯片的加工需求；三是封装设计体系和工艺能力难以知足高压器件封装需求，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掌握方面研究不敷；四是高压IGBT器件的整体可靠性和坚固性与国外前辈水平比较存在差距，未经电力系统装备和工程长期运用的考察验证。”联研院功率半导体研究所所长吴军民在接管科技日报采访时表示。
IGBT芯片尺寸小、微不雅观构造繁芜，影响芯片性能的构造和工艺参数浩瀚，同时IGBT芯片通态压降、关断损耗和过电流关断能力相互制约，三者之间的综合优化是攻关过程中最难打破的技能。
将推广到海上柔性直流输电等领域
“面对技能难题，联研院研究团队成立了青年突击队，采取理论剖析、仿真设计和试验验证相结合的办法，优化IGBT芯片正面元胞构造和背面缓冲层构造设计，开拓载流子增强层、背面缓冲层和超厚聚酰亚胺钝化等关键工艺，终极研制出面向电力系统运用的高关断能力IGBT芯片，实现了IGBT芯片的通态压降、关断损耗和过电流关断能力的综合优化，整体性能达到国际前辈水平。”吴军民说。
项目卖力人、联研院功率半导体研究所副所长金锐见告科技日报，在芯片技能方面，团队占领了背面激光退火均匀性掌握的技能难题；节制了背面缓冲层掺杂对芯片特性的影响规律，提出三维局域载流子寿命掌握方法，与国际同类产品比较，芯片整体性能达到国际前辈水平。
“在压接型封装技能方面，基于多个碟簧组件串联的零部件公差补偿技能，团队提出了适用于IGBT芯片并联的弹性压接封装构造，打破了IGBT芯片大规模并联的压力均衡调控技能，实现了上百颗芯片并联压接封装；结合封装工艺特点与绝缘材料特色，得到了封装绝缘间隙、封装绝缘材料参数及封装工艺参数对器件绝缘水平的影响规律，提出了针对压接封装构造的封装绝缘方案，节制了分布注胶、周期性脱气的灌封工艺；节制了晶圆级、芯片级、子单元级、器件级共四个层级的高压无损测试筛选方法，自主开拓了子单元与器件的检测与筛选装备，支持压接封装器件开拓。”金锐说。
金锐表示，未来，自主研制的高压IGBT芯片和模块，将推广运用到海上柔性直流输电、统一潮流掌握器等领域，支撑“双高”电力系统培植，助力“碳达峰碳中和”目标的实现。
来源： 科技日报
