IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點，被譽為是電力電子行業(yè)的“CPU”。該高效能半導體器件廣泛應用于變頻器、逆變器、電動汽車、高鐵、可再生能源和工業(yè)電力控制系統(tǒng)等對電力轉(zhuǎn)換效率和可靠性要求較高的領域。
隨著儲能技術、新能源汽車、風力發(fā)電以及光伏能源等領域迅猛發(fā)展，市場對于IGBT的需求正日益增長。根據(jù)集微咨詢的分析報告，預計在未來數(shù)年中，風光儲領域的IGBT市場增長速度將超過汽車行業(yè)，其市場份額有望在2025年達到9.7%。此外，QY研究數(shù)據(jù)顯示，2023年全球IGBT功率模塊市場規(guī)模大約為67億美元，預計到2029年將增長至145億美元，預測未來幾年的復合年均增長率約為13.6%。
由于半導體功率器件技術門檻較高，加之國外企業(yè)在核心技術上的領先地位，全球IGBT市場目前呈現(xiàn)出由國外頭部企業(yè)主導的壟斷格局，英飛凌、富士電機、三菱電機、安森美、東芝以及意法半導體等企業(yè)占據(jù)主要份額。
從國內(nèi)市場來看，中國是全球最大的IGBT需求市場，其需求量占全球總量超過40%，并且這一比例有望繼續(xù)增長。
不過，我國的IGBT產(chǎn)業(yè)起步較晚，目前市場主要被國外企業(yè)所壟斷，國產(chǎn)IGBT的整體自給率仍然較低，未來進口替代的潛力巨大。近年來，在國產(chǎn)替代大勢所趨下，國內(nèi)廠商在產(chǎn)業(yè)化水平上已取得一定進步。且隨著行業(yè)的快速發(fā)展和市場需求的不斷上升，國內(nèi)廠商正在加速提升自身的工藝技術水平，力求縮小與國際巨頭的差距。在這一進程中，北京貝茵凱微電子有限公司（簡稱“貝茵凱”）作為國內(nèi)廠商的佼佼者，致力于推動國產(chǎn)IGBT技術的突破與創(chuàng)新。
成功量產(chǎn)第七代IGBT，突破國產(chǎn)化領域壁壘
貝茵凱成立于2022年5月，專注于高精尖制程功率芯片的研發(fā)與應用，在不到2年的時間里已研發(fā)并批量生產(chǎn)出獨具特色的全系列第七代IGBT芯片，成功突破國產(chǎn)化領域的技術壁壘，并率先掌握先進制程功率器件技術。
從上世紀90年代至今，IGBT已經(jīng)歷經(jīng)多次技術迭代，目前市場上應用最廣泛的是第四代工藝產(chǎn)品，而技術最領先是第七代，即微溝槽柵技術（MPT），通過增加有源柵極密度，增加單位芯片面積上的導電溝道，降低靜態(tài)損耗，使IGBT向著小型化、高功率、高可靠性發(fā)展。
貝茵凱CEO何林及團隊表示，貝茵凱早在創(chuàng)立之初，就以全球頂尖企業(yè)為標的，將目標錨定在應用條件更苛刻、研發(fā)制造難度更大的高端功率芯片領域，全力以赴打造第七代大功率IGBT芯片。
貝茵凱研發(fā)團隊師承于中國功率半導體領域泰斗級人物亢寶衛(wèi)，并曾承擔國家《極大規(guī)模集成電路制造技術及成套工藝》項目，在功率半導體領域深耕多年，擁有豐富的研發(fā)技術與產(chǎn)業(yè)資源。
經(jīng)過不懈的努力，貝茵凱的研發(fā)成果終于得到了回報。投片后歷時4個月終獲首次流片成功，這標志著貝茵凱在高端功率芯片研發(fā)領域邁出重要的一步。
“2023年7月27日上午8點49分——貝茵凱第一片七代IGBT芯片下線。這對于貝茵凱，甚至對于中國功率芯片行業(yè)而言，都是值得記住的重要時刻?！必愐饎PCEO何林說道。
2023年8月，貝茵凱“第七代大功率IGBT產(chǎn)品12英寸晶圓”成功下線，采用全自研技術，優(yōu)化和改進了傳統(tǒng)IGBT制備工藝，對結(jié)構進行創(chuàng)新與調(diào)整；以車規(guī)級芯片標準開發(fā)工業(yè)芯片，相比按照傳統(tǒng)工藝開發(fā)的芯片而言，可靠性提升30%以上，并可適配各種惡劣工作場景。此外，第七代IGBT采用業(yè)界領先的1.6um Pitch微溝槽IGBT工藝制程，精度達50nm，可實現(xiàn)更高電流密度、更低綜合損耗等，提升產(chǎn)品的整體性能；還采用超薄片工藝（<70um），可實現(xiàn)最高175℃的工作結(jié)溫，進一步拓寬應用范圍。
以技術驅(qū)動，用產(chǎn)品證明
貝茵凱的第七代IGBT產(chǎn)品在性能方面顯著優(yōu)于同類中采用傳統(tǒng)制程的IGBT芯片，有效解決了導通損耗與開關損耗難以平衡的問題，具備低導通損耗與低開關損耗的雙重優(yōu)勢，適用頻率范圍也得以拓寬，最高適用頻率從15kHz-20kHz提升至30kHz-40kHz，達到國際領先水平。
貝茵凱第七代IGBT產(chǎn)品包含750V、1000V、1200V、1700V等電壓等級系列，滿足電動汽車、通用變頻、儲能系統(tǒng)等多領域應用需求。所有第七代IGBT都具備改進的溫濕度魯棒性，從而大幅度提高了惡劣環(huán)境條件下IGBT器件的可靠性。
目前，該產(chǎn)品已經(jīng)通過多家行業(yè)領軍企業(yè)的嚴格測試與認證，并已在電動汽車、風力發(fā)電、光伏逆變器及高端化學儲能等領域?qū)崿F(xiàn)小規(guī)模供應。
貝茵凱CEO何林稱，“我們是一家技術驅(qū)動型企業(yè)，只會用技術和產(chǎn)品說話?！?/p>
何林對國內(nèi)IGBT芯片企業(yè)的現(xiàn)狀進行了分析。據(jù)其推測，中國大約有400家IGBT芯片公司，其中大約85%主要從事芯片模塊組裝。此外，大約10%~12%的企業(yè)涉及購買芯片并印上自己的Logo，而真正具備自主研發(fā)能力的IGBT芯片企業(yè)則可能不超過20家?！爱斎?，貝茵凱就在這20家企業(yè)之中?！焙瘟终f道。
何林還強調(diào)功率芯片與一般商品不同，特別是在其電力運行特性方面。由于功率芯片的這一特性，它們在正式投放市場之前，必須經(jīng)過極其嚴格的質(zhì)量檢測。貝茵凱對每一批生產(chǎn)的芯片，在完成行業(yè)內(nèi)標準的168小時檢測后，還會進行更長時間的運行測試，以實現(xiàn)1000小時的極限考核，確保產(chǎn)品達到最高質(zhì)量標準后才投放市場。
據(jù)介紹，貝茵凱的質(zhì)量控制流程不僅限于制造端的檢測。公司產(chǎn)品還要經(jīng)過客戶端上機測試和第三方專業(yè)檢測機構認證。這意味著，從樣品交付、產(chǎn)品定型到最終批量供應，整個過程需要經(jīng)歷一段較長的周期。以車規(guī)級芯片為例，從送樣、到定型、到批量供應，整個檢測周期可能超過一年半的時間。
在服務端，貝茵凱還會派遣專業(yè)的技術人員到設備運行一線，甚至長期駐扎現(xiàn)場，參與設備檢測和實時數(shù)據(jù)分析，幫助用戶實現(xiàn)設備運行效率的提升。
關于產(chǎn)品類別方面，何林表示，不同類型的應用對功率芯片的性能要求存在著一定差異。以變頻器為例，其內(nèi)部的功率芯片需要能夠承受至少10微秒的短路耐受時間，以保證在極端條件下的穩(wěn)定性。相比之下，光伏應用對功率芯片的短路耐量要求則相對較低，而對故障率要求極高。比如，在對功率芯片一致性要求較高的儲能系統(tǒng)中，數(shù)百個IGBT模塊即使只有一個模塊發(fā)生故障，也可能對整個系統(tǒng)的運行造成嚴重影響。
“貝茵凱不會盲目追求擴張速度，堅守我們的質(zhì)量管控體系，保障產(chǎn)品優(yōu)良的性能，才是最重要的?！?/strong>何林說道。
何林表示，“目前，貝茵凱正在著力擴大企業(yè)規(guī)模，希望2025年能夠打通從材料，到研發(fā)設計、測試分析等，再到應用端的完整產(chǎn)業(yè)鏈，以進一步強化產(chǎn)品迭代能力，為用戶賦能更大價值。”
展望未來，貝茵凱將繼續(xù)深耕高端應用領域，致力于開發(fā)更高壓的碳化硅芯片（SiC MOSFET），同時加強與IGBT產(chǎn)品終端用戶企業(yè)的合作，全力推進國產(chǎn)芯片的替代進程。
（校對/劉昕煒）
