电力系统663的这颗国产“芯”脏 突破了四大技术瓶颈

近来，国务院国资委向全社会发布《中心企业科技立异效果引荐目录（2020年版）》，包含中心电子元器材、要害零部件、剖析测验仪器和高端配备等合计8个范畴、178项科技立异效果。全球动力互联网研讨院有限公司（以下简称联研院）研发的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限制国内高压IGBT展开巩固性差、可靠性低一级技能瓶颈，打破了国外技能独占。

日前，该团队牵头承当的国家重点研发计划项目“柔性直流输电配备压接型定制化超大功率IGBT要害技能及使用”通过了工业和信息化部安排展开的归纳绩效评价。项目自主研发出满意柔性直流输电配备需求的4500V/3000A低通态压降和3300V/3000A高关断才能IGBT器材，处理了高压大容量压接型IGBT芯片和器材缺少的问题。

触及多个环节，需多职业联合攻关

高压IGBT芯片和器材的开发周期长，触及到资料、芯片规划、芯片工艺、器材封装与测验各个环节，需求多学科穿插交融、多职业协同开发。

“当时，研发面向电力系统使用的高压IGBT器材的技能瓶颈主要有4个方面，一是高压芯片用高电阻率衬底资料制备技能，大尺度晶圆的掺杂均匀性和稳定性难以满意高压IGBT和FRD芯片开发需求；二是高压芯片要害工艺才能缺乏，提高芯片功能的高端工艺加工才能短缺，无法满意电力系统用高压IGBT芯片的加工需求；三是封装规划系统和工艺才能难以满意高压器材封装需求，尤其是压接型器材封装，在封装绝缘系统、多芯片并联均流和压力均衡操控方面研讨缺乏；四是高压IGBT器材的全体可靠性和巩固性与国外先进水平比较存在距离，未经电力系统配备和工程长时间使用的查核验证。”联研院功率半导体研讨所所长吴军民在承受科技日报小编采访时表明。

IGBT芯片尺度小、微观结构杂乱，影响芯片功能的结构和工艺参数很多，一起IGBT芯片通态压降、关断损耗和过电流关断才能彼此限制，三者之间的归纳优化是攻关过程中最难打破的技能。

将推行到海上柔性直流输电等范畴

“面临技能难题，联研院研讨团队成立了青年突击队，选用理论剖析、仿真规划和实验验证相结合的办法，优化IGBT芯片正面元胞结构和反面缓冲层结构规划，开发载流子增强层、反面缓冲层和超厚聚酰亚胺钝化等要害工艺，终究研发出面向电力系统使用的高关断才能IGBT芯片，完成了IGBT芯片的通态压降、关断损耗和过电流关断才能的归纳优化，全体功能到达世界先进水平。”吴军民说。

项目负责人、联研院功率半导体研讨所副所长金锐告知科技日报小编，在芯片技能方面，团队霸占了反面激光退火均匀性操控的技能难题；把握了反面缓冲层掺杂对芯片特性的影响规则，提出三维局域载流子寿数操控办法，与世界同类产品比较，芯片全体功能到达世界先进水平。

“在压接型封装技能方面，根据多个碟簧组件串联的零部件公役补偿技能，团队提出了适用于IGBT芯片并联的弹性压接封装结构，打破了IGBT芯片大规模并联的压力均衡调控技能，完成了上百颗芯片并联压接封装；结合封装工艺特色与绝缘资料特征，获得了封装绝缘空隙、封装绝缘资料参数及封装工艺参数对器材绝缘水平的影响规则，提出了针对压接封装结构的封装绝缘计划，把握了散布注胶、周期性脱气的灌封工艺；把握了晶圆级、芯片级、子单元级、器材级共四个层级的高压无损测验挑选办法，自主开发了子单元与器材的检测与挑选配备，支撑压接封装器材开发。”金锐说。

金锐表明，未来，自主研发的高压IGBT芯片和模块，将推行使用到海上柔性直流输电、一致潮流操控器等范畴，支撑“双高”电力系统建造，助力“碳达峰碳中和”方针的完成。