使用300nm基板制造IGBT - 功率半导体观察：SiC和GaN飞速发展的时代

　　IGBT也使用300mm基板制造

　　除了发布新产品之外，英飞凌在展会上还透露了耐压为1.2kV的IGBT和IGBT模块的开发蓝图（图6）。

　　图6：Si基板的大口径化与薄型化，提高IGBT的功率密度

　　英飞凌透露了耐压为1.2kV的IGBT的开发蓝图。制造IGBT使用的Si基板的口径将从现在的200mm扩大到300mm，以降低成本（a）。同时缩小Si基板的厚度，降低损耗（b）。该公司计划在可容许的范围内提高IGBT的接合温度，并且提高功率密度。在展位上展示了正在开发的IGBT（c）。（（a）与（b）为《日经电子》根据英飞凌的资料制作）

　　英飞凌为了提高生产性以削减制造成本，将扩大制造IGBT使用的Si基板的口径。该公司目前使用的Si基板的口径为200mm，将来准备采用12英寸，也就是300mm口径的Si基板。

　　SJ MOSFET方面，该公司从2013年2月开始使用300mm基板进行量产，今后还将推广至IGBT，最早将在2013年内开始使用300mm基板。

　　在增大Si基板的同时，还将推进基板薄型化。一般来说，基板越薄则IGBT的损耗越小。但如果太薄，不仅基板容易曲翘，难以进行制造，而且不容易维持耐压。

　　现在，Si基板的厚度约为100μ～120μm，英飞凌计划到2020年使基板厚度达到70μm。据功率半导体技术人员介绍，在确保1.2kV耐压的前提下，这一厚度是“极限”。

　　另外，英飞凌还介绍了增加IGBT输出功率密度的蓝图。增加密度有助于实现IGBT模块的小型化，采用的方法是提高IGBT的容许接合温度。首先将把温度从现在的150℃提高到175℃，将来计划达到Si IGBT的理论极限——200℃。

　　通过提高接合温度来增加功率密度时，必须要为功率模块中的IGBT芯片采用新的封装技术以降低热阻。为此，该公司将采用名为“.XT”的下一代模块技术。

　　该技术是对IGBT芯片正面和背面的安装部分加以改进。正面的引线键合部分采用导热率更高的Cu替代AL，背面则采用自主接合技术，取代通常使用锡焊的方法。

　　这样，与过去采用锡焊时相比，导热率和可靠性都有望提高。采用这些技术后，功率模块（“PrimePACK”系列）的输出电流能够从过去的900A提高到1200A。

　　模块的基础部分通用

　　在IGBT模块领域与英飞凌争夺份额的三菱电机也发布了IGBT模块的新技术和新产品。例如，该公司展示了面向工业设备用途的注模式 IGBT模块新概念（图7）。这种IGBT模块此前一直被用于白色家电等产品，在面向家电等大量生产相同的IGBT模块的用途中，注模式IGBT模块“不仅品质稳定，而且生产效率高”（三菱电机）。

　　而工业设备用途主要采用的是盒式模块。因为与家电相比，工业设备使用的模块数量少且品种多，无法充分发挥注模式模块生产效率高的优势。为此，该公司创造出了使功率模块内部安装半导体芯片、散热器、绝缘片的“基础”部分实现通用化，按照用途定制模块的外壳和端子（终端）部分，使注模式模块也适用于少量多品种生产（注2）。

　　图7：基础部分通用，支持少量多品种

　　三菱电机发布了面向工业设备的注模式IGBT模块新概念（a）。创造出了让功率模块内的“基础”部分通用、按照用途定制模块的管壳和端子部分，从而适应少量多品种生产的方法（b）。（（b）为《日经电子》根据三菱电机的资料制作）

　　（注2） 三菱电机表示，截至2013年5月底，具体规格和产品化等具体事宜尚未敲定。

　　除此之外，该公司还展示了为混合动力车和纯电动汽车开发的水冷式IGBT模块“J1系列”（图8）。该系列包括650V/600A与 900V/400A两款产品，特点是安装面积只需117mm×113mm。该系列将6个IGBT元件集成于1个模块之上，属于“六合一”产品，与同时使用 3个集成了2个元件的该公司老式产品相比，安装面积小了大约20％。解说员自豪地说，“在输出性能相同的车载IGBT模块中，安装面积达到了业内最小水平”。据介绍，J1系列预定于2013年9月开始供应样品，“量产最快估计也要到2015年”。

　　图8：车用IGBT模块安装面积缩小约20％

　　三菱电机发布了面向车用IGBT模块新产品“J1系列”。集成了6个IGBT元件，与使用3个集成2个元件的该公司以往产品相比，体积大约可以减少20％。

　　这一次，为了实现IGBT模块的小型化，三菱电机改进了IGBT芯片与模块的构造。IGBT芯片方面，车载用途过去一直采用该公司第5代产品，此次首次采用了第6代产品。模块方面，借助与散热片一体化的“直接水冷构造”，散热特性比该公司以往产品提高了40％。