工信部版我国IGBT器件产业化发展路线图

1、我国IGBT器件产业化发展路线图（工业和信息产业部）项目名称：电力电子关键器件及重大装备研制课题名称：新型电力电子器件及电力电子集成技术子课题名称：我国IGBT器件产业化发展路线图课题编号：2007BAA12B01课题承担单位：西安电力电子技术研究所子课题承担单位：南京审计学院子课题参加单位：江苏宏微科技有限公司西安交通大学西安理工大学2010年3月目 录1 前言2我国IGBT产业化路线图的综述与背景 21目标和定位 22 路线图的范围23 制定路线图的主要方法和技术路线3 我国IGBT产业化现状和面临的形势 31 发展状况 311我国IGBT产业化的重大战略意义 312我国IGBT的历史经验

2、 313发展现状 32 存在问题 33 形势和任务 331技术发展趋势 332 市场需求分析333产业发展面临的环境4指导思想、发展原则和目标 41 指导思想 42 发展原则 43 发展目标5 . 总体布局和重点领域 5 . 1 总体布局和战略重点 52 重点领域和优先主题521 IGBT芯片和模块创新:思路和优先主题 522 IGBT应用技术创新:思路和优先主题 523 IGBT产业化制度环境创新：思路和优先主题6 我国IGBT产业化路线图 61 产业化准备（2006-2010年）62 向市场过渡（2011-2015年）63 市场扩张阶段（2016-2020年）64 主导国内市场（2021年

3、以后）7 保障措施 71 加强IGBT产业化的宏观引导 72 以实现IGBT产业化为目标加大投入73 充分发挥国内IGBT应用市场对产业化的驱动力 74大力推动以“内部一体化和产业联盟”为核心的资源整合 75 建立健全产业化金融支持机制 76强化自主创新及产业化能力建设 77 努力营造IGBT产业化的舆论氛围和社会规范8 . 附件 8 . 1路线图主要分析方法 8 . 2 IGBT对节能减排的影响估算 8 . 3 IGBT器件市场分析 8. 4 IGBT器件市场的基本周期 8. 5 国内获取IGBT核心技术的主要模式8. 6“我国IGBT器件产业化发展路线图”课题专家委员会名单主要参考资料（部

4、分）图表目录（正在编辑）1. 前言IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)即绝缘栅双极型晶体管是新型电力半导体器件的平台器件。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率，改善用电质量。我国对高压IGBT的需求巨大，但到目前为止完全依赖进口。因此，我国IGBT产业化十分紧迫。IGBT产业化是推动我国低碳经济发展的战略突破口，对缓解能源、资源、环境等对经济发展的重大瓶颈制约，加快转变经济增长方式，促进信息化带动工业化，提高国家经济安全，有着纲举目张的重要作用。为了促进科技部电力电子关键器件及重大装备研制项目中新型电力电子器件及电力电子集成技术课题成果转化，进一

5、步提高IGBT器件的自主创新能力，加快IGBT产业化进程，电力电子关键器件及重大装备研制项目专家组建议提出我国IGBT器件产业化发展路线图（以下简称路线图），供国家相关决策部门和投资方参考。“路线图”根据国家科技支撑计划的总体思路和基本原则，在总结过去、把握现在的基础上，围绕我国IGBT器件产业化当前迫切需要回答和解决的重大问题，提出了从2006到2020年期间实现我国IGBT器件产业化的指导思想、发展原则、发展目标、重点领域、行动路线和保障措施。科技部电力电子关键器件及重大装备研制项目专家组为了促进科技部电力电子关键器件及重大装备研制项目中新型电力电子器件及电力电子集成技术课题成果转化，进一

6、步提高IGBT器件的自主创新能力，加快IGBT产业化进程，建议提出我国IGBT器件产业化发展路线图（以下简称路线图），供国家相关决策部门和投资方参考。“路线图”在这个建议的基础上，围绕我国IGBT器件产业化当前迫切需要回答和解决的重大问题，提出了从2006到2020年期间实现我国IGBT器件产业化的指导思想、发展原则、发展目标、重点领域、行动路线和保障措施。图1： 我国IGBT产业化发展目标 图2：我国IGBT产业化路线图（摘要）图3：2我国IGBT产业化路线图的综述与背景 21目标和定位IGBT(即绝缘栅双极型晶体管)是一种双极晶体管复合的器件。它既有金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）易

7、于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大，损耗小的显著优点。自问世以来，IGBT以其优越的动静态性能，在6500V以下的大功率高频领域已经或将要取代功率晶体管、功率MOSFET、GTO和IGCT等器件,成为新型电力半导体器件的平台性器件。目前，尚无任何其它电力半导体器件可以在510年内代替IGBT在电力电子设备中的作用。进入新世纪以来，在国家节能减排、加强自主创新能力等政策的支持下，我国IGBT市场需求迅速增长，激励了各地IGBT研发和产业化的热情。但是，IGBT产业化是一个典型的复杂系统工程，是一项十分艰巨的任务，不能光凭热情盲目跟从，搞“无图纸施工”，“无

8、目标行军”，必须把科学发展观融入科学的IGBT产业化规划，用科学的规划引导IGBT产业化。“路线图”作为IGBT器件产业化的管理工具，就是在凝聚众多专家和业内人士的建议和智慧，厘清我国IGBT器件产业化的未来目标和当前迫切需要回答及解决的重大问题，在IGBT器件产业化的指导思想、发展原则、发展目标、重点领域、关键指标、分工结构、行动路线、保障措施等形成共识，为国家有关部门进行从现在起到2020年期间的IGBT自主研发及产业化的战略规划和总体布局，提供有价值的参考体系。22 路线图的范围IGBT器件创新的范围是指：IGBT芯片设计 工艺流片 封装 测试，以及相关的配套技术，主要包括：材料、制造和

9、测试、试验设备等。但是，我国IGBT产业化过程实际上是一个建立自主性的IGBT关键性技术储备和产品国产化的过程。它不只是指技术创新和资金投入，而是涉及产品、市场、技术、体制、资源各种要素，以及各种要素之间的有机结合。因此，“路线图”以IGBT器件以及相关配套技术创新为重点，包括IGBT器件的产品和市场、体制改革、资源保障以及相互配称等内容。但是，我国IGBT产业化过程实际上是一个建立自主性的IGBT关键性技术储备和产品国产化的过程。它不只是指技术创新和资金投入，而是涉及产品、市场、技术、体制、资源各种要素，以及各种要素之间的有机结合。因此，“路线图”以IGBT器件自主创新为基础，以IGBT技术

10、在电力电子装置的应用创新为重点，包括IGBT器件的产品和市场、体制改革、资源保障以及相互配称等内容。23 制定路线图的主要方法和技术路线我们主要采用PEST模型、情景规划、SWOT模型、质量功能分配法、价值链分析法 这些方法的简介见附注。，沿着“环境目标问题需求路线措施”的技术路线制路线图。图4： 技术分析路线3 . 我国IGBT产业化现状和面临的形势 31 发展状况311 我国IGBT产业化的重大战略意义在全球气候变暖的背景下，“低碳经济”是全球热点，也成为未来中国新的发展战略取向。低碳经济是指温室气体排放量尽可能低的经济发展方式，以低能耗、低排放、低污染为特征。按照碳减排的自然路径和所涉及

11、因素的重要程度的排序，中国低碳经济之路将是从节能、减排、发展新能源到CDM（清洁发展机制）。在产业布局上，发展低碳经济包括传统产业领域的节能减排、发展新能源产业和培育新兴战略性产业。IGBT器件应用技术是公认的实现全球能效和二氧化碳减排目标的最佳综合性方法之一。能量通常以电的形式被广泛地应用。电力电子技术通过电力电子器件对电能进行变换及控制，节能效果可达10%-40%。因此，“一代电力电子器件带动一代电力电子技术应用”是业界人士普遍的共识。IGBT是新型电力半导体器件具有代表性的平台器件。，已经成为解决人类社会发展面临的能源、生态、环境等重大问题强有力手段。积极推进我国IGBT器件自主创新及产

12、业化，是推进我国低碳经济发展的战略突破口，具有十分重要的战略意义。积极推进我国IGBT器件自主创新成果的产业化，是推进我国低碳经济发展的战略突破口，具有十分重要的战略意义。第1、 推进我国IGBT器件产业化是我国实现2020年二氧化碳排放目标的需要。推进我国IGBT器件产业化是我国实现2020年节能及二氧化碳排放目标的需要。在我国煤电为主的能源结构中，电力消耗全国煤炭消费量的50%上下，能耗占全国1/3，二氧化硫排放量占全国一半。因此，电力节能减排对我国的节能减排目标实现举足轻重。大力推进IGBT器件产业化，在发挥传统产业领域中技术改造以达到发挥节能减排的“先锋”作用，是保障我国实现节能减排战

13、略目标的重要基础。根据我们对电力、交通、家电、照明、工业装置等主要领域应用IGBT后取得的节能减排影响的初步估算（详见表1 ），利用IGBT的节能效果为全社会节约能源消费总量的4.3%6.4%，从而每年可减少二氧化硫排放4.3%6.7%。因此，大力推进IGBT器件产业化，在发挥传统产业领域中技术改造以达到发挥节能减排的“先锋”作用，是保障我国实现节能减排战略目标的重要基础。表1：IGBT节能减排估算表 表中数据的详细测算方法和过程见附件：IGBT对节能减排的影响估算。 节能效果行 业节能效果（Mtce）减排效果（CO2Mt）20%节能水平下30%节能水平下20%节能水平下30%节能水平下电力系

14、统输电182848.675.6再生发电4.324.3211.711.7小计22.3232.3260.387.3交通系统道路25.137.767.8101.8铁路4.56.812.218.4水运6.710.018.127.0小计36.354.598.0147.2家电领域其中：空凋9.914.826.740.0 冰箱4.97.313.219.79类家电23.535.563.595.9照明行业镇流器14.421.038.956.7荧光灯3.85.610.315.1HID灯1.92.85.17.6小计19.929.153.778.6工业装置电动机12.718.634.350.2变压器7.711.220

15、.830.2离心泵5.58.114.921.9压缩机3.65.39.714.3通风机1.72.54.66.8小计31.245.584.2122.9总计133197359532占09年能源总耗量、07年总排放量%4.3%6.4%5.3%7.9%注：合计的小数点误差是由四舍五入引起的） 第二、推进我国IGBT器件产业化是提升我国重大技术装备自主创新水平的需要。在工信部、科技部、财政部、国资委2009年12月印发重大技术装备自主创新指导目录（2009）列出的18个领域、240项装备产品中，大部分都与IGBT器件相关，特别是其中的清洁高效发电设备，超（特）高压输变电成套设备、大型石油及石化装备、大型煤

16、炭及大型露天矿设备、轨道交通装备以及电子、生物和医药等高技术装备等领域，都需要应用基于IGBT的变频技术及其装置。因此，要提升我国重大技术装备自主创新水平，必须加速我国IGBT器件产业化进程。第二、第三、推进我国IGBT器件产业化是推动新能源产业发展的需要。IGBT器件是新能源技术装备的核心部分。IGBT器件自主创新不足以及产业化滞后，已经成为我国新能源产业发展的重大的技术瓶颈制约。加快IGBT器件国产化、产业化，是缓解我国新能源产业发展的技术瓶颈制约、为发展新能源产业提供推动力、创造”最绿的能源”即“节约的能源”的重要选择。第三、第四、推进我国IGBT器件产业化是加快培育新兴战略性产业的需要

17、。我国正在积极构筑新能源（清洁能源和可再生能源）、节能环保、电动汽车、新材料、新医药、生物育种和信息产业等七大新兴战略性产业，其中，除生物育种外，其它的都直接与IGBT器件产业化直接相关。实现IGBT器件产业化，优化电力电子产业结构，大力提高电力电子技术在新兴战略性产业中的渗透能力和应用能力，是培育新兴战略性产业的重要保障。312 我国IGBT的历史经验IGBT作为一个概念于1982年由美国公司提出，发达国家于1986年仅用了4年就形成量产。目前IGBT的技术和市场在美、欧、日已经非常成熟。我国在1991年开始IGBT研发，国家在“八五” 和“九五”期间分别立项支持了IGBT的研发和产业化，遗

18、憾的是我们攻关的成果只是做出了工程样品，而没能把样品变产品，形成量产，实现产业化。我国IGBT至今未能实现产业化的主要原因是：第一、缺少应有认识。很长时间以来，政府没有充分认识电力电子及IGBT器件的重要性。在半导体行业之外，人们对电力电子技术以及IGBT器件是什么、重要性如何几乎一无所知。在半导体行业里则有一种偏见，认为我们国家集成电路0.15um、8英寸的技术都掌握了，IGBT的0.5um、6英寸的技术有什么难的。这个认识强调了集成电路是IGBT不可或缺的技术工艺基础这个事实，看到集成电路和IGBT在工艺上的共同点，却忽视了它们两者的技术难点的差别，特别是忽视了IGBT工艺因为面对不同电压

19、等级和频率范围而需要调整增加的IGBT生产的特殊性和复杂性。第二、存在研究缺口。要把实验室的IGBT样品真正转化为可以量产的商品化产品，即具备有效的性能、低廉的成本和高质量的产品，并且能够在市场上生存下来，在这个过程中，需要耗资巨大耗时很多（几年时间）的、以量产化和降低成本为主要目标的应用研究工作。但是，我国对IGBT的研发到实验室样品阶段就停止了，对样品和市场之间的大量“转化”研究缺失。第三、没有必备条件。一是我国尚没有建成满足IGBT器件制造必需的生产线。就是在目前，国内IC生产线体上的绝大多数的产品是IC，缺少IGBT制造所需要的栅极形成和隔离工艺技术，背面减薄和注入工艺技术等。二是投资

20、资金不足。原来搞IGBT的都是国营企业，只靠政府投资，政府投资又很少。投资规模连IGBT研发的资金需求都难以满足，更不要说满足产业化必须的IGBT生产设备高额投资需求了。此外，对产业化特别重要的IGBT芯片专业人才在我国一直严重短缺。第四、资源行政分割。这是阻碍我国IGBT产业化最重要因素。IGBT是高压大电流电力电子器件制造技术和大规模集成电路微细加工技术有机结合的产物。八九十年代，我国集成电路行业归口于四机部（电子部），而电力电子器件行业归口于一机部（机械部），在管理体制上把微电子和电力电子器件硬性分割开来。体制的分割导致技术资源、设备资源、人力资源、管理资源和资金流向不能得到充分有效的利

21、用，造成了不必要的浪费和IGBT研发效率的低下。更严重的是，IGBT产业化取决于技术、投资、市场等各种资源的相互联系结构，而体制对产业化资源的行政性分割却使得这些资源难以相互联系，直接阻碍了我国IGBT产业化。在国外跨国性电气公司具备了这些资源的整合而使IGBT得到了长足的发展就是一个很好的例证。313发展现状进入新世纪以来，在国家一系列政策支持和推动下，我国IGBT器件的市场需求迅速增长，自主创新进程明显加快，应用领域不断扩大，产业化所需的各项条件逐渐具备，IGBT产业的雏形已经形成。实施重大专项、培育发展基础。“十一五”期间，科技部为落实国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年

22、）提出的“重点领域及其优先主题”，在国家科技支撑计划“十一五”发展纲要中设立了电力电子关键器件及重大装备研制重大专项，其中列入了新型电力电子器件及电力电子集成技术项目。国家发改委和工信部也分别提出了关于组织实施新型电力电子器件产业化专项有关问题的通知、电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划，把IGBT自主创新及产业化，列入重点支持项目。国家的专项带动了地方政府和一些企业支持IGBT自主创新及产业化的积极性，激励了国内资本市场对IGBT自主创新及产业化项目的投入，为我国IGBT产业化发展奠定了较好的基础。推动自主创新，实现零的突破。由西安电力电子技术研究所、江苏宏微科技有限公司、西安交通大学

23、组成的产学研联合体承担的新型电力电子器件及电力电子集成技术课题，完成了1200V、1700V IGBT 和FRD芯片及模块的研发，掌握了1200V、1700VIGBT的设计、工艺、封装和测试等方面具有自主知识产权的关键技术，填补了国内空白。株洲南车时代公司2008年收购拥有IGBT芯片设计制造关键技术的英国功率半导体企业DYNEX 75股份,开辟了增强我国IGBT自主研发及产业化能力的新途径。中国科学院微电子研究所（以下简称“中科院微电子所”）设计研发的IGBT系列产品于2010年3月在华润微电子有限公司（以下简称“华润微电子”）的工艺平台上流片成功，标志着国产自主IGBT产品的大批量生产进程

24、有了新的突破。激发市场需求，拓宽应用领域。国家以节能减排政策为制约、重大应用装置项目为平台，激发了IGBT的国内需求。2004 年到2008 年中国IGBT市场规模的年复合增长率达到21%，应用领域以消费电子和工业控制为主，不断扩大到汽车电子、轨道交通、风能发电、电力传输、计算机和网络通信和国防等国民经济的各个领域，为我国IGBT产业化提供了可持续的强劲驱动力。整合各种资源，创造产业条件。国家通过发展集成电路产业、引导IGBT器件的产学研结合、优化所有制结构、吸引在国外知名企业中从事IGBT 器件研发经验的高级人才回国创业、推动IGBT器件制造和下游装置结合，培育了一批进行IGBT自主创新的企

25、业主体，形成了IGBT器件设计、工艺流片、封装、测试的产业结构雏形。32 存在问题虽然我国IGBT自主创新及产业化有了一定进展，但与国际水平和IGBT在我国低碳经济发展的要求相比仍有许多不相适应的地方，还有许多困难和问题，主要是：自主创新能力比较薄弱，核心技术储备严重不足。由于持续、稳定的技术创新及产业化投入不足，IGBT设计和研发方面的人才奇缺，国外公司在IGBT的产业化技术方面对我国严密封锁，IGBT技术本身的特殊复杂性，造成我国缺少该器件的产业化设计、生产、封装、测试和可靠性试验技术，尤其是IGBT芯片设计制造的自主创新能力薄弱。即使有些部门掌握了部分关键技术，但也很不系统和完整，创新成

26、果水平明显滞后国际同行，技术储备严重不足，极大地制约了IGBT器件在我国的产业化。IGBT创新与装置创新脱节，企业面临难以量产困局。由于体制、机制问题和企业无力承担产业化需要的高投入；特别是拥有技术、资金、品牌、经验优势的国际功率半导体公司在国内IGBT占据了绝对优势，阻隔了IGBT自主创新与电力电子装置创新的结合，产生技术锁定效应，使国内企业面临“两难”困局：要应用于电力电子装置，IGBT器件必须在量产化水平上做到性能可靠和成本合理，而如果不能与电力电子装置结合，IGBT器件又不能在量产化水平上完善性能和降低成本。产业化资源集成整合不够，缺乏产业化统筹规划。我国IGBT自主创新及产业化所需的

27、各种资源分属不同条块、不同体制，缺乏统一的规划和指导管理，难以形成合力解决自主创新及产业化的关键技术难题，导致我国至今还没有一条IC的线体可以从头到尾完成IGBT工艺生产。政策及激励措施还不完整，稳定性和协调性较差。在现有技术水平和政策环境下，IGBT创新转化投入大，进入市场壁垒高，国产化企业又面临国际知名公司的打压，赢利空间变窄，缺乏市场竞争力和可持续发展能力，需要政策扶植。我国IGBT自主创新及产业化的相关政策体系还不完整，经济激励力度较弱，政策的稳定性和协调性差，还没有形成支持IGBT自主创新及产业化的长效机制。33 形势和任务 331 技术发展趋势随着电子电子装置向数字化、多功能化、差

28、别化、小型化方向发展，信息技术和电力电子技术不断融合，新一代宽带隙半导体材料碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的研究进展，IGBT器件技术将发生深刻变化。n IGBT芯片制造技术自身，围绕着饱和电压（VCE(饱和)）、开关损耗（E0ff）及安全工作区（SOA）之间的三角折衷关系，在阻断电压、电流能力、通态压降、开关速度、驱动要求、温度能力、稳定可靠性能和降低总体成本等等方面，不断地大幅度提高IGBT主要技术性能(见图5）：。图1国际IGBT技术演变路线图n 结合电力电子应用装置，IGBT器件朝着大功率化、高频化、模块化、集成化、智能化几个方面发展。n 与微电子和计算机技术的发展相紧密结合，IG

29、BT器件不断发挥出弱电控制强电、信息技术与先进制造技术相结合的重要手段和桥梁作用，推动微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。n 国际先进的研发机构和公司就已经将研发的重心集中在下一代宽带隙半导体器件的研发上，并且在基于碳化硅和氮化镓等半导体材料的电力电子器件方向取得了飞速发展，将会促进IGBT器件的升级换代。 332市场需求分析 预计到2020年，全球在大力发展低碳经济的背景下，传统产业领域的节能减排、新能源产业发展和新兴战略性产业培育，将进一步带动IGBT器件和新型电力电子器件的市场需求，IGBT器件已进入新一轮持续快速增长期。n 世界市场需求分析据国际知名调查

30、公司Isuppli的数据显示，2002-2008年全球IGBT 市场规模的年复合增长率为14.1%。从2010年到2020年，全球IGBT 市场将继续保持年均12%左右的增长速度，全球IGBT总体市场规模将由2010年22.7亿美元增至70.4亿美元(见表2）。 表2： 2010-2020全球IGBT市场规模 单位：亿美元 年份销售额20102011201220132014201520162017201820192020销售额22.725.428.531.935.74044.850.256.262.970.4资料来源：issuply。n 国内市场需求分析我国从2005年开始已经成为世界第一大功

31、率半导体市场（见表3）。随着国内节能减排政策约束力度不断加大，新能源发展和新兴战略性产业培育的加速，将进一步拉动我国IGBT 市场规模的迅速扩大。从2010年到2020年，全球IGBT 市场将继续保持年均20%左右的增长速度，2010-2020年我国IGBT市场规模2010年的55亿人民币增加到341亿人民币。表3：  20052010年全球不同国家的大功率半导体市场规模 （单位：亿美元） 年份国家或地区2005年2006年2007年2008年2009年2010年美国11.4912.0912.7813.4514.2715.19日本15.2315.9816.7617.5418.3219

32、.15欧洲19.8321.3623.1725.0426.9829.12中国29.7635.4942.5551.3562.0775.67其它15.4217.6720.4323.6627.0431.29合计91.73102.59115.69131.04148.68170.42资料来源：issuply。表4： 我国2010-2020年IGBT市场规模增长预测 （单位：亿元人民币） 年份增长率2010201120122013201420152016201720182019202010%46515662687482909910912015%515867778810211713415517820420%5

33、566799511413716419723728434125%607593117146182228285356445556资料来源：根据issuply、CCID、半导体技术天地、赛迪顾问的相关数据整理得到。预测假设IGBT价格不变。综合国内外各方专家的分析和估算（见表5），我国IGBT市场发展的主要驱动力来自家电节能和工业控制（变频器），轨道交通（包括电力机车、高铁和地铁）、新能源和电力系统也是我国IGBT市场发展的重要驱动力，在十二五期间，混动（HEV）和电动（EV）对IGBT的需求必将出现战略性的突破，并将在2020年成为IGBT市场的一个十分重要的组成部分。此外，智能电网建设也为IGBT

34、市场发展注入了新的驱动力表5：2020年我国主要应用领域对IGBT需求规模估算应用领域需求估算的假设条件预计2020年IGBT需求规模（亿元）预计年复合增长率（%）IGBT占整机销售价的比重（%）IGBT器件毛利率（%）家电（空调、洗衣机、冰箱）Ø 变频家电在整个家电国内的市场渗透率达50%44.00*30-353-1440以上工业控制（变频器）中低压变频器Ø 预计我国变频器市场到2020年后才会饱和Ø 假设占2020年IGBT的50%-55%141.6717-1924左右50以上高压变频器28.3325-308-1050以上混动（HEV）和电动（EV）Ø

35、; 根据英飞凌等各方专家的预测10220以上30-3550以上轨道交通（包括电力机车、高铁和地铁）IGBT使用估算：Ø 每节地铁车厢50个Ø 每节电力机车使用100个IGBT模块Ø 每节高速动车不低于100个不低于1018-223050以上新能源（光伏、风电）Ø 假设假设占2020年IGBT的15%51.1530-40电力系统根据各方专家的预测市场需求很大智能电网根据各方专家的预测不低于4*该数据仅指变频家电在整个家电国内的市场渗透率达50%时的需求规模，而不是在2020年时点上规模。资料来源：根据issuply、CCID、半导体技术天地、赛迪顾问、国金

36、研究所以及课题组直接调查的的相关数据整理得到333产业发展面临的环境IGBT自主创新及产业化成为我国电力电子产业结构优化升级的战略突破口。当前，我国国民经济总量持续增加，电力电子产业规模不断扩大，但产业发展总体上仍处于国际分工的中低端，特别是我国IGBT技术水平和产业化水平与发达国家相比还存在很大差距。为优化我国电力电子产业结构，实现电力电子产业健康、可持续发展，必须加快IGBT自主创新及产业化。我国初步具备IGBT自主创新及产业化的主要条件。我国正处在发展低碳经济、转变增长方式的重大时期，未来10年，节能减排力度不断增大、电力电子装置应用范围将进一步扩大，产品结构将不断升级换代，下游装置产业

37、对IGBT的需求将持续增加。同时，我国已建成了20个IC生产线，个别企业掌握了1200V-1700VIGBT具有自主知识产权的关键技术工艺，国内IGBT制造企业在不断进步，国内外研发力量的在不断加强，国家综合国力及投入能力不断提升，IGBT自主创新及产业化具备了良好的产业技术基础和资源保障。IGBT产业化不仅具有可行性，还非常适合我国的产业现状以及我国能源紧张和构建和谐社会的国情。与微处理器、存储器等数字集成半导体相比，IGBT作为一种功率半导体，不追求尺寸的快速缩小，产品寿命周期可为几年甚至十几年。同时，功率半导体也不要求最先进的生产工艺，其生产线成本低于“摩尔定律”制约下的超大规模集成电路

38、资本投入的10-15%。IGBT自主创新及产业化环境趋于完善。在国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006年-2020年)中明确提出，功率器件及模块技术、半导体功率器件技术、电力电子技术是未来5年15年15个重点领域发展的重点技术之一。“十一五”期间，科技部的电力电子关键器件及重大装备研制中的新型电力电子器件及电力电子集成技术项目、国家发改委的新型电力电子器件产业化专项、工信部的电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划，都把IGBT自主创新及产业化列入重点支持项目。科技部、国家发改委和工信部在酝酿中“十二五”相关专项及规划，也积极关注IGBT自主创新及产业化。随着相关国家专项和产业政策的落实

39、和不断完善，IGBT自主创新及产业化的发展环境将进一步趋好。 近期工信部正在组织编制的“十二五”期间的电力电子产业发展规划、以及国家发改委关于组织实施2010年新型电力电子器件产业化专项的通知，进一步提高了推动IGBT自主创新及产业化的政策支持力度。随着相关国家专项和产业政策的落实和不断完善，IGBT自主创新及产业化的发展环境将进一步趋好。IGBT自主创新及产业化刻不容缓挑战严峻。我国加大节能减排力度的国际压力空前，发展低碳经济、转变增长方式刻不容缓，对IGBT自主创新及产业化提出了更为紧迫的时间表。未来10年，电力电子装置的复杂性与其应用的广泛性间的矛盾越来越尖锐，对IGBT器件技术和产业发

40、展提出了更高的要求。IGBT器件新技术、新产品的不断发展，自主创新和产业化所需的技术和资金门槛越来越高，投资风险增大，产品更新换代速度进一步加快，国际和国内IGBT产业链垂直整合和企业横向整合趋势将更加明显，市场进入难度加大，国内企业面临严峻挑战。同时，跨国公司在占据我国市场时，牢牢控制着IGBT芯片及制造工艺的关键技术和产业链核心环节，关键技术受制于人的局面短期内将难以改变。4指导思想、发展原则和目标 41 指导思想我国IGBT产业化，要以科学发展观为指导，围绕我国低碳经济发展的重大战略需求，瞄准节能减排、发展新能源和培育新兴战略产业的应用，充分发挥巨大国内市场需求和“后发”优势，坚持“政府

41、推动、市场主导，自主创新、广泛合作，整合资源、重点突破，立足国情、跨越发展”的原则，抓住机遇，以创新精神推动IGBT产业化，实现电力电子作为“节能先锋”、“环保卫士”的重要作用，优化我国电力电子产业结构，支撑我国信息化和工业化融合，促进国民经济又好又快发展，为国家低碳经济发展、建立节约型社会做出贡献。 42 发展原则 政府推动、市场主导。充分发挥政府的推动作用，坚持以节能减排、发展新能源和培育新兴战略产业等应用需求为主导，以企业为主体，上下一致地推动IGBT产业化。 自主创新、广泛合作。坚持开放式自主创新，拓宽各种交流渠道，充分利用国内外两种创新资源，积极开展国内国外合作，推动官产学研结合，加

42、强跟踪消化与自主创新紧密结合，着力促进国际先进技术的转移和应用，提高IGBT器件国产化和进口替代能力。整合资源、重点突破。要大力加强市场、技术、政策、资金等各种资源的整合，推动IGBT技术创新和电力电子应用装置创新相互结合，培育具有较强竞争能力的国产IGBT企业，重点突破制约我国IGBT产业化的重大技术瓶颈，重点突破在我国主要应用领域的市场壁垒，重点完善并优化我国IGBT产业产业链，加快IGBT产业化进程。立足国情、跨越发展。要结合我国国情，抓住IGBT产业化当前迫切需要回答和解决的重大问题，盯住国际IGBT技术发展的前沿和制高点，以我国IGBT的巨大市场需求为驱动，强化使命、明确目标，选准方

43、向，看清优势，扬长避短，实现IGBT产业化的跨越发展，增强产业化的可持续能力。 43 发展目标我国IGBT产业化目标是:将实验室水平IGBT技术开发成果转换为产业水平的商品，建立具有核心竞争能力、可持续发展IGBT产业能力，提升我国电力电子产业水平，为国家低碳经济发展，建立节约型社会做出贡献。具体目标包括: 自主创新能力：能够自主地掌握芯片设计、工艺流片、封装、测试以及重要原材料、制造设备等关键性的工艺技术，开发出电压等级从600 V到6500V 的IGBT器件，形成系统化的自主创新专利。国产IGBT企业的增加值有很大幅度提高，到2020年，75100A/12001700V IGBT和FRD芯

44、片及模块国内销售额中拥有自主知识产权和自主品牌的争取销售额进入前三名，占比达10%左右，在国内IGBT总销售额中的占比达15%，建成若干国家IGBT共性技术工艺平台、国家应用工程中心和企业技术中心，形成一支结构合理、代际衔接的IGBT技术创新及产业化人才队伍。 产业结构：形成IGBT芯片设计、制造、封装、测试完整的产业结构，技术层次和产品档次大幅提升，培育形成5-10家年销售收入能够在国内IGBT市场销售额在15名之内的企业，建成以IGBT产业为基础、以装置应用为龙头、上下游紧密结合、配套企业相互协调的模块化、网络化产业链，在优势地区形成如干创新能力较强、产业链完整的产业集群。 产业规模：形成

45、商业化的产业规模，预计2020年IGBT销售收入达204亿-341亿元左右，带动电力电子装置规模达2040亿-3410亿元左右。国际化水平：IGBT产业国际化取得一定进展，预计2020年国产IGBT器件出口有明显突破，封装的国际外包规模有大幅提高，若干企业有较强的国际竞争能力，利用外资的水平不断提升，吸引具有国际前沿水平和丰富经验的高级人才得能力进一步加强。制度化水平：IGBT产业化制度环境得到明显改善，建立政府支持IGBT自主创新及产业化的长效机制，市场化资源整合能力明显提高，财政税收、金融资本、风险投资、社会信用等制度配套设施比较健全，风险管理意识强，形成合作竞争的社会规范，IGBT产业的

46、系统级竞争能力大幅提高。我国IGBT器件产业化发展目标5 . 总体布局和重点领域 5 . 1 总体布局和战略重点到2020年，我国IGBT器件产业化的总体部署：一是立足于我国国情和需求，以在市场应用量大面广的IGBT和FRD芯片及模块为着力点，突破IGBT器件的关键技术，填补空白，实现产业化，全面提升IGBT自主创新能力。二是瞄准产业化目标，在风电、混动和电力汽车、轨道交通、电力传输及电能质量等战略性应用领域采取若干重大措施，实现IGBT产业化跨越式发展。三是深化体制改革，推进国家IGBT自主创新及产业化体系建设，为我国IGBT技术和产业进入国际先进行列提供可靠的制度保障。到2020年，我国I

47、GBT器件产业化的总体部署：一是立足于我国国情和需求，以600 V-1700V电压的IGBT和FRD芯片及模块的关键技术突破为依托，以家电节能和工业控制领域为着力点，填补空白，实现产业化，全面提升IGBT自主创新能力。二是瞄准产业化目标，在风电、混动和电力汽车、轨道交通、电力传输及电能质量等战略性应用领域采取若干重大措施，以技术产业战略联盟为平台，带动1700V 以上到6500V电压等级的IGBT器件及模块的自主技术创新，形成与电力电子装置的系统集成能力，推动我国重大技术装备自主创新，实现IGBT产业化跨越式发展。三是深化体制改革，推进国家IGBT自主创新及产业化体系建设，为我国IGBT技术和

48、产业进入国际先进行列提供可靠的制度保障。 52 重点领域和优先主题 我国IGBT产业化发展，要在统筹安排、整体推进的基础上，对重点领域及其优先主题进行排序，为IGBT自主创新及产业化发展中的紧迫问题提供全面有力支撑。重点领域，是指IGBT自主创新及产业化亟待解决的重大制约瓶颈。优先主题，是指能够突破重大瓶颈制约、任务明确、技术基础较好、近期能够替代进口、打破国外技术封锁的技术群或课题群。确定优先主题的原则：一是有利于突破瓶颈制约，提高IGBT自主创新能力。二是有利于掌握关键技术和共性技术，提高产业化力。三是有利于掌握应用技术，满足国家目前和未来10年内重大工程和重大装备所需要。重点领域，是指I

49、GBT自主创新及产业化亟待解决的重大制约瓶颈。优先主题，是指能够满足国家重大工程和国民经济建设急需、进口替代能力强以及节能减排潜力大、经济效益和社会效益显著的技术群或课题群。确定优先主题的原则：一是有利于突破关键技术和共性技术的瓶颈制约，提高IGBT自主创新能力。二是有利于尽快打破国外企业在我国IGBT的垄断格局，提高国产IGBT的产业能力。三是有利于形成与电力电子装置的系统集成能力，推动我国重大技术装备自主创新，满足国家目前和未来10年内重大工程和重大装备所需要。“路线图”用P（已经安排正在进行）、N（0-3年）、M（3-5年）L(5-10年）对技术群或课题群进行排序。 521 IGBT芯片

50、和模块创新:思路和优先主题IGBT芯片和模块的自主创新是我国IGBT产业化亟需建立的基础。短期内发达国家对我国封锁IGBT技术的格局不可能改变。l 创新思路：n 抢先突破。攻克市场面广量大的工业控制和消费电子领域节能减排需要600V-1700V IGBT芯片和模块的关键技术。n 全面推进。积极进行3300V-6800V高压IGBT芯片和模块的技术创新，全面提升IGBT应用技术，形成关键技术创新的系统集成和应用技术的重点定位。l 优先主题n 【P】1200-1700VIGBT和FRD芯片及模块u 【P】设计v 【P】元胞内大面积栅源隔离技术v 【P】栅源长度比的优化设计v 【P】高抗闩锁（Lat

51、ch-up）能力v 【P】高电压终端设计及工艺控制v 【P】软快恢复特性v 【P】耐雪崩能量的提高u 【P】工艺v 【P】少数载流子寿命控制v 【P】硅片背面减薄工艺的精确控制及良好欧姆接触的形成u 【P】封装v 【P】铝带焊接工艺u 【P】测试v 【P】微电流信号的采样显示v 【P】纳秒级快速响应电信号的控制及采样n 【P】电力电子集成技术u 【P】大功率IGBT母线吸收网络的设计和计算u 【P】大功率母线电流分布和温度的计算u 【P】PEBB通用数字控制平台硬件电路的设计u 【P】集成化PEBB内部DBC版图的设计u 【P】集成化DC-DC变流器嵌入式磁体基板的设计n 【N】高压3300V

52、、6500V IGBT和FRD芯片及模块u 【N】设计v 【N】IGBT和FRD的终端、工艺实现、钝化材料的研究v 【N】IGBT 和FRD通态特性与阻断特性的最佳化协调v 【N】提高IGBT和FRD雪崩耐量的研究v 【N】IGBT和FRD反向SOA的研究v 【N】IGBT 通态特性与开关特性、短路能力的最佳化协调v 【N】IGBT软关断的研究v 【N】IGBT 栅极ESD保护的研究v 【N】避免IGBT latch-up的方法v 【N】FRD 通态特性和反向恢复特性的最佳化协调v 【N】FRD软恢复的研究u 【N】工艺v 【N】【M】IGBT和FRD加工工艺一致性v 【N】【M】IGBT和F

53、RD 深结工艺、厚膜工艺的实现v 【N】IGBT集电极浓度的控制v 【N】FRD少子寿命控制工艺v 【N】IGBT和FRD背面欧姆接触的形成Ø 【N】【M】封装v 【N】【M】高压封装材料的研究，包括：DBC板，基板，硅凝胶和硅橡胶等v 【N】【M】提高模块电极之间绝缘电压的方法v 【N】【M】低分布参数封装v 【N】【M】模块冷却方式研究v 【N】【M】提高抗振动能力u 【N】【M】测试v 【N】【M】超高频、高压信号的实时采集和处理v 【N】【M】高压、高温、低分布参数夹具的研究n 【N】【M】电力电子组件及集成化（3300V-6500V 电压等级及300kW以上）u 【N】【M

54、】3300V和6500V 电压等级的PEBBu 【N】【M】300kW以上的大功率集成模块u 【N】【M】有源和无源混合的DC-DC变流器集成化技术u 【N】【M】仿真设计技术n 【M】智能化技术研究n 【M】【L】IGBT配套材料和设备技术u 【M】区熔硅单晶u 【M】【L】高温炉u 【M】【L】减薄设备u 【M】【L】背面注入设备u 【M】【L】中高压测试设备u 【M】【L】应用测试【L】基于碳化硅（SiC)材料的IGBT芯片技术l 优先主题n 【P】1200-1700VIGBT和FRD芯片及模块u 【P】芯片设计l 【P】制造工艺u 【P】封装u 【P】测试n 【P】电力电子集成技术n 【N】高压3300V、6500V IGBT和FRD芯片及模块u 【N】芯片设计n 【N】制造工艺u 【N】【M】封装u 【N】【M】测试n 【N】【M】电力电子组件及集成化（3300V-6500V 电压等级及1MW以上）u 【N】【M】3300V和6500V 电压等级的PEBBu 【N】【M】1MW以上的大功率集成模块u 【N】【M】有源和无源混合的DC-DC变流器集成化技术n 【N】【M】仿真设计技术n 【M】智能化技术研究n 【M