(二)关键电力电子器件
1.硅基高频场控电力电子器件
在硅基高频场控电力电子器件方面,突破沟槽、电场终止等关键技术的设计和制造工艺,形成规模生产能力。提升轨道交通、电力系统和新能源汽车用的高压大容量IGBT模块的产业化水平,开发超大容量平板全压接IGBT模块产品、进一步提升快恢复二极管FRD芯片和高压功率MOSFET芯片的技术水平。
2.碳化硅电力电子器件
(1)SiC功率二极管
掌握600V~6.5kVSiC结势垒肖特基功率二极管的产业化技术,实现10kV以上SiCPiN功率二极管的技术突破,形成从600V到10kV及以上电压等级的SiC功率二极管系列产品的开发能力。
(2)SiC功率晶体管
掌握600V~6.5kV的SiCJFET和MOSFET的产业化技术,实现10kV以上SiCIGBT和SiCGTO的技术突破,具备从600V到10kV及以上电压等级的碳化硅晶体管系列产品的开发能力。
(3)SiC功率模块
掌握全套的SiC器件封装材料、封装设计和封装工艺技术,满足开发高压、大容量和高温SiC功率模块的需求,并掌握全套测试技术,研发整套测试设备,建立相关技术标准,为新能源汽车、新能源并网、轨道交通、新型直流输配电网等领域开发SiC功率模块产品。
3.氮化镓电力电子器件
(1)GaN电力电子器件
掌握GaN肖特基二极管、HEMT晶体管、金属绝缘栅半导体场效应晶体管(MISFET)等芯片设计和工艺技术,为新能源和节能减排领域提供高频率GaN器件产品。
(2)GaN功率模块
掌握全套的GaN模块封装材料、封装设计和封装工艺技术,并掌握全套测试技术,研发整套测试设备,建立相关技术标准,为通讯和信息电源、分布式能源并网等领域提供GaN功率模块产品。
(三)关键设备
电力电子器件的关键设备包括芯片生产设备、器件封装设备和检测设备三大系列。
1.生产设备
硅基电力电子器件的关键设备包括晶圆减薄机、离子注入机、晶圆切割机、激光退火炉等。SiC材料和器件的核心工艺制造设备包括单晶炉、外延炉、高能离子注入机、高温氧化炉、ICP刻蚀机和超高温退火炉等。金属有机化合物化学气相外延(MOCVD)是制造GaN功率器件的关键设备。建议对以上关键生产设备的关键技术进行攻关,实现设备国产化。
2.封装设备
电力电子芯片的封装设备主要包括真空焊接炉、引线键合机、拣片机、贴片机、点胶机、灌胶机、气相清洗机、助焊剂清洗机等。我国已经初步建立了电力电子芯片的封装产业,但是封装所需的设备严重依赖进口。建议对真空焊接炉、引线键合机等封装设备的关键技术进行攻关,实现设备国产化。
3.检测设备
检测设备是电力电子器件的芯片加工和器件封装过程的必备设备。建议重点攻关以下检测设备的关键技术,实现设备国产化:
(1)高压大电流探针测试设备及大电流步进多头探针,
(2)满足高压大容量器件的测试需求的静、动态参数测试设备,
(3)推拉力测试、局部放电测试、基板拱度测试、热阻测试等封装材料检测设备,
(4)功率循环、被动热循环、高温反偏、高温栅偏、绝缘老化等可靠性测试设备,
(5)X射线测试仪、超声测试仪等无损检测设备,
(6)以上测试设备的测试夹具。
(四)技术标准
为加强电力电子器件产业领域标准的制定和知识产权保护,建议在新型电力电子器件用的关键半导体材料、关键零部件材料以及电力电子器件方面建立公共服务平台,制定面向行业的技术认证、产品检测的相关技术标准,为建立具有协同创新能力的电力电子产业体系服务。
1.关键材料技术标准
(1)建议制定区熔中照高阻硅晶圆片、SiC衬底晶圆片、SiC同质厚外延片、GaN异质外延片等关键半导体材料的技术标准。
(2)建议制定平板全压接多台架精密陶瓷结构件、氧化铝(Al2O3)陶瓷覆铜板(DBC和AMB工艺)、氮化铝(AlN)陶瓷覆铜板(DBC和AMB工艺)、氮化硅(Si3N4)陶瓷覆铜板、铝-碳化硅(AlSiC)基板、硅凝胶、焊片(焊带)等关键零部件材料的技术标准。
2.关键电力电子器件技术标准
(1)建议制定轨道交通用IGBT、电力系统用IGBT、新能源汽车用IGBT、平板全压接IGBT、电动车辆用功率MOSFET、快恢复二极管FRD等硅基电力电子器件的技术标准。
(2)建议制定肖特基二极管、PiN二极管、结势垒肖特基二极管、JFET、MOSFET、BJT、IGBT、晶闸管等SiC电力电子器件的技术标准。
(3)建议制定肖特基二极管、HEMT、MISFET等GaN电力电子器件的技术标准。
五、展望
电力电子器件产业是我国制造业的重要组成部分之一,在实施《中国制造2025》的规划中将发挥重大的作用。
在“十三五”期间,要按照《中国制造2025》的精神发展我国的电力电子器件产业,要坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针,坚持“市场主导、政府引导,立足当前、着眼长远,整体推进、重点突破,自主发展、开放合作”的基本原则,将“互联网+”引入电力电子器件制造业,使信息化和电力电子器件制造产业深度融合,提高产业的技术创新能力,提升产业的制造智慧化水平,把我国从今天的电力电子器件需求大国,建设成为电力电子器件的制造大国,继而建设成电力电子器件的创造强国。