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电力系统的这颗国产“芯”脏，突破了四大技术
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摘要：电力系统这个国产“芯”脏了，突破四大技术瓶颈 近日，国务院国资委发布《推荐《中央企业科技创新成果目录（2020年版）》面向全社会发布。包括核心电子元器件、关键元器件、分
电力系统这个国产“芯”脏了，突破四大技术瓶颈
近日，国务院国资委发布《推荐《中央企业科技创新成果目录（2020年版）》面向全社会发布。包括核心电子元器件、关键元器件、分析检测仪器??和高端装备，共8个领域，178项科技创新成果。全球能源互联网研究院有限公司（以下简称联合研究院）研发的3300伏（V）绝缘栅双极晶体管（IGBT）芯片及模块赫然在列。时隔4年，联合研究院的研究团队突破了制约国内高压IGBT发展的鲁棒性差、可靠性低等技术瓶颈，打破了国外技术垄断。
近日，团队牵头的国家重点研发项目“柔性直流输电设备压接定制超高功率IGBT关键技术与应用”通过工信部组织的综合性能评价技术。 .该项目自主研发了满足柔性直流输电设备要求的4500V/3000A低通态压降和3300V/3000A高关断容量IGBT器件，解决了高压大容量压接IGBT芯片不足的问题和设备。
涉及多个环节，需要多行业联合研究
高压IGBT芯片和器件的开发周期长，涉及材料、芯片设计、芯片工艺、器件封装和测试。 ，需要多学科交叉融合、多部门协同发展。
“目前，电力系统应用高压IGBT器件的发展主要存在四大技术瓶颈，一是高压芯片高阻衬底材料的制备技术，以及大尺寸硅片掺杂性能和稳定性难以满足高压IGBT和FRD芯片的发展需求；二是高压芯片关键工艺能力不足，高端工艺加工能力不足提高芯片性能的能力，无法满足电力系统高压IGBT芯片的加工需求；第三，封装设计系统难以满足高压器件的封装要求，尤其是压接式器件封装，以及对封装绝缘系统、多片并联均流和均压控制的研究不足；四是高压整体可靠性和鲁棒性e IGBT 器件与国外相比。与先进水平相比，还有差距，还没有经过电力系统设备和工程的长期应用验证。”联合研究院功率半导体研究所所长吴俊民在一次采访中表示。科技日报记者采访。
IGBT芯片尺寸小，微观结构复杂，影响芯片性能的结构和工艺参数很多。状态压降、关断损耗和过流关断能力是相互制约的，综合优化是攻关过程中最难突破的技术。
以后会延伸到海上柔性直流输电等领域
“面对技术难题，联合研究院研究组成立青年突击队，采用理论分析、仿真设计、实验验证n.该组合方法优化了IGBT芯片的前单元结构和后缓冲层结构的设计，开发了载流子增强层、后缓冲层和超厚聚酰亚胺钝化等关键工艺，最终开发出了高速系统电力系统应用。关断能力IGBT芯片实现了IGBT芯片的通态压降、关断损耗和过流关断能力的综合优化，整体性能达到国际先进水平。”吴俊民说。
联合研究院功率半导体研究所项目负责人、副所长金锐告诉科技日报记者，在芯片技术方面，团队攻克了技术难题背面激光退火均匀性控制；掌握了背面缓冲层掺杂对芯片特性的影响规律，提出了三维局部载流子寿命控制方法，与国际同类产品相比，芯片综合性能达到了国际先进水平。
》在压接封装技术方面，基于多个碟形弹簧元件连接的公差补偿技术d串联，团队提出了适用于并联IGBT芯片的柔性压接封装结构，突破了大型IGBT芯片。大规模并行均压控制技术，实现数百芯片的并行压接封装；结合封装工艺特点和绝缘材料特性，得到封装绝缘间隙、封装绝缘材料参数和封装工艺参数对器件绝缘水平的影响。提出了压接包装结构的包装保温解决方案，掌握了分布式注胶和周期性脱气的灌封工艺；掌握了晶圆级、芯片级、子单元级、器件级四个层次的高压无损检测筛选方法，自主开发子单元和器件检测筛选设备，支持压接封装器件的开发。”金锐说。
金锐表示，未来，自主研发的高压IGBT芯片和模块将推广应用到海上柔性直流输电、统一潮流控制器等领域。支持“双高”电力系统建设，助力“碳达峰碳中和目标”的实现。
来源：科技日报
文章来源：《电力系统装备》 网址: http://www.dlxtzbzz.cn/zonghexinwen/2021/0714/1047.html