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【公示】关于公司“自主化8英寸高压IGBT制造技术及产业化”项目申报2018年度国家科学技术奖励的公示

2017-12-18

各有关单位:

为做好2018年度国家科学技术奖励推荐工作,确保国家科学技术奖励的公正性,根据国家科学技术奖励办公室《国科奖字〔2017〕44号 国家科学技术奖励工作办公室关于2018年度国家科学技术奖提名工作的通知》要求,对我公司拟申报的项目做如下公示,公示日期为:2017年12月18日至2017年12月25日。

任何单位和个人对公布的内容持有异议的,请在公示期内以书面形式(注明通讯地址和联系方式)向我单位提出。单位提出异议的,应当在异议材料上加盖本单位公章;个人提出异议的,要求在异议材料上签署本人真实姓名(姓名不能打印),并提供必要的证明材料。我单位对异议人身份和反映情况予以保密。

联系人:闫伟15073362539

传真:0731-28494358

邮箱:yanwei5@teg.cn

特此公示。

 

2018年度国家科学技术进步奖推荐项目公示

一、    项目名称

自主化8英寸高压IGBT制造技术及产业化

二、    提名者及提名意见

提名者:工业和信息化部

提名意见:

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT),是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品,其应用领域从传统工业(电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等)及4C产业(通信、计算机、消费电子、汽车)领域扩展到轨道交通、航空航天、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域,被业界誉为功率变流装置的“心脏”、绿色经济的“核芯”。IGBT小器件,蕴含高科技,拥有宽市场,发挥大作用。

长期以来,高压IGBT技术、产品受国外封锁与垄断,严重制约中国高端装备的发展。该项目自主设计并建造了全球首条8英寸高压IGBT芯片专业生产线,攻克了高压IGBT制造关键技术和成套工艺,实现了1700V-6500V 系列IGBT芯片的产业化,完成国内IGBT 技术“从无到有、从弱到强”的跨越,为高铁、智能电网等高端装备实现“中国芯”的突破,助推高铁、智能电网等“走出去”,支撑轨道交通、智能电网、新能源、军工等国民经济关键领域的发展。

该项目历时5年,获授权发明专利28项,发表论文50余篇;多项成果分别被鉴定为国际先进、领先水平,填补国内空白。该项目曾获中国电子学会一等奖、中国电工学会科学技术一等奖、中国铁道学会科学技术进步特等奖等。

该项目研发的IGBT技术成果应用于1700V-6500V等不同型号IGBT产品,产品已批量应用于轨道交通领域,装车近600余台(列),销售IGBT超6万只,近三年自主IGBT牵引变流器销售收入超10亿元,打破国际巨头在功率半导体核心器件方面对我国的长期垄断,也迫使国外竞争对手在价格、交付周期等方面做出了有利于国内客户的调整。据调研,国内进口的IGBT平均价格下降了1/3,平均每年节约外汇上百亿元。同时,高压IGBT产业化的实现,为国内打造一个IGBT技术研发与产业化的创新中心,形成高压IGBT产业集群。

经审阅该项目推荐书及附件材料,确认材料真实有效,相关条目均符合填写要求。我单位和项目完成单位都已对该项目拟推荐情况进行公示无异议。

推荐该项目为国家科学技术进步奖 一 等奖。

三、    项目简介

绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为电能转换与传输的“CPU”,是“高效、绿色、智能”电力电子技术的核心,是高端装备制造业的基础,是国防现代化和国家安全的重大战略需求。我国IGBT尤其是高压IGBT技术与产品长期被外国公司垄断,随着国内轨道交通、智能电网、新能源汽车等产业蓬勃发展,对IGBT的需求日益迫切,研发自主IGBT技术并实现产业化迫在眉睫。

项目自主设计并建造了全球首条8英寸高压IGBT芯片专业生产线,攻克了高压IGBT制造关键技术和成套工艺,实现了1700V-6500V 系列IGBT芯片的产业化,取得以下创新:

1.针对IGBT深结、厚膜、深槽、片薄的特点以及8英寸IGBT薄片加工难题,研发了8英寸IGBT芯片关键制造技术,包括:

1)突破高能质子注入、低温退火缓冲层技术,解决了高温激活导致的应力问题,实现了多重受控软穿通结构;

2)首创双阱推结、多晶硅氧化与等离子刻蚀相结合的全自对准工艺技术,实现了低漏电侧墙和体内载流子的有效调控;开发了半绝缘多晶硅(SIPOS)薄膜覆盖终端结钝化保护技术,通过调控多晶硅氧含量和薄膜晶体结构,改善了芯片漏电及终端可靠性;

3)创建了低应力厚铜金属化制造技术,解决了铜沾污和非对称铜金属化导致的晶圆翘曲的难题。

2、建成世界上第一条8英寸高压IGBT芯片专业生产线,实现了自主产权的DMOS+平面栅IGBT和TMOS+沟槽栅IGBT全套工艺技术的突破。率先实现高压IGBT从6英寸到8英寸的技术跨越,构建了8英寸高压IGBT全套工艺,建立增强型平面栅(DMOS+)与沟槽栅(TMOS+)技术体系。

3、实现1700V-6500V IGBT量产,芯片合格率高于90%。攻克了8英寸高压IGBT芯片良率与均匀性控制难题,建立了过程控制、缺陷控制等全套监控体系,提升片内、片间及批次间的性能稳定性和均匀性。

该项目已申请发明专利88项,其中已授权发明专利28项,发表论文50余篇,项目技术打破国外技术垄断,成功打造国内IGBT“芯片—模块—装置—应用”的完整产业链,推动了我国IGBT产业从无到有、从弱到强,实现跨越发展。项目量产的1700V-6500V IGBT产品广泛应用于轨道交通、柔性直流输电、新能源汽车等领域,近三年,IGBT牵引变流器共装机车314台、地铁50列,IGBT牵引变流器共实现销售132832.47万元,新增利润13005.69万元。同时,IGBT产品开始批量进入国际市场,为我国高铁、智能电网等高端装备“走出去”战略提供强有力的支撑。此外,项目突破高压IGBT关键技术,带动了国内IGBT市场竞争格局的变化,国外产品垄断地位被打破,致使国外品牌IGBT产品连年屡次降价,国内进口的IGBT平均价格下降了1/3,平均每年节约采购成本数十亿元。本项目科技成果被鉴定为国际领先水平,获中国电子学会科技进步一等奖、中国电工学会科学技术一等奖、中国铁道学会科技进步特等奖等。

四、    客观评价

1、2017年科技成果鉴定

鉴定名称:自主化8英寸高压IGBT制造工艺研究及产业化

鉴定单位:中国电子学会

鉴定委员会专家组:李立浧、桂卫华、刘友梅、汤广福、李云岗、刘新宇、刘元安、张波、温旭辉

鉴定意见:该项目“技术打破国外技术垄断,并建成了世界上第一条8英寸高压IGBT专业生产线,打造国内IGBT‘芯片—模块—装置—应用’的完整产业链,推动了我国IGBT产业从无到有、从弱到强,实现跨越发展。整体技术处于国际领先水平,一致同意通过科技成果鉴定”。

2、2012年科技成果鉴定

鉴定名称:轨道交通用3300V等级IGBT芯片研制及其应用

鉴定单位:湖南省科技厅

鉴定委员会专家组:刘友梅、钱佩信、肖向锋、郭其一、桂卫华、罗安、刘新宇、杨颖、盛金龙

鉴定意见:该项目“提出高压IGBT/FRD芯片边缘‘环+区’混合设计结构及制造工艺、提出U型槽发射极金属电极结构及其自对准工艺、提出独特的多晶硅氧化+等离子腐蚀工艺的多晶硅栅侧墙结构、提出P阱侧翼掺杂结构”。鉴定委员会一致认定“该项成果达到国际先进水平…填补国内高压大功率IGBT芯片技术的空白,并已在轨道交通实现批量应用。同意通过科技成果鉴定”。

3、国家发改委装备制造业产业结构调整专项项目验收

项目名称:大功率半导体器件IGBT产业化建设项目

验收结论:“大功率半导体器件IGBT产业化建设项目已按照批准内容和投资规模完成。新建厂房和新增主要设备均已投入使用并转为固定资产,全部竣工图纸、技术资料已归档,环保、安全、职业卫生、消防等方面已通过专项评估验收,并通过了生产运行考验,具备达纲能力,建设水平基本实现预期。验收委员会同意该项目通过竣工验收。”

4、重要科技奖励

(1)项目名称:牵引传动用高压IGBT研究开发与应用推广

奖项:2014中国铁道学会科学技术特等奖

(2)项目名称:高压高功率密度IGBT芯片和模块研究开发及其应用

奖项:2014中国电子学会科技进步一等奖

(3)项目名称:轨道交通用3300V IGBT芯片开发及其应用推广

奖项:2013中国电工学会科学技术一等奖

五、    推广应用情况

通过本项目发明、自主研制并批量制造出的高压高电流密度IGBT芯片,具有很好的芯片均匀性和成品率,量产的芯片平均成品率稳定在90%以上。

装有自主高压高电流密度IGBT模块的变流器均经过严格测试,自2012年起成功在轨道交通等领域考核应用。其中,1200A/3300V IGBT模块在7200kW电力机车获得实际应用,已在铁路机车上实现批量装车运行,达到国外产品先进水平,累计实现装车300余台;1500A/3300V IGBT模块在7200kW/9600kW机车获得批量应用,安康、兰州机务段累计装车100余台;800A/3300V IGBT模块应用在国内多个城市地铁上,最长安全运行里程超60万公里,累计实现装车200余列;6500V IGBT模块已开始在中国高铁考核试验。

以上共计实现装车近600台(列),且逐步在国内外高压变频、工业变流、柔性直流输电等应用领域实现应用推广,截至目前,装有自主IGBT模块的变流器累计实现销售收入逾10亿元,取得了良好的应用业绩。

六、    主要知识产权证明目录

 

 

知识产权类别

 

 

知识产权具体名称

 

 

国家

(地区)

 

 

授权号

 

 

授权日期

 

 

权利人

 

 

发明人

 

 

发明专利有效状态

 

 

发明专利

 

 

一种单片集成IGBT和FRD的半导体器件

 

 

中国

 

 

201010557246.0

 

 

2013-4-24

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

丁荣军;刘国友;覃荣震;黄建伟;罗海辉

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

一种智能功率装置

 

 

中国

 

 

201110053781.7

 

 

2013-6-12

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

丁荣军;覃荣震;忻兰苑;黄建伟;罗海辉;刘国友

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

一种逆导IGBT芯片及其制备方法

 

 

中国

 

 

201310228700.1

 

 

2015-07-15

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

刘国友;覃荣震;黄建伟

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

功率半导体芯片的铜金属化结构及其制作方法

 

 

中国

 

 

201410213221.7

 

 

2016-06-29

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

刘国友;覃荣震;黄建伟

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

功率半导体芯片的铜金属化结构及其制作方法

 

 

中国

 

 

201410213230.6

 

 

2016-11-30

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

刘国友;覃荣震;黄建伟

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

功率半导体芯片的铜金属化结构及其制作方法

 

 

中国

 

 

201410213313.5

 

 

2016-6-15

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

刘国友;覃荣震;黄建伟

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

一种沟槽栅IGBT芯片

 

 

中国

 

 

201410421724.3

 

 

2017-2-8

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

刘国友;覃荣震;黄建伟

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

一种功率半导体模块

 

 

中国

 

 

201110224016.7

 

 

2014-4-30

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

刘国友;覃荣震;黄建伟

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

一种沟槽栅型IGBT芯片制作方法

 

 

中国

 

 

201210520702.3

 

 

2015-4-15

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

刘国友;覃荣震;黄建伟

 

 

有效专利

 

 

发明专利

 

 

一种沟槽栅IGBT芯片

 

 

中国

 

 

201410473229.7

 

 

2017-7-21

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

刘国友;覃荣震;黄建伟

 

 

有效专利

 

 

七、    主要完成人情况

 

 

姓名

 

 

排名

 

 

行政职务

 

 

技术职称

 

 

工作单位

 

 

完成单位

 

 

主要贡献

 

 

丁荣军

 

 

1           

 

 

董事长

 

 

研究员级高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

项目总负责人

 

 

刘国友

 

 

2           

 

 

副总工

 

 

教授级高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

项目技术负责人

 

 

罗海辉

 

 

3           

 

 

副总经理

 

 

教授级高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

8英寸线关键技术、成套工艺开发

 

 

黄建伟

 

 

4           

 

 

副总工

 

 

教授级高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

工艺总体方案

 

 

覃荣震

 

 

5           

 

 

主管

 

 

高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

IGBT芯片设计

 

 

彭华文

 

 

6           

 

 

副总经理

 

 

高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

8寸线项目建设

 

 

潘昭海

 

 

7           

 

 

副主任

 

 

工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

设备技术负责人

 

 

舒丽辉

 

 

8           

 

 

总经理顾问

 

 

高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

建设项目协调

 

 

吴煜东

 

 

9           

 

 

总经理

 

 

高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

芯片封装、测试方案

 

 

周洲

 

 

10       

 

 

部长

 

 

工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

芯片生产负责

 

 

黄蓉

 

 

11       

 

 

副总经理

 

 

高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

芯片制造负责人

 

 

戴小平

 

 

12       

 

 

副总经理

 

 

高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

芯片技术研究

 

 

江冰松

 

 

13       

 

 

部长

 

 

高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

8英寸线设备方案

 

 

李杨

 

 

14       

 

 

副总工

 

 

教授级高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

厂务技术

 

 

张泉

 

 

15       

 

 

芯片设计工程师

 

 

高级工程师

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

半导体事业部

 

 

株洲中车时代电气股份有限公司

 

 

芯片工艺研究

 

 

八、    主要完成单位及创新推广贡献

完成单位:株洲中车时代电气股份有限公司

创新推广贡献:

完成单位自2010年以来,在IGBT技术研发方面持续投入,截止2017年IGBT研发费用共计投入超30000万元;在掌握了具有自主知识产权的高压IGBT制造技术后,完成单位利用自身产业优势,积极推进自主IGBT应用,实现量产并在轨道交通等领域上获得批量应用,累计装车600余台(列),产品运行安全可靠。IGBT牵引变流装置销售收入超10亿元,取得良好的应用业绩与经济效益。项目申请88项发明专利,获授权发明专利28项,发表论文50余篇,培养并形成了一支400余人的高学历、多学科且具有丰富经验的国家级IGBT创新团队。

九、    完成人合作关系说明

以下为项目第一完成人对完成人合作关系的介绍:

2008年,本人开始着手组织技术及管理团队从事IGBT的技术研发与产业化。当年,公司委派刘国友、罗海辉、黄建伟、覃荣震等多名工程师赴英国从事IGBT技术开发。2009年,在02专项支持下,公司将IGBT封装技术引入国内,建成一条大功率IGBT封装线,吴煜东任副总指挥;2010年,刘国友在英国依托国内工程师团队,组建了功率半导体研发中心,负责8英寸IGBT产业线支撑技术的研发突破。不久,依托突破的新技术,团队开发出多款产品,并在自有产业应用平台上实现批量应用。2012年,考虑到国内IGBT巨大的潜力市场我们国内和英国子公司团队均同意利用国内市场机遇,积极扩大IGBT产业。于是,本人组织彭华文、舒丽辉、吴煜东、黄蓉等人员设立IGBT产业化建设项目专项工作组,开启了IGBT在中国的产业化之路。彭华文任项目建设总指挥、舒丽辉任副总指挥,李杨、潘昭海、江冰松负责厂务及设备调研与建设,周洲负责生产管理、前期赴英工作的刘国友、罗海辉、黄建伟、覃荣震、张泉等作为产业线建设的技术骨干。其中,刘国友为技术总负责,罗海辉负责8英寸线关键技术、成套工艺开发、黄建伟负责工艺总体方案,戴小平、覃荣震、张泉等人分别负责不同的具体技术。因为有之前的经验,吴煜东在8英寸线建设项目中仍负责封装及测试方案方面工作。2014年6月20日,在团队集体的努力和辛劳付出下,国内首只8英寸IGBT晶圆顺利下线,并且受到媒体的热捧和国内外的高度关注。从此,我国真正意义上拥有了IGBT国产化成套技术。如今,基于国内8英寸IGBT线的许多高压IGBT产品已广泛应用于机车、地铁等众多领域并着手开始向更多应用行业推广。

2012年,“轨道交通用3300V等级IGBT芯片研制及其应用”项目通过科学技术成果鉴定(湘科鉴字[2012]第61号),由刘国友、黄建伟、覃荣震、舒丽辉、吴煜东、罗海辉、张泉、周洲等共同合作完成。

2017年,“自主化8英寸高压IGBT制造工艺研究及产业化”项目通过科学技术成果鉴定(鉴字[2017]第47号),由丁荣军、刘国友、罗海辉、黄建伟、覃荣震、彭华文、潘昭海、舒丽辉、吴煜东、周洲、黄蓉、戴小平、江冰松、李杨、张泉等共同合作完成。

 

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