在节能环保趋势的推动下，绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）近几年已经成为半导体行业的耀眼明星，广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。
在新能源汽车的控制系统中，IGBT约占整车成本的7-10%，是电池之外成本第二高的元器件，也是决定整车能源效率的关键组件，主要用于电机驱动、发电机、空调部分。在直流充电桩中，IGBT占原材料成本的30%；而电力机车一般需要500个IGBT模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50-80个IGBT模块。
IGBT晶体管结构特点
从结构看，IGBT的输入端为MOSFET结构，输出部分为BIPOLAR结构，属于MOSFET和BIPOLAR的复合体，既是使用电子与空穴两种载体的双极元件，同时也是兼顾低饱和电压（与功率MOSFET的低导通电阻相当）和较快的开关特性的晶体管。只不过，BIPOLAR适用于中速开关，MOSFET则适用于高频领域，IGBT开关特性逊于功率MOSFET。
功率元器件的基本结构与特点
作为一种功率半导体元器件，IGBT在电路中的功能相当于一个用电压控制的电子开关，表现出高耐压、小饱压降，以及节能、安装维修方便、散热稳定等特点，用在电压几十到几百伏量级、电流几十到几百安量级的强电场合。
使用时，一般通过脉冲宽度调制（PWM）的方式控制IGBT开关，将电流从DC转换到AC（电池到电机，驱动电机）或者从AC转化到DC（电机到电池，刹车、下坡时能量回收），给负载使用。因此，IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的CPU。
IGBT应用优势
IGBT最常见的形式其实是模块（Module），而不是单管。其中，空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料。IGBT器件采用同一个制造商、同一技术系列的产品，IGBT模块的技术特性与同等规格的IGBT单管基本相同。
功率半导体的应用范围
IGBT模块的主要优势有以下几个：
（1）多个IGBT芯片并联，IGBT的电流规格更大。
（2）多个IGBT芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，可以减少外部电路连接的复杂性。
（3）多个IGBT芯片处于同一个金属基板上，等于是在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均热板，工作更可靠。
（4）一个模块内的多个IGBT芯片经过了模块制造商的筛选，其参数一致性比市售分立元件要好。
（5）模块中多个IGBT芯片之间的连接与多个分立形式的单管进行外部连接相比，电路布局更好，引线电感更小。
（6）模块的外部引线端子更适合高压和大电流连接。同一制造商的同系列产品，模块的最高电压等级一般会比IGBT单管高1-2个等级，如果单管产品的最高电压规格为1700V，则模块有2500V、3300V乃至更高电压规格的产品。
IGBT技术关键
IGBT目前已经发展到7.5代，第7代由三菱电机在2012年推出，三菱电机目前的水平可以看作7.5代，同时IGBT的下一代SiC技术已经在日本全面普及，无论三菱这样的大厂还是Fuji、Rohm这样的小厂都有能力轻松制造出SiC元件，我国目前停留在第三代水平上，差距在20年以上。
IGBT技术关键发展节点
IGBT的关键有两点，一是散热，二是背板工艺。
IGBT的正面工艺和标准BCD的LDMOS没区别，区别在背面，背面工艺有几点，首先是减薄，大约需要减薄6-8毫米，减得太多容易碎片，减得太少没有效果。接下来是离子注入，注入一层薄磷做缓冲层，第四代需要两次注入磷，本来硅片就很薄了，两次注入很容易碎片。然后是清洗，接下来金属化，在背面蒸镀一层钛或银，最后是Alloy，因为硅片太薄，很容易翘曲或碎片。英飞凌特别擅长减薄技术。
自第六代以后，IGBT自身的潜力已经挖掘的差不多了，大家都把精力转移到IGBT的封装上，也就是散热。这主要有四点：
第一，就是提高IGBT模块内部的导热导电性能、耐受功率循环的能力，IGBT模块内部引线技术经历了粗铝线键合、铝带键合再到铜线键合的过程，提高了载流密度。
第二，新的焊接工艺，传统焊料为锡铅合金，成本低廉、工艺简单，但存在环境污染问题，且车用功率模块的芯片温度已经接近锡铅焊料熔点（220℃）。解决该问题的新技术主要有：低温银烧结技术和瞬态液相扩散焊接。与传统工艺相比，银烧结技术的导热性、耐热性更好，具有更高的可靠性。
瞬态液相扩散焊接通过特殊工艺形成金属合金层， 熔点比传统焊料高，机械性能更好。三菱则使用超声波焊接。
第三，改进DBC和模块底板，降低散热热阻，提高热可靠性，减小体积，降低成本等。以AlN和AlSiC等材料取代DBC中的Al2O3和Si3N4等常规陶瓷，热导率更高，与Si材料的热膨胀系数匹配更好。此外，新型的散热结构，如Pin Fin结构和Shower Power结构， 能够显著降低模块的整体热阻，提高散热效率。
第四，就是扩大模块与散热底板间的连接面积，如端子压接技术。
IGBT的应用领域
在新一代IGBT产品中，SiC（碳化硅）技术已经崭露头角，这是提高新能源汽车效率最有效的技术，效率提高可达10%，其功效“与汽油发动机同等重要。”虽然价格是传统Si产品的6倍，SiC型IGBT在新能源汽车和智能网联汽车中的作用却越来越重要。预计在新能源汽车领域示范应用后，SiC型IGBT将很快推广到其他工业和消费应用中。
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