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浅谈半导体IGBT发展及国内产业链市场需求分析

IGBT为垂直导电大功率器件它是由BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件,同时继承了这两种功率半导体的优点:驱动功率小且饱和电压低,适用于高压、大电流领域;也是现在功率半导体的主流。

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IGBT是国家「02专项」的重点扶持项目被称为电力电子行业里的「CPU」其直接控制直、交流电的转换,决定了驱动系统的扭矩,以及输出功率;从功能上来说,IGBT就是一个电路开关,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上的;被广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等领域。

自上世纪80年度IGBT开启工业化应用以来,IGBT技术经历了丰富的技术演变,涌现出七代不同的IGBT技术方案;其主要从三方面发展演变:器件纵向结构,栅极结构以及硅片的加工工艺。

(图片来源:无版权图库)

多年以来,IGBT技术改进的追求的目标是:

1、减小通态压降。达到增加电流密度、降低通态功率损耗的目的。

2、降低开关时间,特别是关断时间。达到提高应用时使用频率、降低开关损耗的目的。

3、组成IGBT的大量“原胞”在工作时是并联运行,要求每个原胞在工作温度允许范围内 温度变化时保持压降一致,达到均流目的。否则会造成IGBT器件因个别原胞过流损坏而损坏。

4、提高断态耐压水平,以满足应用需要。

在众多IGBT产品当中,根据封装的复杂程度可以分为四种产品:

(切块)1.由晶圆切割而成的IGBT裸片DIE:将一片晶圆进行工艺加工可以生产出许多颗裸片,英文称作DIE。

(单独)2.由单颗DIE封装而成的IGBT分立器件:DIE会对应不同的封装形式,一种就是比较常用的针对中小功率用分立器件,里面只封装一颗 DIE 。封装对应电流能力较小,它适用在消费、工业家电这种领域比较多。

(合体)3.由多颗DIE并联封装而成的IGBT模块:功率更大、散热能力更强的、适用于高压大功率平台的IGBT模块。现在新能源汽车、主流光伏、高铁、电力传输比较多的大功率场合都是用这种模块。

(图片来源:无版权公开图库)

(加料)4.在IGBT模块外围增加其他功能的智能功率模块(IPM):把IGBT模块加上外面的组件、散热器、电容,就可以组成一个功能较为复杂的智能功率模块(简称IPM)。

随着全球制造业向中国的转移,中国已逐渐成为全球大的IGBT消费市场。

作为半导体功率器件中有潜力的IGBT,当前市场规模正快速增长。尤其在国内供应链安全时常受威胁的背景下;我国还没有一个厂家能够实现6500V IGBT芯片本土产业化;我国的功率半导体技术包括芯片设计、制造和模块封装技术目前都还处于起步阶段。

为了实现自主可控,国产厂商正在开始推进IGBT的国产化;2015年,由我国自主研发的IGBT变流器出口海外市场,夺得了印度100辆机车的订单。

短短3年时间,国产IGBT在功率器件的市场占有率从零一下攀升至60%,并且以每年200%的销售业绩增长,统一后的高铁标准动车组将全部采用IGBT“中国芯”。

目前,随着新能源汽车的高速发展,igbt和frd等功率半导体器件的需求也越来越大;当下,新能源汽车行业临近拐点之年,高端车与低端车双双加速放量,预计2025年销量有望达505万辆。在新能源汽车等下游应用市场蓬勃发展的拉动下, IGBT供不应求;

IGBT大约占电机驱动系统成本的一半,占到整车成本的5%是整部电动车成本第二高的元件(成本第一高的是电池)。毫不夸张地说,是电动车领域的“核心技术”

在光伏领域应用情况,光伏逆变器分为分布式和集中式,分布式中功率相对较低的场景如入户式、微逆中IGBT单管用的较多,集中式逆变器和高功率分布式中常用的是IGBT模块。

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台湾茂硅晶圆及生产代工厂推出了几款适用于中压范围6寸晶圆片;与行业同类产品相比,温升更低、可靠性更高。

由工采网代理的台湾茂硅生产的IGBT晶圆FS工艺6寸IGBT晶圆片P81MV022NL0013P、P81MV020NL0011P、P81MV023NL0014P这三款主要有以下特性:

1、1200V壕沟和现场停止技术 2、低开关损耗 3、正温度系数 4、简易平行)可应用于中等功率驱动器;不间断电源。

台湾茂矽IGBT产品已经逐步进入新能源汽车、充电桩、电池管理以及光伏逆变器等领域,并受到客户青睐,拥有一整套完整的解决方案,欢迎联系客服。

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