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admin admin ⋅ 2019-11-09 08:05:37

来历 | 中投证券、ittbank

IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由 BJT(双极结型晶体三极管) 和 MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器材,其具有自关断的特征。简略讲,是一个非通即断的开关,IGBT没有扩大电压的功用,导通时能够看做导线,断开时作为开路。IGBT交融了BJT和MOSFET的两种器材的长处,如驱动功率小和饱满压下降一级。

IGBT模块是由IGBT与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品,具有节能、设备修理便利、散热安稳等特色。

IGBT是动力转化与传输的中心器材,是电力电子设备的“CPU” 。选用IGBT进行功率改换,能够进步用电功率和质量,具有高效节能和绿色环保的特色,是处理动力缺少问题和下降碳排放的要害支撑技能。

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IGBT是以GTR为主导元件,MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器材。其外部有三个电极,分别为G-栅极,C-集电极,E-发射极。

在IGBT运用过程中,能够通过操控其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的巨细,然后完成对IGBT导通/关断/阻断状况的操控。

1)当IGBT栅-射极加上加0或负电压时,MOSFET内沟道消失,IGBT呈关断状况。

2)当集-射极电压UCE<0时,J3的PN结处于反偏,IGBT呈反向阻断状况。

3)当集-射极电压UCE>0时,分两种状况:

②若栅-射极电压UGE<Uth,沟道不能构成,IGBT呈正向阻断状桑姆液态。

②若栅-射极电压UGE>Ut非人类孵蛋攻略h ,栅极沟道构成,IGBT呈导通状况(正常作业)。此刻,空穴从P+区注入到N基区进行电导调制,削减N基区电阻RN的值,使IGBT通态压降下降。

IGBT各代代的技能差异

回忆功率器材曩昔几十年的开展,1950-60年代双极型器材SCR,GTR,GTO,该时段的产品通态电阻很小;电流操控,操控电路杂乱且功耗大;1970年代单极型器材VD-MOSFET。但跟着终端运用的需求,需求一种新功率器材能一起满意:驱动电路简略,以下降本钱与开关功耗、通态压降较低,以减小器材本身的功耗。1980年代初,企图把MOS与BJT技能集成起来的研讨,导致了IGBT的创造。

1985年前后美国GE成功试制工业样品(惋惜后来抛弃)。自此以后, IGBT首要阅历了6代技能及工艺改善。

从结构上讲,IGBT首要有三个开展方向:

1)IGBT纵向结构:非通明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、通明集电区NPT型和FS电场截止型;

2)IGBT栅极结构:平面栅组织、Trench沟槽型结构;

3)硅片加工工艺:外延成长技能、区熔硅单晶;

其开展趋势是:①下降损耗 ②下降生产本钱

总功耗= 通态损耗 (与饱满电压 VCEsat有关)+开关损耗 (Eoff Eon)。同一代技能中通态损耗与开关损耗两者彼此对立,互为甘旨速递,倚天屠龙记演员表-ope体育官网注册账号_opebet体育官网app_ope体育官网消长。

IGBT模块按封装工艺来看首要可分为焊接式与压接式两类。高压IGBT模块一般以规范焊接式封装为主,中低压IGBT模块则呈现了许多新技能,如烧结替代焊接,压力触摸替代引线键合的压接式封装工艺。

跟着IGBT芯片技能的不断开展,芯片的最高作业结温与功率密度不断进步, IGBT模块技能也要与之相适应。未来IGBT模块技能将环绕 芯片反面焊接固定 与 正面电极互连 两方面改善。模块技能开展趋势:

  • 无焊接、 无引线键合及无衬板/基板封装技能;

  • 内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功用元件,不断进步IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。

无焊接、 无引线键合及无衬板/基板封装技能;

内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功用元件,不断进步IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。

IGBT的首要运用范畴

作为新式功率半导体器材的干流器材,IGBT已广泛运用于工业、 4C(通讯、计算机、消费电子、轿车电子)、航空航天、国防军工等传统工业范畴,以及轨道交通、新动力、智能电网、新动力轿车等战略性新兴工业范畴。

1)新动力轿车

IGBT模块在电动轿车中发挥着至关重要的效果,是电动轿车及充电桩等设备的中心技能部件。IGBT模块占电动轿车本钱将近10%,占充电桩本钱约20%。IGBT首要运用于电动轿车范畴中以下几个方面:

A)电动操控系统 大功率直流/沟通(DC/AC)逆变后驱动轿车电机;

B)车载空调操控系统 小功率直流/沟通(DC/AC)逆变,运用电流较小的IGBT和FRD;

C)充电桩 智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件运用;

2)智能电网

IGBT广泛运用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端:

  • 从发电端来看,风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需求运用IGBT模块。

  • 从输电端来看,特高压直流输电中FACTS柔性输电技能需求许多高佑石运用IGBT等功率器材。

  • 从变电端来看,IGBT是电力电子变压器(PET)的要害器材。

  • 从用电端来看,家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有许多的需求。

从发电端来看,风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需求运用IGBT模块。

从输电端来看,特高压直流输电中FACTS柔性输电技能需求许多运用IGBT等功率器材。

从变电端来看,IGBT是电力电子变压器(PET)的要害器材。

从用电端来看,家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有许多的需求。

3)轨道交通

IGBT器材已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅佐变流器的干流电力电子器材。沟通传动技能是现代轨道交通的中心技能之一,在沟通传动系统中甘旨速递,倚天屠龙记演员表-ope体育官网注册账号_opebet体育官网app_ope体育官网牵引变流器是要害部件,而IGBT又是牵引变流器最中心的器材之一。

IGBT国内外商场规模

2015年世界IGBT商场规模约为48亿美元,估计到2020年商场规模能够到达80亿美元,年复合增长率约10%。2014年国内IGBT销售额是88.7亿元,约占全球商场的1∕3。估计2020年我国IGBT商场规模将超200亿元,年复合增长率约为15%。

从公司来看,国外研制IGBT器材的公司首要有英飞凌、 ABB、三菱、西门康、东芝、富士等。我国功率半导体商场占世界商场的50%以上,但在中高端MOSFET及IGBT干流器材商场上,90%首要依靠进口,根本被国外欧美、日本企业独占。

国外企业如英飞凌、 ABB、三菱等厂商研制的IGBT器材产品标准包含电压600V-6500V,电流2A-3600A,已构成完善的IGBT产品系列。

英飞凌、 三菱、 ABB在1700V以上电压等级的工业IGBT范畴占肯定优势;在3300V以上电压等级的高压IGBT技能范畴简直处于独占位置。在大功率沟槽技能方面,英飞凌与三菱公司处于世界领先水平。

西门康、仙童等在1700V及以下电压等级的消费IGBT范畴处于优势位置。

虽然我国具有最大的功率半导体商场,可是现在国内功率半导体产品的研制与世界大公司比较还存在很大距离,特别是IGBT等高端器材距离愈加显着。中心技能均把握在发达国家企业手中,IGBT技能集成度高的特色又导致了较高的商场集中度。跟国内厂商比较,爱上了妹妹英飞凌、 三菱和富士电机等世界厂商占有肯定的商场优势。构成这种局势的原因首要是:

  • 世界厂商起步早,研制投入大,构成了较高的专利壁垒。

  • 国外高端制作业水平比国内要高许多,必定程度上支撑了世界厂商的技能优势

世界厂商起步早,研制投入大,构成了较高的专利壁垒。

国外高端制作业水平比国内要高许多,必定程度上支撑了世界厂商的技能优势

我国功率半导体工业的开展有必要改动现在技能处于下风的局势,特别是要在工业链上游层面获得打破,改动现在功率器材范畴封装强于芯片的现状甘旨速递,倚天屠龙记演员表-ope体育官网注册账号_opebet体育官网app_ope体育官网。

总的来说,在技能距离方面有:高铁、智能电网、新动力与高压变频器等范畴所选用的IGBT模块标准在6500V以上,技能壁垒较强;IGBT芯片规划制作、模块封装、失效剖析、测验等IGBT工业中心技能仍把握在发达国家企业手中。

近几年我国IGBT工业在国家方针推进及商场牵引下得到迅速开展,已构成了IDM形式和代工形式的IGBT完好工业链,IGBT国产化的进程加速,有望脱节进口依靠。

获益于新动力轿车、轨道交通、智能电网等各种利好办法,IGBT商场将引来爆发点。期望国产IGBT企业能从中兴起。

国外IGBT工业链首要厂商

纵观全球商场,IGBT首要供应厂商根本是欧美及日本几家公司,它们代表着现在IGBT技能的最高水平,包含德国英飞凌、瑞士ABB、美国IR、飞兆以及日本三菱、东芝、富士等公司。其IGBT技能根本开展到第六代技能产品,IGBT产品覆盖了600-6500V/2-3600A全线产品。在高电压等级范畴(3300V以上)更是完全由英飞凌、ABB、三菱三大公司所操控,在大功率沟槽技能方面,英飞凌与三菱公司处于世界领先水平。

国内IGBT工业链首要厂商

1、株洲中车年代电气

类型:IDM

首要产品及服务:1200V-6500V高压模块,国内仅有自主把握了高铁动力IGBT芯片及模块技能的企业

官网:http://www.timeselectric.cn/

类型:IDM

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2、深圳比亚迪

类型:IDM、模组

首要产品及服务:工业级IGBT模块、轿车级IGBT模块(新动力车用与上海先进协作)、600V IGBT单管、IGBT驱动芯片

官网:http://www.byd.cn/

类型:IDM、模组

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官网:http://www.byd.cn/

3、杭州士兰微

类型:IDM

首要产品及服务:300-600V穿通型IGBT工艺,1200V非穿通型槽栅IGBT工艺,面向五华县横陂中学电焊机、变频器、光伏逆变器、电机逆变器、UPS电源、家电、消费电子

官网:http://www.silan.com.cn/

类型:IDM

首要产品及服务:300-600V穿通型IGBT工艺,1200V非穿通型槽栅IGBT工艺,面向电焊机、变频器、光伏逆变器、电机逆变器、UPS电源、家电、消费电子

官网:http://www.silan.com.cn/

4、吉林华微

类型:IDM

首要产品及服务:3英寸、4英寸、5英寸与6英寸等多条功率半导体分立器材及IC芯片生产线,运用于逆变器、电磁炉、UPS电源

官网:http://www.hwdz.com.cn/

类型:IDM

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官网:http://www.hwdz.com.cn/

5、重庆中航微电子

类型:IDM

首要产品及服务:1200V/20-50A IGBT功率模块

官网:http://www.skysilicon.com/

类型:IDM

首要产品及服务:1200V/20-50A IGBT功率模块

官网:http://www.skysilicon.com/

6、天津中环股份

类型:IDM

首要产品及服务:用于消费电子IGBT现已量产,高电压IGBT还在研制,节能型功率器材可用于充电桩

官网:http://www.tjsemi.com/

类型:IDM

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官网:http://www.tjsemi.com/

7、西安永电(我国北车子公司)

类型:模块

首要产品及服务:1200V-6500V/75A-2400A高压模块,首要面向轨道交通、智能电网等高压范畴

官网:http://www.xayonge.com.cn/

类型:模块

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官网:http://www.xayonge.com.cn/

8、西安爱一夏欢悦帕克

类型:模块

首要产品及服务:600V-1200V/50A-400A模块

官网:http://www.irperi.com/

类型:模块

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官网:http://www.irperi.com/

9、威海新佳

类型:模块

首要产品及服务:1200V/50A-300A模块,运用于AC和DC电机操控、变频器、UPS等范畴

官网:http://www.singa.cn/

类型:模块

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官网:http://www.singa.cn/

10、江苏宏微

类型:模块

首要产品及服务:600V-1200V/15A-60A单管、600-1700/15-800A模块,运用于特种电源、电焊机、UPS、逆变器、变频器等范畴

官网:http://www.macmicst.com/

类型:模块

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官网:http://www.macmicst.com/

11、嘉兴斯达

类型:模块、规划

首要产品及服务:600V-3300V/1800A-3700A模块

官网:http://www.powersemi.cc/

类型:模块、规划

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12、南京银茂

类型:模块、规划

首要产品及服务:600V-1700V/15A-200A模块,运用于工业变频、新动力、电源配备等

官网:http://www.njsme.com/

类型:模块、规划

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13、无锡中科君芯

类型:规划

首要产品及服务:国内仅有全面把握650V-6500V全电压段手枪党IGBT芯片技能企业,面向电磁感应加热、变频家电、逆变焊机、工业变频器、新动力等范畴

官网:http://www.cas-junshine.com/

类型:规划

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14、西安芯派

类型:规划 甘旨速递,倚天屠龙记演员表-ope体育官网注册账号_opebet体育官网app_ope体育官网

首要产品及服务:650V-1700V/80古拉琪艾丝A-600A于港妹 IGBT,运用于电源办理、电池办理、电机操控及充电桩等范畴

官网:http://www.semipower.com.cn/

类型:规划

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官网:http://www.semip辱母案通过ower.com.cn/

15、吉林华微斯帕克

类型:规划

首要产品及服务:智能功率模块及大功率IGBT模块

类型:规划

首要产品及服务:智能功率模块及大功率IGBT模块

16、宁波达新

类型:规划

首要产品及服务:单管、模块、面向逆变焊机、工业范畴、白色家电、充电桩、UPS电源、光伏逆变器、空调、电磁感应加热

官网:http://www.daxin-semi.com/

类型:规划

首要产品及服务:单管、模块、面向逆变焊机、工业范畴、白色家电、充电桩、UPS电源、光伏逆变器、空调、电磁感应加热

官网:http://www.daxin-semi.com/

17、无锡同方微

类型:规划

首要产品及服务:600V/1200V/1350V,用于交/直流驱动、不间断电源、电磁炉、通用逆变器、开关和共振形式电源供应等

官网:http://www.tsinghuaicwx.com/

类型:规划

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官网:http://www.tsinghuaicwx.com/

18、无锡新洁能

类型:规划

首要产品及服务:Trench NPT/Trench FS工艺,1200V/1350V;适宜于电磁加热等各类软开关运用

官网:http://www.ncepower.com/

类型:规划

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官网:http://www.ncepower.com/

19、上海金芯微电子

类型:规划

首要产品及服务:面向电磁炉范畴

类型:规划

首要产品及服务:面向电磁炉范畴

20、山东科达

类型:规划

首要产品及服务:600V、1200V单管、模块,运用于电磁炉、小功率逆变器、逆变焊机、无刷马达操控器、UPS、开关电源、液晶电视及显示器、太阳能运用等范畴

官网:http://www.keda-group.com/

类型:规划

首要产品及服务:600V、1200V单管、模块,运用于电磁炉、小功率逆变器、逆变焊机、无刷马达操控器、UPS、开关电源、液晶电视及显示器、太阳能运用等范畴

官网:http://www.keda-group.com/

21、上海华虹宏力

类型:芯片制作

首要产品及服务:具有600V-1200V Trench FS及1700V Trench NPT工艺;3300V-6500V高压芯片工艺正在研制

官网:http://www.huahonggrace.com/

类型:芯片制作

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官网:http://www.huahonggrace.com/

22、上海先进

类型:芯片制作

首要产品及服务:为英飞凌代工

官网:http://吞天猿www.asmcs.com/

类型:芯片制作

主福里普星人要产品及服务:为英飞凌代工

官网:http://www.asmcs.com/

23、深圳方正微

类型:芯片制作

首要产品及服务:供给劳绩分立器材IGBT晶圆制作技能

官网:http://www.founderic.com/

类型:芯片制作

首要产品及服务:提甘旨速递,倚天屠龙记演员表-ope体育官网注册账号_opebet体育官网app_ope体育官网供劳绩分立器材IGBT晶圆制作不要啊师傅技能

官网:http://www.foun鹿晗父亲鹿兆许材料deric.com/

24、上海中芯世界

类型:芯片制作

首要产品及服务:代工厂

官网:http://www.smics.com/

类型:芯片制作

首要产品及服务:代工厂

官网:http://www.smics.com/

25、无锡华润上华

类型:芯片制作

首要产品及服务:1200V phanar NPT IGBT工艺

官网:http://www.csmc.com.cn/

类型:芯片制作

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