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IGBT的前世今生,靠啥成为电力电子行业的“CPU”

2016/11/11
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一谈起 IGBT半导体制造的人都以为不就是一个分立器件嘛,有些瞧不上眼。然而它是目前功率电子器件里技术最先进的产品,其应用非常广泛,小到电磁炉、大到飞机船舶、轨道交通、新能源汽车智能电网等战略性产业,被称为电力电子行业里的“CPU”。

  

什么是 IGBT

绝缘栅双极型晶体管,是由 BJT(双极型三极管)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件, 兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。

  

Development 发展

1982 年美国 RCA 公司和 GE 公司先后发明了 IGBT。1985 年日本东芝开始了抗闩锁效应的 IGBT 商业化生产,1988 年美国 IR 公司推出了系列化的 IGBT 产品。由于它的开关速度快,且没有传输效率损失,立刻就引起了业界的青睐。在近 30 年的发展,IGBT 产品已经进入第六代、第七代,电压也从起初的上百伏做到了几千伏。

  

根据市场调研机构 Yole 的报告显示,全球 IGBT 市场规模在未来几年时间将继续保持稳定的增长势头,市场规模至 2018 年将达到 60 亿美元的数值。 在产品分布上,虽然 600~900V 的 IGBT 是目前市场上的主流产品,但伴随着轨道交通、再生能源、工业控制等行业市场在近几年内的高速成长,对更高电压应用的 IGBT 产品(1200V~6500V)提出了强烈的需求。

  

2014 年全球 IGBT 市场规模为 38.45 亿美元,预计到 2020 年市场规模达 65 亿美元,年复合成长为 9%

  

  

中国 IGBT 增长空间非常大, 2014 年 IGBT 的销售额是 88.7 亿元,约占全球市场的 1∕3。预计到 2020,中国 IGBT 将超 180 亿元,年复合成长率为 13%。

  

  

MainstreamIGBT 主流厂商

英飞凌

地区:德国

  

主要产品及服务:IGBT 裸片、IGBT 模块、汽车级别的 IGBT、IGBT 堆栈和 IGBT 组件、IGBT Discretes。

  

ABB

地区:瑞士

  

主要产品及服务:额定电压 1200 伏特的产品组装后的功率变流器,应用领域包括工业传动,太阳能,电池组备用系统(不间断电源系统 UPS)以及电力机车。

  

飞兆(被 ON 收购)

地区:美国

  

主要产品及服务:按照工艺技术划分,包括 300V 到大于 1200V。主要应用于开关模式电源。

  

三菱

地区:日本

  

主要产品及服务:主要应用在白色家电、工业控制、轨道交通、智能电网、绿色能源等多种领域。

  

东芝

地区:日本

  

主要产品及服务:400-1800V IGBT,应用于电磁炉。

  

富士

地区:日本

  

主要产品及服务:富士电机开发了 IGBT 模块作为电动机的可变速驱动装置或不间断电源装置等的电力转换器的开关元件。

  

株洲中车时代电气

地区:株洲

  

主要产品及服务:1200V-6500V 高压模块,国内唯一自主掌握了高铁动力 IGBT 芯片及模块技术企业。

深圳比亚迪

地区:深圳

  

主要产品及服务:工业级 IGBT 模块、汽车级 IGBT 模块(新能源车用与上海先进合作)、600V IGBT 单管、IGBT 驱动芯片

  

 

杭州士兰微

地区:杭州

  

主要产品及服务: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

  

吉林华微

地区:吉林

  

主要产品及服务:3 英寸、4 英寸、5 英寸和 6 英寸等多条功率半导体分立器及 IC 芯片生产线,应用于逆变器、电磁炉、UPS 电源。

  

中航微电子

地区:重庆

  

主要产品及服务:1200V/20-50A IGBT 功率器件。  

  

中环股份

地区:天津

  

主要产品及服务:用于消费电子 IGBT 已经量产,并成功研制出 1200V Trench IGBT,节能型功率器件可用于充电桩

  

中国北车(子公司西安永电)

地区:西安

  

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

  

西安爱帕克

地区:西安

  

主要产品及服务:600V-1200V/50A-400A IGBT 模块。

  

威海新佳

地区:威海

  

主要产品及服务:1200V/50A-300A 模块,应用于 AC 和 DC 电机控制、变频器、UPS 等领域。

  

江苏宏微

地区:常州

  

主要产品及服务:600-1200V/15-60A 单管、600-1700V/15-800A 模块,应用于特种电源、电焊机、UPS、逆变器及变频器等领域。

  

嘉兴斯达

地区:嘉兴

  

主要产品及服务:600V-3300V/1800A-3700A 模块。

  

南京银茂微

地区:南京

  

主要产品及服务:600V-1700V/15A-200A 模块,应用于工业变频、新能源、电源装备等。

  

中科君芯

地区:无锡

  

主要产品及服务:国内唯一全面掌握 650V-6500V 全电压段 IGBT 芯片技术的企业,面向电磁感应加热、变频家电、逆变焊机、工业变频器、新能源等领域。

  

西安芯派

地区:西安

  

主要产品及服务:650-1700V/80-600A IGBT,应用于电源管理电池管理、电机控制及充电桩等领域。

  

吉林华微斯帕克

地区:吉林

  

主要产品及服务:智能功率模块及大功率 IGBT 模块。

  

宁波达新

地区:余姚

  

主要产品及服务:单管、模块,面向逆变焊机、工业变频、白色家电、充电桩、UPS 电源、光伏逆变器、空调、电磁感应加热。

  

无锡同方微

地区:无锡

  

主要产品及服务:600V/1200V/1350V,用于交 / 直流驱动、不间断电源、电磁炉、通用逆变器、开关和共振模式电源供给等。

  

无锡新洁能

地区:无锡

  

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

  

金芯微电子

地区:上海

  

主要产品及服务:面向电磁炉领域。

  

山东科达

地区:东营

  

主要产品用服务:600V、1200V 单管、模块,应用于电磁户、小功率变频器、逆变焊机、无刷马达控制器、UPS、开关电源、液晶电视及显示器、太阳能应用等领域。

 

上海先进

地区:上海

  

主要产品及服务:为英飞凌代工。

  

深圳方正微

地区:深圳

  

主要产品及服务:提供功率分立器件 IGBT 晶圆制造技术。

 

 

中芯国际

地区:上海

  

主要产品及服务:代工厂。

  

华润上华

地区:无锡

  

主要产品及服务:1200V planar NPT IGBT 工艺。

  

IGBT 主要供应厂商基本是欧美及日本几家公司,它们代表着目前 IGBT 技术的最高水平,包括德国英飞凌、瑞士 ABB、飞兆以及日本三菱、东芝、富士等公司。在高电压等级领域(3300V 以上)更是完全由英飞凌、ABB、三菱三大公司所控制,在大功率沟槽技术方面,英飞凌与三菱公司处于国际领先水平。

 

中国 IGBT 市场竞争格局

  

分类

按电压分类:

300、600、900、1200、1700、3300、6500V 等

  

按芯片技术分:

  

  

封装划分:

(1)单管分立器件:TO-220,TO-247,TO-MAX 等;

  

  

(2)模块:提供绝缘功能,3KV 以上。

 

绝缘材料:A1203、A1N、A1SIC、Be0 等(一般工业用器件采用 A1203、A1N,而航空用器件采用 A1SiC 材料)

 

  

A、有铜底板的模块

  

DCB 的底部被焊接在 2mm 的铜底板上

 

  

B、无铜底板的模块

  

按照内部拓扑分:

  

 

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