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IGBT的前世今生,靠啥成為電力電子行業(yè)的“CPU”

原創(chuàng)
2016/11/11
12
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一談起 IGBT,半導(dǎo)體制造的人都以為不就是一個(gè)分立器件嘛,有些瞧不上眼。然而它是目前功率電子器件里技術(shù)最先進(jìn)的產(chǎn)品,其應(yīng)用非常廣泛,小到電磁爐、大到飛機(jī)船舶、軌道交通、新能源汽車(chē)、智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),被稱(chēng)為電力電子行業(yè)里的“CPU”。

  

什么是 IGBT

絕緣柵雙極型晶體管,是由 BJT(雙極型三極管)和 MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR 飽和壓降低,載流密度大,但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET 驅(qū)動(dòng)功率很小,開(kāi)關(guān)速度快,但導(dǎo)通壓降大,載流密度小。

  

Development 發(fā)展

1982 年美國(guó) RCA 公司和 GE 公司先后發(fā)明了 IGBT。1985 年日本東芝開(kāi)始了抗閂鎖效應(yīng)的 IGBT 商業(yè)化生產(chǎn),1988 年美國(guó) IR 公司推出了系列化的 IGBT 產(chǎn)品。由于它的開(kāi)關(guān)速度快,且沒(méi)有傳輸效率損失,立刻就引起了業(yè)界的青睞。在近 30 年的發(fā)展,IGBT 產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入第六代、第七代,電壓也從起初的上百伏做到了幾千伏。

  

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu) Yole 的報(bào)告顯示,全球 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模在未來(lái)幾年時(shí)間將繼續(xù)保持穩(wěn)定的增長(zhǎng)勢(shì)頭,市場(chǎng)規(guī)模至 2018 年將達(dá)到 60 億美元的數(shù)值。 在產(chǎn)品分布上,雖然 600~900V 的 IGBT 是目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品,但伴隨著軌道交通、再生能源、工業(yè)控制等行業(yè)市場(chǎng)在近幾年內(nèi)的高速成長(zhǎng),對(duì)更高電壓應(yīng)用的 IGBT 產(chǎn)品(1200V~6500V)提出了強(qiáng)烈的需求。

  

2014 年全球 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模為 38.45 億美元,預(yù)計(jì)到 2020 年市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 65 億美元,年復(fù)合成長(zhǎng)為 9%

  

  

中國(guó) IGBT 增長(zhǎng)空間非常大, 2014 年 IGBT 的銷(xiāo)售額是 88.7 億元,約占全球市場(chǎng)的 1∕3。預(yù)計(jì)到 2020,中國(guó) IGBT 將超 180 億元,年復(fù)合成長(zhǎng)率為 13%。

  

  

MainstreamIGBT 主流廠(chǎng)商

英飛凌

地區(qū):德國(guó)

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):IGBT 裸片、IGBT 模塊、汽車(chē)級(jí)別的 IGBT、IGBT 堆棧和 IGBT 組件、IGBT Discretes。

  

ABB

地區(qū):瑞士

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):額定電壓 1200 伏特的產(chǎn)品組裝后的功率變流器,應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)傳動(dòng),太陽(yáng)能,電池組備用系統(tǒng)(不間斷電源系統(tǒng) UPS)以及電力機(jī)車(chē)。

  

飛兆(被 ON 收購(gòu))

地區(qū):美國(guó)

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):按照工藝技術(shù)劃分,包括 300V 到大于 1200V。主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)模式電源。

  

三菱

地區(qū):日本

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):主要應(yīng)用在白色家電、工業(yè)控制、軌道交通、智能電網(wǎng)、綠色能源等多種領(lǐng)域。

  

東芝

地區(qū):日本

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):400-1800V IGBT,應(yīng)用于電磁爐。

  

富士

地區(qū):日本

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):富士電機(jī)開(kāi)發(fā)了 IGBT 模塊作為電動(dòng)機(jī)的可變速驅(qū)動(dòng)裝置或不間斷電源裝置等的電力轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)元件。

  

株洲中車(chē)時(shí)代電氣

地區(qū):株洲

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):1200V-6500V 高壓模塊,國(guó)內(nèi)唯一自主掌握了高鐵動(dòng)力 IGBT 芯片及模塊技術(shù)企業(yè)。

深圳比亞迪

地區(qū):深圳

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):工業(yè)級(jí) IGBT 模塊、汽車(chē)級(jí) IGBT 模塊(新能源車(chē)用與上海先進(jìn)合作)、600V IGBT 單管、IGBT 驅(qū)動(dòng)芯片。

  

 

杭州士蘭微

地區(qū):杭州

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):300-600V 穿通型 IGBT 工藝,1200V 非穿通型槽柵 IGBT 工藝,面向電焊機(jī)、變頻器、光伏逆變器、電機(jī)逆變器、UPS 電源、家電、消費(fèi)電子。

  

吉林華微

地區(qū):吉林

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):3 英寸、4 英寸、5 英寸和 6 英寸等多條功率半導(dǎo)體分立器及 IC 芯片生產(chǎn)線(xiàn),應(yīng)用于逆變器、電磁爐、UPS 電源。

  

中航微電子

地區(qū):重慶

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):1200V/20-50A IGBT 功率器件。  

  

中環(huán)股份

地區(qū):天津

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):用于消費(fèi)電子 IGBT 已經(jīng)量產(chǎn),并成功研制出 1200V Trench IGBT,節(jié)能型功率器件可用于充電樁。

  

中國(guó)北車(chē)(子公司西安永電)

地區(qū):西安

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):1200V-6500V/75A-2400A 高壓模塊,主要面向軌道交通、智能電網(wǎng)等高壓領(lǐng)域。

  

西安愛(ài)帕克

地區(qū):西安

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):600V-1200V/50A-400A IGBT 模塊。

  

威海新佳

地區(qū):威海

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):1200V/50A-300A 模塊,應(yīng)用于 AC 和 DC 電機(jī)控制、變頻器、UPS 等領(lǐng)域。

  

江蘇宏微

地區(qū):常州

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):600-1200V/15-60A 單管、600-1700V/15-800A 模塊,應(yīng)用于特種電源、電焊機(jī)、UPS、逆變器及變頻器等領(lǐng)域。

  

嘉興斯達(dá)

地區(qū):嘉興

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):600V-3300V/1800A-3700A 模塊。

  

南京銀茂微

地區(qū):南京

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):600V-1700V/15A-200A 模塊,應(yīng)用于工業(yè)變頻、新能源、電源裝備等。

  

中科君芯

地區(qū):無(wú)錫

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):國(guó)內(nèi)唯一全面掌握 650V-6500V 全電壓段 IGBT 芯片技術(shù)的企業(yè),面向電磁感應(yīng)加熱、變頻家電、逆變焊機(jī)、工業(yè)變頻器、新能源等領(lǐng)域。

  

西安芯派

地區(qū):西安

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):650-1700V/80-600A IGBT,應(yīng)用于電源管理電池管理、電機(jī)控制及充電樁等領(lǐng)域。

  

吉林華微斯帕克

地區(qū):吉林

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):智能功率模塊及大功率 IGBT 模塊。

  

寧波達(dá)新

地區(qū):余姚

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):?jiǎn)喂?、模塊,面向逆變焊機(jī)、工業(yè)變頻、白色家電、充電樁、UPS 電源、光伏逆變器、空調(diào)、電磁感應(yīng)加熱。

  

無(wú)錫同方微

地區(qū):無(wú)錫

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):600V/1200V/1350V,用于交 / 直流驅(qū)動(dòng)、不間斷電源、電磁爐、通用逆變器、開(kāi)關(guān)和共振模式電源供給等。

  

無(wú)錫新潔能

地區(qū):無(wú)錫

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):Trench NPT/Trench FS 工藝,1200V/1350V;適宜于電磁加熱等各類(lèi)軟開(kāi)關(guān)應(yīng)用。

  

金芯微電子

地區(qū):上海

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):面向電磁爐領(lǐng)域。

  

山東科達(dá)

地區(qū):東營(yíng)

  

主要產(chǎn)品用服務(wù):600V、1200V 單管、模塊,應(yīng)用于電磁戶(hù)、小功率變頻器、逆變焊機(jī)、無(wú)刷馬達(dá)控制器、UPS、開(kāi)關(guān)電源、液晶電視及顯示器、太陽(yáng)能應(yīng)用等領(lǐng)域。

 

上海先進(jìn)

地區(qū):上海

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):為英飛凌代工。

  

深圳方正微

地區(qū):深圳

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):提供功率分立器件 IGBT 晶圓制造技術(shù)。

 

 

中芯國(guó)際

地區(qū):上海

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):代工廠(chǎng)。

  

華潤(rùn)上華

地區(qū):無(wú)錫

  

主要產(chǎn)品及服務(wù):1200V planar NPT IGBT 工藝。

  

IGBT 主要供應(yīng)廠(chǎng)商基本是歐美及日本幾家公司,它們代表著目前 IGBT 技術(shù)的最高水平,包括德國(guó)英飛凌、瑞士 ABB、飛兆以及日本三菱、東芝、富士等公司。在高電壓等級(jí)領(lǐng)域(3300V 以上)更是完全由英飛凌、ABB、三菱三大公司所控制,在大功率溝槽技術(shù)方面,英飛凌與三菱公司處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

 

中國(guó) IGBT 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

  

分類(lèi)

按電壓分類(lèi):

300、600、900、1200、1700、3300、6500V 等

  

按芯片技術(shù)分:

  

  

封裝劃分:

(1)單管分立器件:TO-220,TO-247,TO-MAX 等;

  

  

(2)模塊:提供絕緣功能,3KV 以上。

 

絕緣材料:A1203、A1N、A1SIC、Be0 等(一般工業(yè)用器件采用 A1203、A1N,而航空用器件采用 A1SiC 材料)

 

  

A、有銅底板的模塊

  

DCB 的底部被焊接在 2mm 的銅底板上

 

  

B、無(wú)銅底板的模塊

  

按照內(nèi)部拓?fù)浞郑?/p>

  

 

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