

電力電子器件又稱為功率半導(dǎo)體器件,它雖不像集成電路一樣被大眾熟知,但其重要性不可忽視。其中的IGBT是功率半導(dǎo)體的一種,作為電子電力裝置和系統(tǒng)中的“CPU”,高效節(jié)能減排的主力軍。站在政府和供給端企業(yè)角度來說,功率器件領(lǐng)域,歐美日三足鼎立的局面暫時(shí)不會(huì)改變,而國內(nèi)市場需求大,本土廠商應(yīng)援還存在問題,如何盡快地完成國產(chǎn)替代是未來地一場攻堅(jiān)戰(zhàn),如何打贏?
站在技術(shù)的角度來說,功率器件必將向高功率、高頻率、高效率和易驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展,而后IGBT時(shí)代的新材料的出現(xiàn)可以加速這一系列目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。



電力電子器件又稱為功率半導(dǎo)體器件,主要用于電力設(shè)備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件。
分為很多種,大致上可以分為有源和無源兩類。無源功率元件一般包括電阻(消耗電能),電感(存儲(chǔ)磁場能量)和電容(存儲(chǔ)電場能量)。有源功率元件主要是指功率開關(guān),例如晶閘管(SCR),IGBT,MOSFET等,用來改變電路狀態(tài),功率。
功率器件幾乎用于所有的電子制造業(yè),包括計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的筆記本、PC、服務(wù)器、顯示器以及各種外設(shè);網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的手機(jī)、電話以及其它各種終端和局端設(shè)備。
電力電子器件正沿著大功率化、高頻化、集成化的方向發(fā)展。
功率半導(dǎo)體器件,在大多數(shù)情況下,是被作為開關(guān)使用(switch),開關(guān),簡單的說,就是用來控制電流的通過和截?cái)唷D敲?,一個(gè)理想的開關(guān),應(yīng)該具有兩個(gè)基本的特性:
1、電流通過的時(shí)候,這個(gè)理想開關(guān)兩端的電壓降是零;
2、電流截?cái)嗟臅r(shí)候,這個(gè)理想開關(guān)兩端可以承受的電壓可以是任意大小,也就是0~無窮大;
因此,功率半導(dǎo)體器件的研究和發(fā)展,就是圍繞著這個(gè)目標(biāo)不斷前進(jìn)的。現(xiàn)在的功率半導(dǎo)體器件,已經(jīng)具有很好的性能了,在要求的電壓電流處理范圍內(nèi),可以接近一個(gè)比較理想的開關(guān)。
以前也被稱為電力電子器件,簡單來說,就是進(jìn)行功率處理、具有處理高電壓,大電流能力的半導(dǎo)體器件。例如電壓處理范圍從幾十V-幾千V,電流能力最高可達(dá)幾千A。典型的功率處理,包括變頻、變壓、變流、功率管理等等。
1、早期的功率半導(dǎo)體器件:大功率二極管、晶閘管等等,主要用于工業(yè)和電力系統(tǒng)(正因如此,早期才被稱為電力電子器件)。
2、隨著以功率MOSFET器件為代表的新型功率半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展,現(xiàn)在功率半導(dǎo)體器件已經(jīng)非常廣泛,在計(jì)算機(jī)、通行、消費(fèi)電子、汽車電子 為代表的4C行業(yè)(computer、communication、consumer electronics、cartronics),功率半導(dǎo)體器件可以說是越來越火。
國家倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保、低碳生活,就需要對(duì)能量的處理進(jìn)行合理的管理,對(duì)于能量通俗的理解就是功率P=IV,所以需要對(duì)電壓電流的運(yùn)用進(jìn)行有效的控制,這就與功率器件密不可分! 功率管理集成電路(Power Management IC,也被稱為電源管理IC)已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體器件的熱點(diǎn),發(fā)展非常迅速!
以前也被稱為電力電子器件,簡單來說,就是進(jìn)行功率處理、具有處理高電壓,大電流能力的半導(dǎo)體器件。例如電壓處理范圍從幾十V-幾千V,電流能力最高可達(dá)幾千A。典型的功率處理,包括變頻、變壓、變流、功率管理等等。
1、早期的功率半導(dǎo)體器件:大功率二極管、晶閘管等等,主要用于工業(yè)和電力系統(tǒng)(正因如此,早期才被稱為電力電子器件)。
2、隨著以功率MOSFET器件為代表的新型功率半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展,現(xiàn)在功率半導(dǎo)體器件已經(jīng)非常廣泛,在計(jì)算機(jī)、通行、消費(fèi)電子、汽車電子 為代表的4C行業(yè)(computer、communication、consumer electronics、cartronics),功率半導(dǎo)體器件可以說是越來越火。
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1、第一代產(chǎn)品:功率二極管,晶閘管,還有功率BJT(就是功率雙極型晶體管);
2、第二代是以功率MOSFET為代表的新型功率半導(dǎo)體器件,如VDMOS、LDMOS,以及IGBT。
VDMOS 即(vertical double-diffusion MOSFET)是縱向器件,多用于分立器件;LDMOS 即(Lateral double-diffusion MOSFET),是橫向器件,其三個(gè)電極均在硅片表面,易于集成,多用于功率集成電路領(lǐng)域;IGBT 即 (Insulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶體管),可以看作是功率MOS和功率BJT的混合型新器件。目前發(fā)展最快的也是IGBT。



IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,與 MOSFET(絕緣柵型場效應(yīng)管)結(jié)構(gòu)功能相似,可控制的電壓范圍更高。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分成四種類型∶ 集成電路,分立器件,傳感器和光電子,其中IGBT屬于分立器件的一種。
IGBT可以被認(rèn)為是一個(gè)MOSFET 和一個(gè) BJT(雙極型三極管)混合形成的器件,但相比于 MOSFET 制造難度更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,可承受的電壓也更大。一般 MOSFE工器件或模組的可承受電壓范圍為20-800V,而IGBT可承受 1000V以上的高電壓,因而是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件。
IGBT通過脈寬調(diào)制,可以把輸入的直流電變成人們所需要頻率的交流申,或者反過來。主要用干變頻逆變和其他逆變電路,被稱為是電力電子裝置的"CPU"。
模組和分立器件兩種形式,一般通俗的說IGBT指模組, IGBT模塊是由 IGBT分立器件與快恢復(fù)二極管芯片通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品。
IGBT 生命周期較長,產(chǎn)品迭代速率不追求摩爾定律,使用周期較長,雖然老一代產(chǎn)品損耗較大,但其芯片面積大,穩(wěn)定性較好,因此部分領(lǐng)域仍會(huì)選擇使用舊代產(chǎn)品。
回顧IGBT的技術(shù)發(fā)展,IGBT主要經(jīng)歷了7代技術(shù)及工藝改進(jìn)。各代 IGBT的主要發(fā)展趨勢(shì)主要為降低損耗與生產(chǎn)成本,總結(jié)來看大致可分為三大主要技術(shù)階段∶
第一階段是第一、第二代 IGBT為代表的平面柵型 IGBT,其中第一代由于工藝復(fù)雜且成本高,已基本被淘汰。第二代部分類型產(chǎn)品目前仍有銷售。
第二階段是以第三代、第四代 IGBT為代表的溝槽柵型 IGBT。該類型產(chǎn)品通過創(chuàng)新的溝槽設(shè)計(jì),大大減小了IGBT的體積和使用功耗,因此被廣泛使用。第五代、第六代的 IGBT,屬于對(duì)溝槽柵型的改進(jìn),結(jié)構(gòu)并未有很大的變動(dòng)。此外,該階段還出現(xiàn)了第三階段的過渡型產(chǎn)品 Trench Stop。
第三階段是 2018 年以后出現(xiàn)的第七代微溝槽型 IGBT,該類型產(chǎn)品更大程度地減小了器件的體積和功耗,目前英飛凌等廠商技術(shù)已達(dá)量產(chǎn)水平。
IGBT 能夠根據(jù)工業(yè)裝置中的信號(hào)指令來調(diào)節(jié)電路中的電壓、電流、頻率、相位等,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控的目的,被廣泛應(yīng)用于電機(jī)節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發(fā)電、新能源汽車等領(lǐng)域。
按電壓分布來看,消費(fèi)電子領(lǐng)域所用 IGBT產(chǎn)品主要集中在 600V 以下,新能源汽車常用IGBT產(chǎn)品電壓為 600- 1200V,動(dòng)車組常用的IGBT模塊為 3300V和 6500V,軌道交通所使用的 IGBT電壓在 1700V-6500V 之間;智能電網(wǎng)使用的IGBT通常為 3300V。
一是老牌功率器件廠商逐漸向 IGBT 等高端業(yè)務(wù)擴(kuò)展業(yè)務(wù)。
二是終端廠商向供應(yīng)鏈上游拓展,如比亞迪于 2005 年進(jìn)入IGBT產(chǎn)業(yè),目前其推出的 IGBT 4.0 產(chǎn)品在電流輸出、綜合損耗及溫度循環(huán)壽命等許多關(guān)鍵指標(biāo)上超越了英飛凌等主流企業(yè)的產(chǎn)品,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)外供應(yīng);
三是新創(chuàng)企業(yè)進(jìn)入IGBT 賽道,如芯聚能半導(dǎo)體于 2019 年 9 月開啟 25 億元的投資項(xiàng)目,目標(biāo)面向新能源汽車用功率模塊。
序號(hào) | 企業(yè)名稱 | LOGO | 2020年?duì)I收(億元) |
---|---|---|---|
1 | 安世半導(dǎo)體(中國)有限公司 | ![]() |
/ |
2 | 華潤微電子控股有限公司 | ![]() |
69.77 |
3 | 揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技股份有限公司 | ![]() |
4.59 |
4 | 杭州士蘭微電子股份有限公司 | ![]() |
42.81 |
5 | 吉林華微電子股份有限公司 | ![]() |
17.19 |
6 | 江蘇長晶科技有限公司 | ![]() |
/ |
7 | 樂山無線電股份有限公司 | ![]() |
/ |
8 | 北京燕東微電子有限公司 | ![]() |
/ |
9 | 江蘇捷捷微電子股份有限公司 | ![]() |
10.11 |
10 | 無錫新潔能股份有限公司 | ![]() |
/ |
排名不分先后








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從產(chǎn)值競爭格局來看,國產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)值方面的份額占比仍舊不足,國外企業(yè)英飛凌就占據(jù)了超三分之一的產(chǎn)值…
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