IGBT-国产替代崛起

来源: 深圳市宏德伟创科技有限公司 人气:256 发表时间:2021/10/09 09:55:46


IGBT作为一种功率半导体,IGBT应用非常广泛,小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业。IGBT已经全面取代了传统的Power MOSFET,可以说是电力电子行业里的“CPU”。
随着工业控制及电源行业市场回暖,IGBT在领域的市场规模逐步扩大。IGBT是变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的核心元器件,且已在此领域中得到广泛应用。同时IGBT在新能源汽车领域中发挥着至关重要的作用,中国新能源汽车产量増速高于全球水平,并且未来新能源汽车的市场规模在继续扩张。
可以说我国拥有着最大的功率半导体市场,国内厂商在IGBT等高端器件在技术上与国际大公司相比还有着一些差距。从市场上看,虽然英飞凌、 三菱和富士电机等国际厂商目前占有绝对的市场优势,但国内IGBT也在国产进程中呈显出强势崛起的姿态。

斯达半导IGBT模块

斯达半导作为国内IGBT行业的领军企业,其自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是核心竞争力之一。其中斯达半导自主研发的第二代芯片FS-Trench已实现量产,成功打破了国外企业常年对IGBT芯片的垄断。


(3300V IGBT模块,斯达)
目前斯达半岛的产品矩阵覆盖600V-3300V级别。主要优势在于超低的传导损耗和短路强度。
可以说全系列都是为高功率转换器等应用而设计。在设计上采用了低VCE(sat),沟槽式IGBT技术,低VCE(sat)的同时具备正温度系数,短路强度仅为10μs。同时外壳采用了低电感设计,并用低热阻氮化铝衬底。AlSiC基板设计让旗下IGBT产品具有高功率循环能力。
使用SiC设计的确会让IGBT具有更高的效率、更高的频率、更高的工作温度。但是它的高价格,低鲁棒性以及还有一些其他问题在现阶段实际上还未全部解决。但毫无疑问的是在IGBT随着新能源汽车的需求升级,SiC会在IGBT有着广阔的应用场景。
比亚迪半导体IGBT模块
比亚迪半导体09年的车规级IGBT 1.0技术,实现了我国在车用IGBT芯片技术上零的突破。其后一直到IGBT 4.0技术,比亚迪IGBT产品在电流输出、综合损耗及温度循环寿命等许多关键指标上超越了国际主流企业产品。比亚迪目前可提供包含裸芯片、单管、功率模块等不同形式的IGBT产品,产品覆盖750V、1200V电压平台,广泛应用于工控领域、变频家电领域、新能源汽车领域等。比亚迪功率半导体产业在IGBT及SiC芯片上看重模块性能表现,高效率、高集成、高可靠性是旗下IGBT产品的突破方向。


(BYD)
IGBT4.0芯片通过精细化平面栅设计,电机的扭矩与输出功率会非常高,在无需高功率输出的工况中能够大大降低能耗,综合损耗较市场主流产品降低了约20%。同时采用新一代自主研发的高密度沟槽栅技术,在可靠性及产品性能上同样有很大突破。

中车时代电气 IGBT模块

株洲中车时代电气是国内唯一自主掌握了高铁动力IGBT芯片及模块技术的企业,在1200V-6500V高压模块上优势明显。中车时代半导体拥有国内首条、全球第二条8英寸IGBT芯片线。


(中车时代电气)
TIM750ASM65-PSA是中车时代的6500V级的IGBT模块,在高压工况下,该模块的VCE(SAT)仍不超过2.8V。同时,RthJC IGBT不超过0.095 K/W。基板材料同样选择了AlSiC。4500V级的TIM1200ASM45-PSA同样拥有极低的RthJC,仅为0.008 K/W,压降不超过2.3V。
从IGBT研发到生产全面能力来看,中车时代电气的产品系列很齐全。车规级IGBT的量产装车能力也很强。随着IGBT模块功率密度要求的不断提升和成本的不断下降,中车时代已经开始从从封装,散热等角度开始着手,在平面封装方式上推出新产品和技术。

小结


国内还有许多实力强劲的IGBT厂商,如士兰微在300-600V穿通型IGBT工艺上就首屈一指,中科君芯则全面掌握650V-6500V全电压段IGBT芯片技术,宁波达新采用自主IGBT芯片也推出了涵盖600V~1700V的系列化模块。国内IGBT在芯片设计、晶圆制造、模块封装等整个产业链基本都已有布局,每个环节均有不少实力强劲的企业。整体来看,中国IGBT产业链正逐步具备国产替代能力。


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