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[导读]IGBT,绝缘栅双极型晶体管,是由MOS(绝缘栅型场效应管)和BJT(双极型三极管)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优点,具有驱动功率小、压降低和载流密度小等优势。

IGBT,绝缘栅双极型晶体管,是由MOS(绝缘栅型场效应管)和BJT(双极型三极管)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优点,具有驱动功率小、压降低和载流密度小等优势。

IGBT是公认的电力电子技术第三次革命代表性产品,是工控及自动化领域核心元器件,其作用类似于心脏,能够根据装置中信号指令来调节电压、电流、频率、相位等,被称为电力电子行业的“CPU”,主要分为工业级、军用级、车规级三大类,在轨道交通、新能源汽车、智能电网、家电、航空航天等领域实现了广泛应用。按照电压范围,轨道交通、智能电网等主要应用大容量高压IGBT,而家电、新能源汽车等则应用中低压IGBT。

车规级IGBT有望成为最大的应用市场,而新能源汽车又占据车规级IGBT市场的近八成。在新能源汽车制造中,IGBT约占电机驱动系统成本的50%,而电机驱动系统占整车成本的15-20%,IGBT占到整车成本的7-10%。根据数据显示,2018年全球车规级IGBT市场规模为58.36亿美元,同比增长11.1%,继续维持稳定高速增长。我国是车规级IGBT的主要市场之一,约占全球的四分之一,2018年我国车规级IGBT的市场规模约160亿元,近五年复合增长率超过20%。

目前IGBT市场主要为国外垄断,根据HIS数据,2017年全球前十大IGBT模块企业分别为英飞凌、三菱、富士电机、赛米控、安森美半导体、威科电子、丹佛斯、艾赛斯、日立、斯达半导,市场份额分别为22.4%、17.9%、9.0%、8.3%、6.9%、3.6%、2.7%、2.6%、2.2%、2.2%。前十强市场集中度接近80%,前五强市场集中度为64.5%,呈现寡头垄断的竞争格局。国内方面,中车时代电气制造了全球首条8英寸高压IGBT芯片生产线,在轨道交通领域实现了芯片设计、封装测试、制造及装车应用的全产业链布局。比亚迪发布了IGBT4.0技术,成为国内首个贯通新能源汽车IGBT芯片设计、晶圆制造、模块封装、仿真测试以及整车测试等全产业链企业,目前正在长沙建设25万片8英寸新能源汽车电子芯片生产线。斯达半导体是国内唯一进入全球前十的IGBT模块厂商,具备国际主流IGBT(第六代)IGBT芯片和快恢复二极管芯片的能力,是国内IGBT行业的领军企业。

IGBT经过30年的发展,已发展到第七代技术。三菱推出的第七代采用了一体化基板和树脂直接灌封的SLC技术,并优化了一体化基板中的绝缘材料和灌封的树脂材料,模块的热循环寿命和功率循环寿命得到极大的提升。新材料、新技术、新结构将成为IGBT技术发展的主要趋势。新材料的突破表现为采取碳化硅、氮化镓等第三代宽禁带半导体,碳化硅已在1200V以上高压模块中使用,且取得了良好效应。新技术的突破表现为封装工艺和集成技术,比如双面焊接、高温塑封工艺、双面散热技术等及集成式轮毂电机等。新结构的突破表现为微沟槽栅结构的沟道密度、体积等。

IGBT广泛应用于智能电网的发电端,输变电端及用电端。在新能源领域,中国已成为太阳能电池生产的第一大国,意味着中国新能源市场蕴藏着巨大的商机。

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