IGBT-國(guó)產(chǎn)替代崛起

在上一期中，已經(jīng)提到作為一種功率半導(dǎo)體，IGBT應(yīng)用非常廣泛，小到家電、大到飛機(jī)、艦船、交通、電網(wǎng)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。IGBT已經(jīng)全面取代了傳統(tǒng)的Power MOSFET，可以說(shuō)是電力電子行業(yè)里的“CPU”。

隨著工業(yè)控制及電源行業(yè)市場(chǎng)回暖，IGBT在領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大。IGBT是變頻器、逆變焊機(jī)等傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)的核心元器件，且已在此領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)IGBT在新能源汽車領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)量増速高于全球水平，并且未來(lái)新能源汽車的市場(chǎng)規(guī)模在繼續(xù)擴(kuò)張。

可以說(shuō)我國(guó)擁有著最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)廠商在IGBT等高端器件在技術(shù)上與國(guó)際大公司相比還有著一些差距。從市場(chǎng)上看，雖然英飛凌、 三菱和富士電機(jī)等國(guó)際廠商目前占有絕對(duì)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi)IGBT也在國(guó)產(chǎn)進(jìn)程中呈顯出強(qiáng)勢(shì)崛起的姿態(tài)。

斯達(dá)半導(dǎo)作為國(guó)內(nèi)IGBT行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，其自主研發(fā)設(shè)計(jì)的IGBT芯片和快恢復(fù)二極管芯片是核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。其中斯達(dá)半導(dǎo)自主研發(fā)的第二代芯片F(xiàn)S-Trench已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，成功打破了國(guó)外企業(yè)常年對(duì)IGBT芯片的壟斷。

（3300V IGBT模塊，斯達(dá)）

目前斯達(dá)半島的產(chǎn)品矩陣覆蓋600V-3300V級(jí)別。主要優(yōu)勢(shì)在于超低的傳導(dǎo)損耗和短路強(qiáng)度。

可以說(shuō)全系列都是為高功率轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用而設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)上采用了低VCE（sat），溝槽式IGBT技術(shù)，低VCE（sat）的同時(shí)具備正溫度系數(shù)，短路強(qiáng)度僅為10μs。同時(shí)外殼采用了低電感設(shè)計(jì)，并用低熱阻氮化鋁襯底。AlSiC基板設(shè)計(jì)讓旗下IGBT產(chǎn)品具有高功率循環(huán)能力。

使用SiC設(shè)計(jì)的確會(huì)讓IGBT具有更高的效率、更高的頻率、更高的工作溫度。但是它的高價(jià)格，低魯棒性以及還有一些其他問(wèn)題在現(xiàn)階段實(shí)際上還未全部解決。但毫無(wú)疑問(wèn)的是在IGBT隨著新能源汽車的需求升級(jí)，SiC會(huì)在IGBT有著廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。

比亞迪半導(dǎo)體IGBT模塊

比亞迪半導(dǎo)體09年的車規(guī)級(jí)IGBT 1.0技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在車用IGBT芯片技術(shù)上零的突破。其后一直到IGBT 4.0技術(shù)，比亞迪IGBT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)上超越了國(guó)際主流企業(yè)產(chǎn)品。比亞迪目前可提供包含裸芯片、單管、功率模塊等不同形式的IGBT產(chǎn)品，產(chǎn)品覆蓋750V、1200V電壓平臺(tái)，廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域、變頻家電領(lǐng)域、新能源汽車領(lǐng)域等。比亞迪功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在IGBT及SiC芯片上看重模塊性能表現(xiàn)，高效率、高集成、高可靠性是旗下IGBT產(chǎn)品的突破方向。

（BYD）

IGBT4.0芯片通過(guò)精細(xì)化平面柵設(shè)計(jì)，電機(jī)的扭矩與輸出功率會(huì)非常高，在無(wú)需高功率輸出的工況中能夠大大降低能耗，綜合損耗較市場(chǎng)主流產(chǎn)品降低了約20%。同時(shí)采用新一代自主研發(fā)的高密度溝槽柵技術(shù)，在可靠性及產(chǎn)品性能上同樣有很大突破。

株洲中車時(shí)代電氣是國(guó)內(nèi)唯一自主掌握了高鐵動(dòng)力IGBT芯片及模塊技術(shù)的企業(yè)，在1200V-6500V高壓模塊上優(yōu)勢(shì)明顯。中車時(shí)代半導(dǎo)體擁有國(guó)內(nèi)首條、全球第二條8英寸IGBT芯片線。

（中車時(shí)代電氣）

TIM750ASM65-PSA是中車時(shí)代的6500V級(jí)的IGBT模塊，在高壓工況下，該模塊的VCE(SAT)仍不超過(guò)2.8V。同時(shí)，RthJC IGBT不超過(guò)0.095 K/W。基板材料同樣選擇了AlSiC。4500V級(jí)的TIM1200ASM45-PSA同樣擁有極低的RthJC，僅為0.008 K/W，壓降不超過(guò)2.3V。

從IGBT研發(fā)到生產(chǎn)全面能力來(lái)看，中車時(shí)代電氣的產(chǎn)品系列很齊全。車規(guī)級(jí)IGBT的量產(chǎn)裝車能力也很強(qiáng)。隨著IGBT模塊功率密度要求的不斷提升和成本的不斷下降，中車時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始從從封裝，散熱等角度開(kāi)始著手，在平面封裝方式上推出新產(chǎn)品和技術(shù)。

國(guó)內(nèi)還有許多實(shí)力強(qiáng)勁的IGBT廠商，如士蘭微在300-600V穿通型IGBT工藝上就首屈一指，中科君芯則全面掌握650V-6500V全電壓段IGBT芯片技術(shù)，寧波達(dá)新采用自主IGBT芯片也推出了涵蓋600V～1700V的系列化模塊。國(guó)內(nèi)IGBT在芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈基本都已有布局，每個(gè)環(huán)節(jié)均有不少實(shí)力強(qiáng)勁的企業(yè)。整體來(lái)看，中國(guó)IGBT產(chǎn)業(yè)鏈正逐步具備國(guó)產(chǎn)替代能力。