2023年中國(guó)IGBT芯片細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域分析 高壓IGBT打破國(guó)外技術(shù)壟斷【組圖】

行業(yè)主要上市公司：宏微科技(688711);斯達(dá)半導(dǎo)(603290);華潤(rùn)微(688396);時(shí)代電氣(688187);士蘭微(600460);比亞迪(002594)等

本文核心數(shù)據(jù)：IGBT廠商產(chǎn)品電壓覆蓋范圍

中國(guó)IGBT芯片應(yīng)用領(lǐng)域

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是電力控制和電力轉(zhuǎn)換的核心器件，是由BJT(雙極型晶體管)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，具有高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降、高速開(kāi)關(guān)特性和低導(dǎo)通狀態(tài)損耗等特點(diǎn)，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

目前IGBT已經(jīng)能夠覆蓋從600V-6500V的電壓范圍，按照使用電壓的情況，IGBT可以分為低壓、中壓和高壓三大類產(chǎn)品，不同的電壓范圍適用不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

不同電壓等級(jí)IGBT芯片應(yīng)用及廠商布局

低壓IGBT一般電壓在1200V及以下，且適用于低消耗的消費(fèi)電子和太陽(yáng)能逆變器領(lǐng)域，中國(guó)本土廠商幾乎都有布局低壓領(lǐng)域。

中壓IGBT一般電壓在1200-2500V，適用于新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域，由于碳中和計(jì)劃的持續(xù)推行以及新能源領(lǐng)域的高速發(fā)展，該領(lǐng)域是中國(guó)IGBT本土廠商未來(lái)主要發(fā)力的領(lǐng)域。

高壓IGBT一般電壓大于2500V，主要適用于高鐵、動(dòng)車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域，中國(guó)本土廠商僅中車時(shí)代和斯達(dá)半導(dǎo)有所布局，中國(guó)高鐵里程數(shù)全球第一，需求量大，促進(jìn)中上游技術(shù)發(fā)展，因此該領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代。

中國(guó)IGBT廠商產(chǎn)品電壓覆蓋范圍

中國(guó)的IGBT廠商多集中在中低壓市場(chǎng)，如宏微科技、比亞迪半導(dǎo)體、士蘭微、新潔能等廠商的IGBT產(chǎn)品均集中在1500V以下的IGBT市場(chǎng)，產(chǎn)品主要適用于新能源汽車、家電、電焊機(jī)等領(lǐng)域，時(shí)代電氣和斯達(dá)半導(dǎo)則在高壓3300V及以上也有布局，產(chǎn)品主要適用于高鐵、電網(wǎng)傳輸?shù)取?/p>

注：藍(lán)底表示產(chǎn)品有所覆蓋。

中國(guó)高壓IGBT芯片技術(shù)突破及瓶頸

在不同的功率以及頻率范圍中，對(duì)器件的特性要求有所不同。在大功率的應(yīng)用場(chǎng)景中，例如軌道交通、直流輸電，此時(shí)器件的開(kāi)關(guān)頻率非常低，開(kāi)關(guān)損耗導(dǎo)致的發(fā)熱量較低，主要以導(dǎo)通損耗為主。而在設(shè)備功率較小的時(shí)候，例如白色家電、伺服電機(jī)等領(lǐng)域，工作頻率較高，導(dǎo)通損耗占比較低，開(kāi)關(guān)損耗產(chǎn)生的熱量較大。因此，在實(shí)際的工作時(shí)，需要根據(jù)應(yīng)用要求，進(jìn)行折中優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能使系統(tǒng)的效率達(dá)到最大化。

2021年7月，國(guó)務(wù)院國(guó)資委向全社會(huì)發(fā)布《中央企業(yè)科技創(chuàng)新成果推薦目錄(2020年版)》，包括核心電子元器件、關(guān)鍵零部件、分析測(cè)試儀器和高端裝備等共計(jì)8個(gè)領(lǐng)域、178項(xiàng)科技創(chuàng)新成果。其中，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司研制的3300伏特(V)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)芯片和模塊被列入目錄。歷時(shí)4年，聯(lián)研院攻關(guān)團(tuán)隊(duì)突破了制約國(guó)內(nèi)高壓IGBT發(fā)展堅(jiān)固性差、可靠性低等技術(shù)瓶頸，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷。該團(tuán)隊(duì)牽頭承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“柔性直流輸電裝備壓接型定制化超大功率IGBT關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”通過(guò)了工業(yè)和信息化部組織開(kāi)展的綜合績(jī)效評(píng)價(jià)。項(xiàng)目自主研制出滿足柔性直流輸電裝備需求的4500V/3000A低通態(tài)壓降和3300V/3000A高關(guān)斷能力IGBT器件，解決了高壓大容量壓接型IGBT芯片和器件缺乏的問(wèn)題。

高壓IGBT芯片和器件的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，涉及到材料、芯片設(shè)計(jì)、芯片工藝、器件封裝與測(cè)試各個(gè)環(huán)節(jié)，需要多學(xué)科交叉融合、多行業(yè)協(xié)同開(kāi)發(fā)。

根據(jù)聯(lián)研院功率半導(dǎo)體研究所所長(zhǎng)表示，當(dāng)前，研發(fā)面向電力系統(tǒng)應(yīng)用的高壓IGBT器件的技術(shù)瓶頸主要有4個(gè)方面：

以上數(shù)據(jù)來(lái)源于前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國(guó)IGBT芯片行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》。

同時(shí)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院還提供產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)招商、產(chǎn)業(yè)圖譜、智慧招商系統(tǒng)、IPO募投可研、IPO業(yè)務(wù)與技術(shù)撰寫(xiě)、IPO工作底稿咨詢等解決方案。

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