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

行業(yè)主要上市公司：宏微科技(688711);斯達半導(603290);華潤微(688396);時代電氣(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(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，具有高輸入阻抗、低導通壓降、高速開關(guān)特性和低導通狀態(tài)損耗等特點，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導地位。

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)用場景。

不同電壓等級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電子和太陽能逆變器領(lǐng)域，中國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、風力發(fā)電等領(lǐng)域，由于碳中和計劃的持續(xù)推行以及新能源領(lǐng)域的高速發(fā)展，該領(lǐng)域是中國IGBT本土廠商未來主要發(fā)力的領(lǐng)域。

高壓IGBT一般電壓大于2500V，主要適用于高鐵、動車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域，中國本土廠商僅中車時代和斯達半導有所布局，中國高鐵里程數(shù)全球第一，需求量大，促進中上游技術(shù)發(fā)展，因此該領(lǐng)域率先實現(xiàn)了國產(chǎn)替代。

中國IGBT廠商產(chǎn)品電壓覆蓋范圍

中國的IGBT廠商多集中在中低壓市場，如宏微科技、比亞迪半導體、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，產(chǎn)品主要適用于新能源汽車、家電、電焊機等領(lǐng)域，時代電氣和斯達半導則在高壓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：藍底表示產(chǎn)品有所覆蓋。

中國高壓IGBT芯片技術(shù)突破及瓶頸

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

2021年7月，國務(wù)院國資委向全社會發(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、分析測試儀器和高端裝備等共計8個領(lǐng)域、178項科技創(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4年，聯(lián)研院攻關(guān)團隊突破了制約國內(nèi)高壓IGBT發(fā)展堅固性差、可靠性低等技術(shù)瓶頸，打破了國外技術(shù)壟斷。該團隊牽頭承擔的國家重點研發(fā)計劃項目“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”通過了工業(yè)和信息化部組織開展的綜合績效評價。項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題。

高壓IGBT芯片和器件的開發(fā)周期長，涉及到材料、芯片設(shè)計、芯片工藝、器件封裝與測試各個環(huán)節(jié)，需要多學科交叉融合、多行業(yè)協(xié)同開發(fā)。

根據(jù)聯(lián)研院功率半導體研究所所長表示，當前，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個方面：

以上數(shù)據(jù)來源于前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國IGBT芯片行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》。

同時前瞻產(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、專精特新小巨人申報、十五五規(guī)劃等解決方案。

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