IGBT該怎么理解 在半導(dǎo)體領(lǐng)域是什么角色
2021-06-22 09:04:17 來源:大風(fēng)號 樂晴智庫 點擊:1970
IGBT是國際性上認(rèn)可的電力電子技術(shù)第三次改革具象征性的商品。做為工業(yè)控制系統(tǒng)及自動化技術(shù)行業(yè)的關(guān)鍵電子器件,被稱作熱傳遞的CPU,歸屬于在我國“02重點”關(guān)鍵幫扶新項目。
IGBT即Insulated Gate Bipolar(絕緣層?xùn)烹p極晶體三極管),歸屬于工作電壓操縱元器件,是由BJT和MOSFET構(gòu)成的復(fù)合功率半導(dǎo)體元器件,是半導(dǎo)體市場里分立器件中尤其關(guān)鍵的一個支系。
可以依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的數(shù)據(jù)信號命令來調(diào)整電源電路中的工作電壓、電流量、頻率、相位差等,以完成精確管控的目地,廣泛運用于電動機環(huán)保節(jié)能、城市軌道、智慧能源、航天航空、電器產(chǎn)品、汽車電子產(chǎn)品、新能源發(fā)電、新能源汽車等行業(yè)。
中國是最大的功率半導(dǎo)體消費的國家,2018年功率半導(dǎo)體市場的需求經(jīng)營規(guī)模飆升至138億美金(iHS數(shù)據(jù)信息),功率半導(dǎo)體增長速度為9.5%,占全世界要求占比達到35%。iHS預(yù)估將來中國功率半導(dǎo)體市場將持續(xù)保持較高速運行提高,2021年半導(dǎo)體市場容量有希望做到159億美金,年化收益率增長速度達4.8%。
依據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息,2018年中國IGBT功率半導(dǎo)體市場容量為161.9億人民幣,同比增加22.19%,增長速度明顯高過全世界平均。依據(jù)Trendforce預(yù)測分析,中國IGBT功率半導(dǎo)體市場經(jīng)營規(guī)模在2025年將升至522億人民幣,期內(nèi)CAGR達到19.1%。
發(fā)展國內(nèi)生產(chǎn)制造的IGBT集成ic,擺脫國際性技術(shù)封禁,是確保我國基本發(fā)展戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的必須項。在新能源技術(shù)、綠色環(huán)保“十二五”整體規(guī)劃等一系列我國各項政策的適用下,中國IGBT半導(dǎo)體市場的發(fā)展趨勢亦得到極大的驅(qū)動力,功率半導(dǎo)體市場不斷持續(xù)增長。
依據(jù)iHS的統(tǒng)計分析,中國功率半導(dǎo)體市場中前三大商品是電源管理IC、MOSFET、IGBT,三者市場容量占2018年中國功率半導(dǎo)體市場容量占比各自為60.98%,20.21%與13.92%。
IGBT功率半導(dǎo)體融合了BJT和MOSFET的優(yōu)勢,不僅有MOSFET的電源開關(guān)速度更快、輸入電阻高、操縱輸出功率小、光耦電路簡易、開關(guān)損耗小的優(yōu)勢,又有BJT導(dǎo)插電放低、通態(tài)電流量大、耗損小的優(yōu)勢,在高壓、大電流量、快速等層面是別的電力電子器件不可以比較的,因而是電子技術(shù)行業(yè)較為理想的電源開關(guān)元器件,是未來應(yīng)用發(fā)展趨勢的關(guān)鍵方位。
從二十世紀(jì)八十年代迄今,IGBT集成ic經(jīng)歷了5-6代技術(shù)升級,從平面圖離斷型(PT)到管溝型靜電場—截至型(FS-Trench),各層面指標(biāo)值都獲得了持續(xù)的提升。集成ic總面積變小為最開始的四分之一,加工工藝圖形界限從5微米降至0.5微米,通態(tài)飽和狀態(tài)損耗從3伏降至1伏,關(guān)閉時間也迅速,從0.5分秒降至0.15分秒,輸出功率耗損也更低,斷態(tài)工作電壓也從600V提升到6500V之上。
依據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息,全世界前五大IGBT半導(dǎo)體生產(chǎn)商的市場占有率累計達74%,與此同時,從400V及下列的基本IGBT半導(dǎo)體市場到4500V之上的高檔IGBT半導(dǎo)體市場,國外生產(chǎn)商的IGBT半導(dǎo)體市場優(yōu)點影響力均十分顯著。
從低、中、高壓IGBT半導(dǎo)體市場看來,絕大多數(shù)的半導(dǎo)體生產(chǎn)商都給予600-1300V高壓范疇內(nèi)的IGBT公司分立和控制模塊解決方法,僅有極少數(shù)半導(dǎo)體生產(chǎn)商主要從事底壓公司分立IGBT半導(dǎo)體市場,現(xiàn)階段,全世界IGB半導(dǎo)體市場關(guān)鍵由英飛凌、三菱電機、富士電機、安森美和ABB等國外半導(dǎo)體生產(chǎn)商占有,她們的商品遮蓋全部低中高壓半導(dǎo)體銷售市場,是半導(dǎo)體市場的流行游戲玩家。
每個半導(dǎo)體生產(chǎn)商有著在不一樣產(chǎn)品系列有著本身的優(yōu)點。雖然英飛凌等半導(dǎo)體生產(chǎn)商產(chǎn)品研發(fā)的IGBT商品范疇十分齊備,可是她們并不是在全部半導(dǎo)體銷售市場都是有主導(dǎo)性的。比如在600V-1700V的半導(dǎo)體銷售市場,英飛凌是半導(dǎo)體銷售市場第一大經(jīng)銷商,可是在2500-300V及其4500V之上的半導(dǎo)體銷售市場上,三菱則處在優(yōu)點影響力。
現(xiàn)階段中國功率半導(dǎo)體公司僅在二極管、可控硅行業(yè)逐漸普遍取代,而在MOSFET、IGBT與海外半導(dǎo)體公司存有很大差別。
在中國IGBT銷售市場,國外生產(chǎn)商一樣占有50%之上的市場占有率,國產(chǎn)替代的空間十分寬闊。依據(jù)IHS數(shù)據(jù)信息,中國MOSFET半導(dǎo)體元器件僅英飛凌、安森美倆家半導(dǎo)體公司就占有45.3%的市場占有率,前五生產(chǎn)商中僅有華潤微一家中國企業(yè)(若不記入安世半導(dǎo)體市場份額);IGBT層面,全世界前十大IGBT控制模塊經(jīng)銷商占有77.7%的市場份額,之中僅有斯達半導(dǎo)一家中國公司進到排行,占有2%的市場占有率。依據(jù)ASMC公布,在我國90%之上IGBT商品必須進口。
從在我國IGBT公司現(xiàn)階段的市場競爭局勢看來,生產(chǎn)制造和封測模組階段競爭能力較強,以上海市先進半導(dǎo)體(積塔半導(dǎo)體)、華虹半導(dǎo)體、華潤微電子為核心的晶圓代工制造企業(yè)早已具有了8-12寸IGBT芯片加工的技術(shù)性,并積極主動推動國內(nèi)生產(chǎn)制造端升級??墒窃趇c設(shè)計端相對性欠缺,僅有中車時代電氣設(shè)備、比亞迪汽車、斯達半導(dǎo)、士蘭微等少數(shù)幾家半導(dǎo)體企業(yè)具有競爭能力。
IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈能夠分成四一部分,ic設(shè)計、芯片制造、控制模塊設(shè)計方案及生產(chǎn)制造測封,在其中ic設(shè)計和控制模塊設(shè)計方案及其工藝技術(shù)都是有十分高的技術(shù)要求,必須十分系統(tǒng)化的研發(fā)部門和長期的技術(shù)累積。
近些年中國IGBT產(chǎn)業(yè)鏈在國家新政策促進和銷售市場牽引帶下獲得快速發(fā)展趨勢,全產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善。與集成電路芯片,功率半導(dǎo)體也一樣存有IDM和fabless二種運營模式,現(xiàn)階段,在我國采用二種運營模式的生產(chǎn)商都是有。
IDM的公司有中車時代電氣設(shè)備、比亞迪汽車微電子技術(shù)、士蘭微、華微電子、華潤微、臺基股份、揚杰科技、斯達半導(dǎo)等。設(shè)計公司有中科君芯、達新半導(dǎo)體、紫光微電子技術(shù)、無錫新潔能、芯派高新科技,生產(chǎn)制造企業(yè)有華虹宏力、上海先進、中芯國際、方正微電子技術(shù)、華潤上華,模組企業(yè)有芯能半導(dǎo)體、西安市永電、宏微科技、威海新佳、銀茂微電子技術(shù)等。
IGBT在新能源汽車行業(yè)中充分發(fā)揮著尤為重要的功效,是新能源汽車電機控制器、汽車空調(diào)、汽車充電樁等機器設(shè)備的關(guān)鍵電子器件。
新能源汽車工作中時電流量范疇在-100A到+150A中間,這般大的電流量必須被電機控制模塊精確操縱,以完成車輛的制動系統(tǒng),而其中最關(guān)鍵的零部件便是IGBT。
在純電動車中,電機驅(qū)動器系統(tǒng)軟件占整車成本費的15-20%,而IGBT又在電機驅(qū)動器系統(tǒng)軟件中占有率50%上下,即IGBT占整車成本費的7-10%,是除充電電池外較貴的零部件之一。
新能源汽車中的功率半導(dǎo)體價值量提高十分明顯,依據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)信息,新能源技術(shù)中車輛功率半導(dǎo)體元器件的價值量約為傳統(tǒng)式汽油車的5倍之上。
在其中,IGBT約占新能源汽車電子控制系統(tǒng)成本費的37%,是電子控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的電子元器件之一,因而,將來新能源汽車銷售市場的持續(xù)增長,有希望推動以IGBT為主導(dǎo)的功率半導(dǎo)體元器件的價值量明顯提高,進而強有力地促進IGBT銷售市場的發(fā)展趨勢。
依據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)信息,2019年在我國新能源汽車占有率為4.7%,仍處在極低的情況,假如2025年做到占有率25%的總體目標(biāo),將來兩年年復(fù)合增長率做到30%,成長空間寬闊。
從國產(chǎn)替代的過程看來,中車時代電氣設(shè)備在高鐵動車IGBT等關(guān)鍵行業(yè)具有扎扎實實的整體實力,別的企業(yè)的商品關(guān)鍵是以工業(yè)自動化、太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等行業(yè)優(yōu)先取代,在新能源汽車等高檔行業(yè)的取代過程相對性比較慢。
在傳統(tǒng)式工業(yè)控制系統(tǒng)及開關(guān)電源領(lǐng)域支撐點下,伴隨著變頻調(diào)速器進到新能源技術(shù)行業(yè)的帶動,直流焊機銷售市場的不斷提溫,IGBT中下游的新能源汽車、變頻式家用電器、新能源發(fā)電等行業(yè)發(fā)展趨勢快速,將來IGBT銷售市場將再次長期保持增長勢頭。在國家產(chǎn)業(yè)政策和市場的需求的推動下,IGBT國內(nèi)生產(chǎn)制造的過程加快運行。
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