國內及國際igbt廠家及情況調研

1、igbt調研報告igbt全稱為絕緣柵雙極型晶體管，是目前發(fā)展最迅速的新型功率器件，具有非常好的開關特性和導通特性。igbt產品集合了高頻、高壓、大電流三大技術優(yōu)勢，是電力電子設備中的核心部件，涉及幾乎所有電壓等級下的電氣設備。igbt(insulated gate bipolar transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由bjt(雙極型三極管)和mos(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有mosfet的高輸入阻抗和gtr的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。gtr飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大，驅動電路復雜；mosfet是單極型電壓驅動器件，驅動功率很小，開關速

2、度快，驅動電路簡單，但導通壓降大，載流密度小。igbt綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600v及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。igbt也是三端器件，具有柵極g、集電極c和發(fā)射極e。下圖(a)給出了一種由n溝道m(xù)osfet與雙極型晶體管組合構成的igbt（為n溝道igbt）的基本機構。p+注入?yún)^(qū)與n區(qū)形成了一個大面積的p+n結j1.這使得igbt導通時由p+注入?yún)^(qū)向n基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂移區(qū)電導率進行調制，使得igbt具有很強的通流能力。簡化等效圖如(b)，可看出這是用雙極型晶體管與mosfet組成的達林頓結構，

3、相當于一個由mosfet驅動的厚基區(qū)pnp晶體管。圖rn為晶體管基區(qū)內的調制電阻。因此，igbt的驅動原理與電力mosfet基本相同，他也是場控器件。其開通和關斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓uge決定的，當uge為正且大于開啟電壓時，mosfet內形成溝道，并為晶體管提供基極電流進而使igbt導通。由于前面提到的電導調制效應，使得電阻rn減小，這樣高耐壓的igbt也具有很低的通態(tài)壓降。當柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，mosfet的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得igbt關斷。下圖是igbt結構圖、等效圖：下圖為igbt模塊的生產流程解析：igbt開發(fā)之初主要應用在電機、變換器（逆變

4、器）、變頻器、ups、eps電源、風力發(fā)電設備等工業(yè)控制領域。在上述應用領域中igbt憑借著電壓控制、驅動簡單，開關頻率高、開關損耗小，可實現(xiàn)短路保護等優(yōu)點在600v及以上中壓應用領域中競爭力逐步顯現(xiàn)，在ups、開關電源、電車、交流電機控制中已逐步替代gto、gtr。由于scr和gto具有極高的耐壓能力和較大的通過電流，目前在高壓大電流應用中scr和gto仍占有統(tǒng)治地位。下圖是功率器件的應用情況：隨著人們節(jié)能意識的逐步增強，變頻空調、變頻洗衣機等變頻家電比例逐年擴大。為了簡化電路設計提高igbt使用的可靠性，變頻家電中主要使用集驅動電路、保護電路功能于一身的igbt智能模塊，家電市場中主要三菱

5、、仙童占據(jù)較大優(yōu)勢，仙童價格較便宜但穩(wěn)定性相對稍差。igbt在汽車中的應用主要集中在汽車點火器上，已成功地取代達林頓管成為汽車點火器的首選。飛兆、英飛凌、st在該市場中有很強的競爭力。鐵路的發(fā)展離不開大量電力機車和高速動車組，電力機車需要500個igbt，動車組需要超過100個igbt，一節(jié)地鐵需要5080個igbt模塊。粗略估計上述軌道交通市場對igbt模塊的需求將超過3百萬個，可以想見軌道交通給igbt市場所帶來的空前機遇和發(fā)展空間。當?shù)吞冀洕?，?jié)能減排成為經濟工作的重點時，市場對節(jié)能概念接受能力較強。在節(jié)能減排的大環(huán)境下，igbt一方面擁有新技術帶來的廣闊的市場空間，另一方面從技術發(fā)展路

6、線來看又對以往的功率器件產品有一個逐步替代的作用。2009年我國igbt市場為53億元左右，目前我國igbt市場占整個功率器件市 場份額尚不足10，我們預計未來幾年igbt市場隨著節(jié)能減排的推進將得到快速發(fā)展，增速將達到20-30，遠超整個功率器件市場。由于關鍵技術的缺失，中國功率器件市場絕大部分份額被國外廠商占領，在國家政策扶持下，目前中國igbt行業(yè)中高端技術已有突破，部分廠商已具備量產能力。igbt模塊發(fā)展趨向是高耐壓、大電流、高速度、低壓降、高可靠、低成本為目標的，特別是發(fā)展高壓變頻器的應用，簡化其主電路，減少使用器件，提高可靠性，降低制造成本，簡化調試工作等，都與igbt有密切的內在

7、聯(lián)系。下表是國內igbt在幾個主要應用領域的規(guī)模及增長情況。 應用領域2010（億元）yoy(%)2011（億元）yoy(%)2012（億元）yoy(%)2013（億元）yoy(%)家電變頻家電17.4827.60%24.6340.89%31.0426.03%38.6424.48%電磁爐4.613.80%5.315.22%6.115.09%714.75%電機節(jié)電中低壓變頻器34.8115.70%41.1918.33%49.219.45%58.2718.43%高壓變頻器4.8230.00%6.3130.91%8.1429.00%10.4528.38%新能源光伏、風電4.777.30%7.865.

8、96%12.357.69%19.659.35%汽車汽車點火2.713.00%311.11%3.310.00%3.712.12%目前我國igbt芯片約99%左右的市場仍為國外企業(yè)所占據(jù)。以家用電器市場為例，ipm模塊是變頻空調的核心控制部件，它將igbt、驅動電路以及保護電路封裝在同一模塊中，從而使變頻空調擁有較低的功耗和較高的可靠性。根據(jù)奧維咨詢數(shù)據(jù)顯示，2014年中國家用空調終端零售量在4430萬臺，變頻空調結構比重提升至58.1%，同比上升3.3%。每臺變頻空調中需要一只ipm，因此，2013年9月2014年8月國內變頻空調對ipm的用量達到2573.8萬只，但使用的多為日系igbt產品。

9、據(jù)法國調查分析機構yole developpement 2013年報告，2014年igbt全球市場總值將達到43億美元，比2013年的39億美元增加4億美元，2015年開始市場將保持穩(wěn)定增長。另據(jù)美國市場研究公司ihs isuppli分析，20092014年，中國igbt銷售額的復合年度增長率達17.8%，2014年中國igbt市場銷售額將上升到9.75億美元左右。下圖為中國市場igbt總規(guī)模及增長率： 圖a 國內市場igbt規(guī)模及增長 圖b igbt主要廠家的世界市場份額據(jù)富士電機公司資料顯示，全球igbt模塊市場近70%的市場份額被三菱、東芝、富士等日系企業(yè)掌握，其中三菱市場占有率第一；德

10、國半導體生產商英飛凌公司業(yè)內領軍地位穩(wěn)固，獨立式 igbt 功率晶體以24.7%的市場占有率位居第一，igbt 模塊則以20.5%的市場占有率位居第二。目前igbt主流廠家（國外）：為德國infineon（英飛凌）、西門康，瑞士abb，美國飛兆（fairchild），日本三菱、fuji、東芝等。歐美品牌的產品主要用在電力電子和通訊行業(yè)，而日本的品牌主要用于電磁爐、變頻空調、冰箱、洗衣機等家電類居多。近幾年英飛凌的igbt單管也在家電類產品中占有一席之地，而三菱的igbt模塊在也開始大量應用于軍工、電力電子等行業(yè)。其中西門康（semikron）主要從事igbt的后端封裝工作，其芯片主要使用的是i

11、nfineon、abb的產品。仙童（fairchild）的igbt產品雖然廣泛應用在電磁爐產品中用量較大，但由于其售價較低，在一定程度上影響了其銷售額。三菱和富士都有自己品牌的變頻器，而infineon eupec除了供應國內市場外，還是西門子變頻器的主要供貨商。semikron除了供應中國國內市場外，還供應abb，施耐德等低壓變頻器的igbt模塊。abb產品在hvd上應用廣泛。近年來，我國電力、消費電子、高速列車、新能源等領域對igbt的需求高速增長，擺脫進口依賴，igbt國內廠家也發(fā)展迅速。但目前國內廠家在在 igbt 模塊領域只有少量市場份額，其產品主要應用于工業(yè)焊機、切割機等的領域。目

12、前主要的國內廠家分布及情況如下圖所示：在下表中對各個廠家的業(yè)務類型及技術情況作了詳細介紹：公司業(yè)務類型進度備注科達半導體設計研發(fā)出1200v 75a/100a大功率igbt芯片、400v專用igbt芯片；已具備1200v/600v 20a小規(guī)模量產生產條件。前道工序有自己復雜，后道工序由中芯國際、北京燕東和上海先進負責代工。華微電子芯片制造華微電子已實現(xiàn)igbt的批量生產，成為國內第一家突破igbt芯片制造的上市公司 。中環(huán)股份芯片制造募集資金項目進行igbt研發(fā)無錫鳳凰半導體芯片制造量產產品線已經涵蓋600v、1200v、1700v三種系列的多種型號。建設有國內首條npt-igbt芯片薄片生

13、產線，可以測量igbt全部靜態(tài)及動態(tài)參數(shù)。公司擁有芯片生產線及與生產配套的可靠性實驗室、器件測試實驗室、失效分析實驗室等比亞迪芯片制造順利組裝成igbt模塊，并成功在電動汽車臺架上進行了測試；可供貨1200v系列。主要用于自身業(yè)務，典型產品1200v/400a。上海貝嶺芯片制造完成了1200v和600v igbt的設計、試制和測試及評估工作。南車株洲時代芯片制造、模塊2008年收購英國丹尼克斯半導體75%的股份，進入igbt領域，應用于車輛牽引傳動領域1200v/1700v/3300v/4500v/6500v，有年產6萬模塊的能力用于自身業(yè)務江陰長電先進封裝有限公司igbt單管封裝長電科技子公司、中外合資性質。主要從事igbt單管封裝西安愛帕克模塊igbt半橋、高端開關和低端開關型模塊：600v 75400a，1200v 50300a;igbt單開關型模塊：600v 400800a 1200v 200400a;igbt h橋模塊：600v 75400a，1200v 50200air與西安電力電子技術研究所共同投資組建，igbt芯片由ir提供。產品主要用于滿足輕軌，風電等需求。威海星佳電子模塊1200v 50300a模塊產品已出口美國、澳大利亞、