高压IGBT芯片:半导体稀缺赛道,国内仅两家厂商生产

翰棋说财经 2024-06-25 11:29:32

IGBT是电力电子行业的核心组件,被誉为该行业的“CPU”,在国家的16个重大技术突破专项中得到重点扶持。

IGBT在在中低电压范围内的新能源汽车和白色家电中广泛应用;而在1700V及以上的高电压领域,应用涵盖轨道交通以及智能电网等关键领域。

当前随着我国新能源领域的蓬勃发展,IGBT市场持续扩大。

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IGBT是一种由BJT(双极结型晶体管)和MOS(金属氧化物半导体)结合而成的复合全控型电压驱动式功率半导体。

主要用于变频器逆变和其他逆变电路,IGBT的功能是将直流电压逆变为频率可调的交流电。

IGBT兼具高输入阻抗和低导通电压两大优势,与MOSFET两者呈现出互补态势。在600V及以上的高电压变流系统中,IGBT的应用更为广泛。

自上世纪80年代IGBT被发明以来,至今已有三十余年的发展历史。IGBT的技术迭代已经历了七个阶段,每次更新换代都围绕器件的纵向结构设计、栅极结构设计以及加工工艺进行,第四代技术已成为市场的主流。

IGBT模块内封装多颗IGBT芯片:

IGBT有单管和模块两种封装形式。

在实际应用中模块的使用率超过了75%,IGBT芯片既可以单独封装成单管供直接使用,也可以将多组芯片集成为模块后应用。

IGBT单管适用于中低压和小电流场合;IGBT模块具有高集成度、优异的散热性能,能满足大功率需求,是IGBT的主流应用方式。

为了达到特定的耐压标准,IGBT器件的芯片厚度需减至100-200μm,对于高性能需求的器件厚度需进一步减至60-80μm。

值得注意的是,IGBT在应用端的更新速度没有研发端那么快。IGBT是电力电子领域的核心元器件,客户在采用新一代IGBT产品前需要经过漫长的验证过程。此外,不是所有应用场合都追求最高性能,因此每一代的IGBT芯片都有着相对较长的使用寿命。

这也地下游的模块制造商产生影响,突出了掌握核心芯片技术的重要性。

设计IGBT芯片是高度复杂的工艺,要求芯片在大电流、高电压、高频率环境下能稳定运行。IGBT芯片的技术难度远超过IGBT模块。

IGBT芯片竞争格局和龙头梳理

在全球IGBT单管和模块市场中,英飞凌、富士电机、三菱电机这三家海外企业占据了市场的半壁江山。

国内企业如士兰微、斯达半导和中车时代在全球市场中的份额相对较小。在全球IGBT单管市场,仅有士兰微跻身前十大厂商之列,占据4%的市场份额;在模块市场,斯达半导和中车时代分别以3%和2%的份额位列前十。

目前国内仅有时代电气和斯达半导两家企业具备高压IGBT芯片的生产能力。

结语

IGBT技术的持续改进旨在降低损耗和提升耐压性能。当前国内厂商正加大技术研发投入,同时扩大产能布局。在新能源推动和政策支持下,IGBT市场有望加速国产替代迎来快速增长期。

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