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要缩小和国外IGBT差距,技术,工艺,应用都需要改进

五度易链 2019-04-17 1554 0

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​国内的企业在不断进行科技研究,缩小现在IGBT技术和应用的差距,未来的IGBT也会在这些方面逐步实现突破。

国内的企业在不断进行科技研究,缩小现在IGBT技术和应用的差距,未来的IGBT也会在这些方面逐步实现突破。

IGBT技术发展方向

1、低功率IGBT

IGBT应用范围一般都在600V、1KA、1KHz以上区域,为满足家电行业的发展需求,摩托罗拉、ST半导体、三菱等公司推出低功率IGBT产品,实用于家电行业的微波炉、洗衣机、电磁灶、电子整流器、照相机等产品的应用。

2、U-IGBT

U(沟槽结构)--IGBT是在管芯上刻槽,芯片元胞内部形成沟槽式栅极。采用沟道结构后,可进一步缩小元胞尺寸,减少沟道电阻,进步电流密度,制造相同额定电流而芯片尺寸最少的产品。现有多家公司生产各种U—IGBT产品,适用低电压驱动、表面贴装的要求。

3、NPT-IGBT

NPT(非穿通型)--IGBT采用薄硅片技术,以离子注进发射区代替高复杂、高本钱的厚层高阻外延,可降低生产本钱25%左右,耐压越高本钱差越大,在性能上更具有特色,高速、低损耗、正温度系数,无锁定效应,在设计600—1200V的IGBT时,NPT—IGBT可靠性最高。西门子公司可提供600V、1200V、1700V系列产品和6500V高压IGBT,并推出低饱和压降DLC型NPT—IGBT,依克赛斯、哈里斯、英特西尔、东芝等公司也相继研制出NPT—IGBT及其模块系列,富士电机、摩托罗拉等在研制之中,NPT型正成为IGBT发展方向。

4、SDB--IGBT

鉴于目前厂家对IGBT的开发非常重视,三星、快捷等公司采用SDB(硅片直接键合)技术,在IC生产线上制作第四代高速IGBT及模块系列产品,特点为高速,低饱和压降,低拖尾电流,正温度系数易于并联,在600V和1200V电压范围性能优良,分为UF、RUF两大系统。

5、超快速IGBT

国际整流器IR公司的研发重点在于减少IGBT的拖尾效应,使其能快速关断,研制的超快速IGBT可最大限度地减少拖尾效应,关断时间不超过2000ns,采用特殊高能照射分层技术,关断时间可在100ns以下,拖尾更短,重点产品专为电机控制而设计,现有6种型号,另可用在大功率电源变换器中。

6、IGBT/FRD

IR公司在IGBT基础上推出两款结合FRD(快速恢复二极管)的新型器件,IGBT/FRD有效结合,将转换状态的损耗减少20%,采用TO—247外型封装,额定规格为1200V、25、50、75、100A,用于电机驱动和功率转换,以IGBT及FRD为基础的新技术便于器件并联,在多芯片模块中实现更均匀的温度,进步整体可靠性。

7、IGBT功率模块

IGBT功率模块采用IC驱动,各种驱动保护电路,高性能IGBT芯片,新型封装技术,从复合功率模块PIM发展到智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块IPEM。PIM向高压大电流发展,其产品水平为1200—1800A/1800—3300V,IPM除用于变频调速外,600A/2000V的IPM已用于电力机车VVVF逆变器。平面低电感封装技术是大电流IGBT模块为有源器件的PEBB,用于舰艇上的导弹发射装置。IPEM采用共烧瓷片多芯片模块技术组装PEBB,大大降低电路接线电感,进步系统效率,现已开发成功第二代IPEM,其中所有的无源元件以埋层方式掩埋在衬底中。智能化、模块化成为IGBT发展热门。

IGBT市场发展方向

首先是绿色能源:目前我国的总体能源利用效率为33%左右,比发达国家低10%,节能工作面临较大压力,绿色能源的推动必不可少。

而目前中国已成为太阳能电池生产的第一大国,风力发电的累计装机容量也是连续实现翻番。无论是太阳能电池还是风力发电,其系统应用都需要把直流电转化为交流电,而承担这一任务的部件是逆变器,逆变器的核心“心脏”器件就是IGBT。

其次,新能源汽车:到目前为止,已有英、法、德等六国先后提出停售燃油车的时间表(挪威/荷兰2025年,德国/印度2030年,英法2040年),我国工信部也表态已经开始研究制定传统燃油车停售的时间表。

2013~2016年,我国新能源车产量从2万辆暴涨到50万辆,根据国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划》,至2020年,我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆,累计产销量超过500万辆,等效为8寸IGBT晶圆需求为100万片,累计250万片,市场相当庞大。

若拆解来看IGBT的模块约占新能源车成本10%、占充电桩成本约20%,预计未来5年,国内的新能源汽车及充电桩可望带动约200亿IGBT模块的市场需求。

另外就是工业自动化领域:机器人的大量使用,是近年来制造业企业转型升级的突出特点。我国自2013年成为世界最大工业机器人市场后,工业机器人使用量大幅攀升,年复合增长率超过20%,2016年机器人安装量更是高达8.5万台,超过全球新增工业机器人数量的30%。IGBT在工业用机器人领域也扮演重要的角色。

进口替代是我国IGBT发展趋势。我国IGBT器件90%依赖进口,国产市场份额主要被欧美、日本企业垄断。中国IGBT企业在研发与制造工艺方面极度缺乏经验,与世界先进水平差距很大。同时IGBT都是关键设备上的核心部件,设备厂商更换国产产品风险很大,这也是制约国内企业产品进入高端市场的障碍。

IGBT的发展受到政策的支持,其发展途径和发展途径都能得到好的保障,在这些扶持项目的背后,科技的提升和产业化的进程都能得到加快。


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