一文看懂IGBT （附IGBT国内外厂商）

IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。

IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU” 。
采取IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是办理能源短缺问题和降落碳排放的关键支撑技能。

IGBT因此GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿构造的复合器件。
其外部有三个电极，分别为G-栅极，C-集电极，E-发射极。

在IGBT利用过程中，可以通过掌握其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的掌握。

1）当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消逝，IGBT呈关断状态。

2）当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。

3）当集-射极电压UCE＞0时，分两种情形：

②若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。

②若栅-射极电压UGE＞Uth ，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常事情）。
此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降落。

IGBT各世代的技能差异

回顾功率器件过去几十年的发展，1950-60年代双极型器件SCR,GTR,GTO，该时段的产品通态电阻很小；电流掌握，掌握电路繁芜且功耗大；1970年代单极型器件VD-MOSFET。
但随着终端运用的需求，须要一种新功率器件能同时知足：驱动电路大略,以降落本钱与开关功耗、通态压降较低，以减鄙吝件自身的功耗。
1980年代初,试图把MOS与BJT技能集成起来的研究，导致了IGBT的发明。

1985年前后美国GE成功试制工业样品（可惜后来放弃）。
自此往后， IGBT紧张经历了6代技能及工艺改进。

从构造上讲，IGBT紧张有三个发展方向：

1）IGBT纵向构造：非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型；

2）IGBT栅极构造：平面栅机构、Trench沟槽型构造；

3）硅片加工工艺：外延成长技能、区熔硅单晶；

其发展趋势是：①降落损耗 ②降落生产本钱

总功耗＝ 通态损耗 (与饱和电压 VCEsat有关)+开关损耗 (Eoff Eon)。
同一代技能中通态损耗与开关损耗两者相互抵牾,互为消长。

IGBT模块按封装工艺来重视要可分为焊接式与压接式两类。
高压IGBT模块一样平常以标准焊接式封装为主，中低压IGBT模块则涌现了很多新技能，如烧结取代焊接，压力打仗取代引线键合的压接式封装工艺。

随着IGBT芯片技能的不断发展，芯片的最高事情结温与功率密度不断提高， IGBT模块技能也要与之相适应。
未来IGBT模块技能将环绕 芯片背面焊接固定 与 正面电极互连 两方面改进。
模块技能发展趋势：

无焊接、 无引线键合及无衬板/基板封装技能；内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功能元件，不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。

IGBT的紧张运用领域

作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT已广泛运用于工业、 4C(通信、打算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统家当领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等计策性新兴家当领域。

1）新能源汽车

IGBT模块在电动汽车中发挥着至关主要的浸染，是电动汽车及充电桩等设备的核心技能部件。
IGBT模块占电动汽车本钱将近10%，占充电桩本钱约20%。
IGBT紧张运用于电动汽车领域中以下几个方面：

A）电动掌握系统 大功率直流/互换(DC/AC)逆变后驱动汽车电机；

B）车载空调掌握系统 小功率直流/互换(DC/AC)逆变，利用电流较小的IGBT和FRD；

C）充电桩 智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件利用；

2）智能电网

IGBT广泛运用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端：

从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都须要利用IGBT模块。
从输电端来看，特高压直流输电中FACTS柔性输电技能须要大量利用IGBT等功率器件。
从变电端来看，IGBT是电力电子变压器（PET）的关键器件。
从用电端来看，家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。

3）轨道交通

IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种赞助变流器的主流电力电子器件。
互换传动技能是当代轨道交通的核心技能之一，在互换传动系统中牵引变流器是关键部件，而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一。

IGBT国内外市场规模

2015年国际IGBT市场规模约为48亿美元，估量到2020年市场规模可以达到80亿美元，年复合增长率约10%。
2014年海内IGBT发卖额是88.7亿元，约占环球市场的1∕3。
估量2020年中国IGBT市场规模将超200亿元，年复合增长率约为15%。

从公司来看，国外研发IGBT器件的公司紧张有英飞凌、 ABB、三菱、西门康、东芝、富士等。
中国功率半导体市场占天下市场的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上，90％紧张依赖入口，基本被国外欧美、日本企业垄断。

国外企业如英飞凌、 ABB、三菱等厂商研发的IGBT器件产品规格涵盖电压600V-6500V，电流2A-3600A，已形成完善的IGBT产品系列。

英飞凌、 三菱、 ABB在1700V以上电压等级的工业IGBT领域占绝对上风；在3300V以上电压等级的高压IGBT技能领域险些处于垄断地位。
在大功率沟槽技能方面，英飞凌与三菱公司处于国际领先水平。

西门康、仙童等在1700V及以下电压等级的消费IGBT领域处于上风地位。

只管我国拥有最大的功率半导体市场，但是目前海内功率半导体产品的研发与国际大公司比较还存在很大差距，特殊是IGBT等高端器件差距更加明显。
核心技能均节制在发达国家企业手中，IGBT技能集成度高的特点又导致了较高的市场集中度。
跟海内厂商比较，英飞凌、 三菱和富士电机等国际厂商霸占绝对的市场上风。
形成这种局势的缘故原由紧张是：

国际厂商起步早，研发投入大，形成了较高的专利壁垒。
国外高端制造业水平比海内要高很多，一定程度上支撑了国际厂商的技能上风

中国功率半导体家当的发展必须改变目前技能处于劣势的局势，特殊是要在家当链上游层面取得打破，改变目前功率器件领域封装强于芯片的现状。

总的来说，在技能差距方面有：高铁、智能电网、新能源与高压变频器等领域所采取的IGBT模块规格在6500V以上，技能壁垒较强；IGBT芯片设计制造、模块封装、失落效剖析、测试等IGBT家当核心技能仍节制在发达国家企业手中。

近几年中国IGBT家当在国家政策推动及市场牵引下得到迅速发展，已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完百口当链，IGBT国产化的进程加快，有望摆脱入口依赖。

受益于新能源汽车、轨道交通、智能电网等各种利好方法，IGBT市场将引来爆发点。
希望国产IGBT企业能从中崛起。

国外IGBT家当链紧张厂商

日德企业称霸环球

日系方面，环球有近70%的IGBT模块市场被三菱、东芝及富士等日系企业掌握。
德系的英飞凌也是环球IGBT龙头企业之一，其独立式 IGBT 功率晶体以24.7%的市场霸占率位居第一，IGBT 模块则以20.5%的市场霸占率位居第二。

瑞士系的ABB，长期保持着环球IGBT前十的地位，在高电压等级领域所向披靡。
美系的ON、Fairchild（已被ON收购）、ADI、Vishay等均为环球功率器件的领头羊。

环球前十大IGBT厂商

据调研机构IHS于2016年公布的报告，英飞凌（Infineon）以独占环球24.5%的份额高居榜首，日本三菱电机（Mitsubishi ）则以24.4%的环球份额位列第二，另一日系大厂富士电机（Fuji Electric）以12.2%的霸占率夺得季军。

其他排名依次为：赛米控（Semikron）、日立（Hitachi）、安森美（ON）、威科（Vincotech）、ABB（瑞士最大的IGBT厂商）、仙童（Fairchild，已被ON收购）、丹佛斯（Danfoss）、嘉兴斯达（Starpower）、东芝（Toshiba）、艾赛斯（IXYS）、CRRC（中国中车）、IR（国际整流器）。

以上排名中，三菱电机、富士电机、日立三家为日系公司，丹佛斯为丹麦公司，ABB为瑞士公司。
英飞凌、威科及艾赛斯均为德企，威科起源于德国西门子机电集团，现由日本三菱电机控股，艾赛斯的总部则设在美国。

2014年，美国IR被英飞凌以30亿美元收购，2016年，安森美以26亿美元收购仙童。
这两起大并购，迅速改写了IGBT环球市场的格局。

个中，大陆厂商嘉兴斯达及中国中车纷纭打入环球TOP15榜单，而嘉兴斯达目前还是海内最大的IGBT模块生产厂家。

以下几大厂商险些垄断了环球的IGBT市场：

三菱电机：从属于日本三菱企业集团，总部设在日本东京，创建于1921年，是一家具有90多年历史的企业。
三菱电机早于2009年，就已经推出了第六代IGBT产品。

目前，三菱电机把紧张资源集中在IGBT模块和智能功率模块(IPM)的生产上，其功率模块紧张运用于工业、家电、电力机车以及电力行业的变频器上，这几个行业在环球都有着长期、稳定的增长。
三菱电机的功率模块也运用于电动和混动汽车等快速发展的领域。
在功率模块市场上，三菱电机的发卖增长率超过环球市场的均匀增长水平。

英飞凌：脱胎于西门子半导体部门，于1999年4月1日在德国慕尼黑正式成立，2000年上市，2002年后更名为英飞凌科技公司（以下简称英飞凌）。

目前，英飞凌为天下上第三大IGBT生产商及唯一拥有8inIGBT器件生产线的厂家，且其技能已发展到12in。
作为少数几家节制IGBT芯片核心技能的公司，其IGBT芯片产量居环球首位，一些电力半导体厂家均从英飞凌购买IGBT芯片用于封装IGBT模块。

英飞凌的超薄IGBT芯片加工技能对其他厂家也是一个巨大的技能寻衅。
在环球功率半导体市场，英飞凌连续9年名列榜首。

如今，英飞凌IGBT模块在中国工业运用领域的市场份额遥居第一位。
个中，通用变频器超过55%，中高压变频器超过80%，逆变电焊机超过50%，感应加热超过80%，运输领域超过70％。

赛米控：别号西门康，环球前十大IGBT模块供应商，在1700V及以下电压等级的消费IGBT领域处于上风地位。
目前，赛米控在环球二极管和晶闸管半导体模块市场霸占25%的份额。

富士电机：天下第二大IGBT器件制造商，1987年景为松下电磁炉首个IGBT供应商，为丰田稠浊动力车供应IGBT器件使其又成为天下上最早进入汽车领域的IGBT供应商。
与此同时，富士还是日立的IGBT芯片供应商。
拥有全天下最多的IGBT器件方面的技能专利，总数达500件。

现在，富士电机的IGBT险些盘踞了整日本的电动汽车领域。

值得把稳的是，日本三洋于2008年被松下收购，2011年从东京证券交易所退市。
在此之前，三洋一贯是环球前十大IGBT供应商。
另一日今年夜厂东芝，虽然穷到准备出售其半导体业务，但是在IGBT领域仍有一定话语权。

海内IGBT家当链紧张厂商

以下为海内部分顶尖的IGBT厂商，涵盖了设计到制造：

个中，株洲时期电气是目前海内最大的IGBT生产商，现已建玉成球第二条、海内首条8英寸IGBT芯片专业生产线，具备年产12万片芯片、并配套形成年产100万只IGBT模块的自动化封装测试能力，芯片与模块电压范围实现从650V到6500V的全覆盖。

比亚迪则与国家电网、上海前辈半导体牵手，共同打造IGBT国产化家当链。
2015年8月，上海前辈半导体正式进入比亚迪新能源汽车用IGBT的供应链。
而西安永电电气的6500V/600A IGBT功率模块已成功下线，为环球第四个、海内第一个能够封装6500V以上电压等级IGBT的厂家。

华润上华和华虹宏力基于6英寸和8英寸的平面型和沟槽型1700V、2500V和3300V IGBT芯片也已进入量产。

1、株洲中车时期电气

类型：IDM紧张产品及做事：1200V-6500V高压模块，海内唯一自主节制了高铁动力IGBT芯片及模块技能的企业官网：http://www.timeselectric.cn/

2、深圳比亚迪

类型：IDM、模组紧张产品及做事：工业级IGBT模块、汽车级IGBT模块（新能源车用与上海前辈互助）、600V IGBT单管、IGBT驱动芯片官网：http://www.byd.cn/

3、杭州士兰微

类型：IDM紧张产品及做事：300-600V穿通型IGBT工艺，1200V非穿通型槽栅IGBT工艺，面向电焊机、变频器、光伏逆变器、电机逆变器、UPS电源、家电、消费电子官网：http://www.silan.com.cn/

4、吉林华微

类型：IDM紧张产品及做事：3英寸、4英寸、5英寸与6英寸等多条功率半导体分立器件及IC芯片生产线，运用于逆变器、电磁炉、UPS电源官网：http://www.hwdz.com.cn/

5、重庆中航微电子

类型：IDM紧张产品及做事：1200V/20-50A IGBT功率模块官网：http://www.skysilicon.com/

6、天津中环股份

类型：IDM紧张产品及做事：用于消费电子IGBT已经量产，高电压IGBT还在研发，节能型功率器件可用于充电桩官网：http://www.tjsemi.com/

7、西安永电（中国北车子公司）

类型：模块紧张产品及做事：1200V-6500V/75A-2400A高压模块，紧张面向轨道交通、智能电网等高压领域官网：http://www.xayonge.com.cn/

8、西安爱帕克

类型：模块紧张产品及做事：600V-1200V/50A-400A模块官网：http://www.irperi.com/

9、威海新佳

类型：模块紧张产品及做事：1200V/50A-300A模块，运用于AC和DC电机掌握、变频器、UPS等领域官网：http://www.singa.cn/

10、江苏宏微

类型：模块紧张产品及做事：600V-1200V/15A-60A单管、600-1700/15-800A模块，运用于特种电源、电焊机、UPS、逆变器、变频器等领域官网：http://www.macmicst.com/

11、嘉兴斯达

类型：模块、设计紧张产品及做事：600V-3300V/1800A-3700A模块官网：http://www.powersemi.cc/

12、南京银茂

类型：模块、设计紧张产品及做事：600V-1700V/15A-200A模块,运用于工业变频、新能源、电源装备等官网：http://www.njsme.com/

13、无锡中科君芯

类型：设计紧张产品及做事：海内唯一全面节制650V-6500V全电压段IGBT芯片技能企业，面向电磁感应加热、变频家电、逆变焊机、工业变频器、新能源等领域官网：http://www.cas-junshine.com/

14、西安芯派

类型：设计紧张产品及做事：650V-1700V/80A-600A IGBT，运用于电源管理、电池管理、电机掌握及充电桩等领域官网：http://www.semipower.com.cn/

15、吉林华微斯帕克

类型：设计紧张产品及做事：智能功率模块及大功率IGBT模块

16、宁波达新

类型：设计紧张产品及做事：单管、模块、面向逆变焊机、工业领域、白色家电、充电桩、UPS电源、光伏逆变器、空调、电磁感应加热官网：http://www.daxin-semi.com/

17、无锡同方微

类型：设计紧张产品及做事：600V/1200V/1350V,用于交/直流驱动、不间断电源、电磁炉、通用逆变器、开关和共振模式电源供给等官网：http://www.tsinghuaicwx.com/

18、无锡新洁能

类型：设计紧张产品及做事：Trench NPT/Trench FS工艺，1200V/1350V；适宜于电磁加热等各种软开关运用官网：http://www.ncepower.com/

19、上海金芯微电子

类型：设计紧张产品及做事：面向电磁炉领域

20、山东科达

类型：设计紧张产品及做事：600V、1200V单管、模块，运用于电磁炉、小功率逆变器、逆变焊机、无刷马达掌握器、UPS、开关电源、液晶电视及显示器、太阳能运用等领域官网：http://www.keda-group.com/

21、上海华虹宏力

类型：芯片制造紧张产品及做事：拥有600V-1200V Trench FS及1700V Trench NPT工艺；3300V-6500V高压芯片工艺正在研发官网：http://www.huahonggrace.com/

22、上海前辈

类型：芯片制造紧张产品及做事：为英飞凌代工官网：http://www.asmcs.com/

23、深圳方正微

类型：芯片制造紧张产品及做事：供应功劳分立器件IGBT晶圆制造技能官网：http://www.founderic.com/

24、上海中芯国际

类型：芯片制造紧张产品及做事：代工厂官网：http://www.smics.com/

25、无锡华润上华

类型：芯片制造紧张产品及做事：1200V phanar NPT IGBT工艺官网：http://www.csmc.com.cn/

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