功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展於兵書

功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展 無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展上世紀(jì)中葉以來，電子技術(shù)因?yàn)榫w管的出現(xiàn)而突飛猛進(jìn)地發(fā)展，不但極大地促進(jìn)了所有的行業(yè)發(fā)展，而且深刻影響著人類社會(huì)生活的方方面面。在名目繁多的晶體管產(chǎn)品中，功率晶體管一開始主要應(yīng)用在電力行業(yè)范圍，又稱電力電子器件。專業(yè)人士認(rèn)為，電力半導(dǎo)體器件可謂現(xiàn)代電力電子產(chǎn)業(yè)的“心臟”，能推動(dòng)約8.4倍的電力電子產(chǎn)品、114倍的相關(guān)電子產(chǎn)品的發(fā)展；通過運(yùn)用高頻電力電子技術(shù)，可以大大提高電能的使用效率，節(jié)約20%40%的電能源和90%以上的相關(guān)原材料，如對(duì)3KV以上的高壓大容量風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)設(shè)備，采用電力電子變頻調(diào)速技術(shù)，若電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率提高8%，年節(jié)電量便高達(dá)800億度，幾乎是三峽水電站一年的發(fā)電量。所以，電力電子器件從出現(xiàn)以來，一直以其超常的速度發(fā)展，穩(wěn)據(jù)其它半導(dǎo)體器件之前。一、電力電子器件的發(fā)展途徑十多年來，電力電子器件大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，也即有三個(gè)主要的發(fā)展途徑:提高器件的電流、電壓容量是一個(gè)貫穿始終的目標(biāo);從80年代初期開始，在低功耗、多功能方面也作了很多努力;從1988年開始，又提出了智能化的要求。下面將簡(jiǎn)要介紹在這三個(gè)方面所取得的進(jìn)展。1大容量化功率器件的大容量化與其適用的頻率有很大關(guān)系，隨功率變換裝置的控制方式從PAM（脈幅調(diào)制）進(jìn)展到正弦波PWM（脈寬調(diào)制）方式，頻率也提高到20kHz以上。與此相應(yīng)，GTR（包括單個(gè)雙極晶體管、達(dá)林頓管和GTR模塊）代替了過去的SCR，可覆蓋耐壓1500v、電流100OA以下的領(lǐng)域。但在此容量以上時(shí)，由于GTR中hr。降低和飽和壓降增大的問題更為突出，GTO和SCR就成了主流器件。目前，隨IGBT等MOS復(fù)合器件的大容量化，即使過去認(rèn)為是GTO領(lǐng)域的工業(yè)用電源和電車等也正在擴(kuò)展到IGBT的應(yīng)用范圍。2、低功耗、多功能化第1頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司從低功耗方面考慮，雙極晶體管比起GTO來關(guān)斷增益高，反向偏置驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，因此普及較早。進(jìn)而出現(xiàn)了正向驅(qū)動(dòng)電路也能簡(jiǎn)單化的MOSFET。MOSFET有優(yōu)良的開關(guān)性能，在耐壓較低的情況下（如600V以下）導(dǎo)通電壓也低，但由于是單極器件，不會(huì)產(chǎn)生電導(dǎo)率調(diào)制，在高耐壓情況下有導(dǎo)通電壓急劇增大的缺點(diǎn)，因此不可能全面替代雙極晶體管。具有MOS結(jié)構(gòu)的雙極器件IGBT兼有兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，作為在功率MOSFET所不能達(dá)到的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的器件而快速發(fā)展。它的頻率可達(dá)到15kHz以上，在PWM控制的低噪聲逆變器中起了主要作用。但與過去驅(qū)動(dòng)的雙極逆變器比較，開關(guān)損耗大，冷卻用散熱片也需增大，效率低，這些問題在IGBT的普及中是個(gè)大的障礙。為了改善這種狀況，最近開發(fā)了第三代IGBT，在具有高速開關(guān)特性的同時(shí)，飽和電壓達(dá)到與雙極晶體管相當(dāng)?shù)?V以下的水平，幾乎接近IGBT的理論極限。今后還將采用開關(guān)性能與第三代IGBT相當(dāng)、飽和電壓進(jìn)一步降低到1V左右的新型器件，如MOS1極晶閘管等。3、智能化最近幾年除了開發(fā)及改進(jìn)主電路功率部分中的功率器件外，包括外部國控制電路和保護(hù)電路的智能功率IC的開發(fā)也很活躍。其主要方法一個(gè)是單片方式的智能功率IC，另一個(gè)是混合方式的智能功率模塊。前者最初用低壓MOSFET為主要器件，多用于汽車工業(yè)，最近以高耐壓IGBT作主要器件的高壓功率IC也已發(fā)表，適用于容量較小的功率變換裝置和功率器件驅(qū)動(dòng)電路等。后者最初以雙極晶體管為主要器件，最近以IGBT為主要器件的智能功率模塊也己實(shí)用化，已在從l馬力驅(qū)動(dòng)的家庭用空調(diào)逆變器到工業(yè)用中、大容量逆變器中應(yīng)用。今后隨著功率器件性能的提高及需方對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)間短、組裝工藝簡(jiǎn)單、裝置小而輕等的要求，智能化器件的意義也將越來越大。二、IGBT器件概念I(lǐng)GBT是一種非常獨(dú)特的器件。西方發(fā)達(dá)國家迄今嚴(yán)守其核心技術(shù)秘密，不第2頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司輕易向中國等發(fā)展中國家轉(zhuǎn)讓，可見其重要性。IGBT是絕緣柵雙極型晶體管（IsolatedGateBipolarTransistor），它是八十年代初誕生，九十年代迅速發(fā)展起來的新型復(fù)合電力電子器件。IGBT將MOSFET與GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，既有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓驅(qū)動(dòng)型，又具有通態(tài)壓降低、高電壓、大電流的優(yōu)點(diǎn)。因此，IGBT的新技術(shù)、新工藝不斷有新的突破；應(yīng)用頻率硬開關(guān)5KHz?40KHz,軟開關(guān)40KHz?150KHz；功率從五千瓦到幾百千瓦的應(yīng)用場(chǎng)合。IGBT器件將不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，為高效節(jié)能、節(jié)材，為新能源、工業(yè)自動(dòng)化（高頻電焊機(jī)，高頻超聲波，逆變器，斬波器，UPS/EPS,感應(yīng)加熱）提供了新的商機(jī)。1、什么是IGBTIGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）,絕緣柵雙極型功率管，是由8"（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式電力電子器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。圖1所示為一個(gè)N溝道增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，N+區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極。N+區(qū)稱為漏區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在漏、源之間的P型區(qū)（包括P+和P一區(qū)）（溝道在該區(qū)域形成），稱為亞溝道區(qū)（Subchannelregion）。而在漏區(qū)另一側(cè)的P+區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)（Draininjector），它是IGBT特有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成PNP雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進(jìn)行導(dǎo)電調(diào)制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極。IGBT的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動(dòng)方法和MOSFET基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET,所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET的溝道形成后，從P+基極注入到N一層第3頁共40頁

無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司的空穴（少子），對(duì)N一層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減小N一層的電阻，使IGBT在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。IGBT的工作特性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類：圖1圖1N溝道IGBT示意圖（1）靜態(tài)特性IGBT的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。IGBT的伏安特性是指以柵源電壓Ugs為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它與GTR的輸出特性相似.也可分為飽和區(qū)1、放大區(qū)2和擊穿特性3部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT,正向電壓由J2結(jié)承擔(dān)，反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。如果無N+緩沖區(qū)，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入N+緩沖區(qū)后，反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平，因此限制了IGBT的某些應(yīng)用范圍。IGBT的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs之間的關(guān)系曲線。它與MOSFET的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開啟電壓Ugs（th）時(shí)，IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)，Id與Ugs呈線性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15V左右。IGBT的開關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT處于導(dǎo)通態(tài)第4頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司時(shí)，由于它的PNP晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其值極低。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。此時(shí)，通態(tài)電壓Uds(on)可用下式表示Uds(on)=Uj1+Udr+IdRoh式中，Uj1——JI結(jié)的正向電壓，其值為0.7?1V；Udr——擴(kuò)展電阻Rdr上的壓降；Roh——溝道電阻。通態(tài)電流Ids可用下式表示：Ids=(1+Bpnp)Imos式中Imos——流過MOSFET的電流。由于N+區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以IGBT的通態(tài)壓降小，耐壓1000V的IGBT通態(tài)壓降為2?3V。IGBT處于斷態(tài)時(shí)，只有很小的泄漏電流存在。(2)動(dòng)態(tài)特性IGBT在開通過程中，大部分時(shí)間是作為MOSFET來運(yùn)行的，只是在漏源電壓Uds下降過程后期，PNP晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。td(on)為開通延遲時(shí)間，tri為電流上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常給出的漏極電流開通時(shí)間ton即為td(on)tri之和。漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1和tfe2組成。IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負(fù)向電壓，柵極電壓可由不同的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生。當(dāng)選擇這些驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，必須基于以下的參數(shù)來進(jìn)行：器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。因?yàn)镮GBT柵極-發(fā)射極阻抗大，故可使用MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觸發(fā)，不過由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大，故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多MOSFET驅(qū)動(dòng)電路提供的偏壓更高。IGBT在關(guān)斷過程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因?yàn)镸OSFET關(guān)斷后，PNP晶體管的存儲(chǔ)電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長的尾部時(shí)間，td(off)為關(guān)斷延遲時(shí)間，trv為電壓Uds(f)的上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成，而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間第5頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司t(off)=td(off)+trv十t(f)式中，td(off)與trv之和又稱為存儲(chǔ)時(shí)間。IGBT的開關(guān)速度低于MOSFET，但明顯高于GTR。IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要負(fù)柵壓來減少關(guān)斷時(shí)間，但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。IGBT的開啟電壓約3?4V,和MOSFET相當(dāng)。IGBT導(dǎo)通時(shí)的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近，飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。正式商用的IGBT器件的電壓和電流容量還很有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電力電子應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的需求；高壓領(lǐng)域的許多應(yīng)用中，要求器件的電壓等級(jí)達(dá)到10KV以上，目前只能通過IGBT高壓串聯(lián)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高壓應(yīng)用。國外的一些廠家如瑞士ABB公司采用軟穿通原則研制出了8KV的IGBT器件，德國的EUPEC生產(chǎn)的6500V/600A高壓大功率IGBT器件已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用，日本東芝也已涉足該領(lǐng)域。與此同時(shí)，各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商不斷開發(fā)IGBT的高耐壓、大電流、高速、低飽和壓降、高可靠性、低成本技術(shù)，主要采用1m以下制作工藝，研制開發(fā)取得一些新進(jìn)展。2、功率半導(dǎo)體器件和IGBT的發(fā)展歷史功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，從時(shí)間上梳理，大致可分為三個(gè)階段。第一階段：上世紀(jì)六十到七十年代，各種類型的晶閘管和大功率達(dá)林頓晶體管有了很大的發(fā)展，或可稱為是雙極性的年代。其服務(wù)對(duì)象是以工業(yè)應(yīng)用為主，包括電力系統(tǒng)，機(jī)車牽引等。第二階段是上世紀(jì)八十到九十年代，由于功率MOSFET的興起，使電力電子步入了一個(gè)新的領(lǐng)域。為近代蓬勃發(fā)展的4C產(chǎn)業(yè)：即Communication,Computer,Consumer,Car(通信，電腦，消費(fèi)電器，汽車)提供了新的活力。二十一世紀(jì)前后，功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展又進(jìn)入了第三階段，即和集成電路結(jié)合愈來愈緊密的階段功率半導(dǎo)體器件在朝著兩個(gè)方向發(fā)展：雙極性方向即超大功率方向；單極性方向。這就和集成電路建立了密不可分的關(guān)系。從技術(shù)進(jìn)步的角度來說：1979年，MOS柵功率開關(guān)器件作為IGBT概念的先驅(qū)即已被介紹到世間。這第6頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司種器件表現(xiàn)為一個(gè)類晶閘管的結(jié)構(gòu)（P-N-P-N四層組成），其特點(diǎn)是通過強(qiáng)堿濕法刻蝕工藝形成了V形槽柵。80年代初期，用于功率MOSFET制造技術(shù)的DMOS（雙擴(kuò)散形成的金屬-氧化物-半導(dǎo)體）工藝被采用到IGBT中來。在那個(gè)時(shí)候，硅芯片的結(jié)構(gòu)是一種較厚的NPT（非穿通）型設(shè)計(jì)。后來，通過采用PT（穿通）型結(jié)構(gòu)的方法得到了在參數(shù)折衷方面的一個(gè)顯著改進(jìn)，這是隨著硅片上外延的技術(shù)進(jìn)步，以及采用對(duì)應(yīng)給定阻斷電壓所設(shè)計(jì)的n+緩沖層而進(jìn)展的。幾年當(dāng)中，這種在采用PT設(shè)計(jì)的外延片上制備的DMOS平面柵結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)規(guī)則從5微米先進(jìn)到3微米。90年代中期，溝槽柵結(jié)構(gòu)又返回到一種新概念的IGBT，它是采用從大規(guī)模集成（LSI）工藝借鑒來的硅干法刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新刻蝕工藝，但仍然是穿通（PT）型芯片結(jié)構(gòu)。在這種溝槽結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了在通態(tài)電壓和關(guān)斷時(shí)間之間折衷的更重要的改進(jìn)。硅芯片的重直結(jié)構(gòu)也得到了急劇的轉(zhuǎn)變，先是采用非穿通（NPT）結(jié)構(gòu)，繼而變化成弱穿通（LPT）結(jié)構(gòu)，這就使安全工作區(qū)（SOA）得到同表面柵結(jié)構(gòu)演變類似的改善。這次從穿通（PT）型技術(shù)先進(jìn)到非穿通（NPT）型技術(shù)，是最基本的，也是很重大的概念變化。這就是：穿通（PT）技術(shù)會(huì)有比較高的載流子注入系數(shù)，而由于它要求對(duì)少數(shù)載流子壽命進(jìn)行控制致使其輸運(yùn)效率變壞。另一方面，非穿通（NPT）技術(shù)則是基于不對(duì)少子壽命進(jìn)行殺傷而有很好的輸運(yùn)效率，不過其載流子注入系數(shù)卻比較低。進(jìn)而言之，非穿通（NPT）技術(shù)又被軟穿通（LPT）技術(shù)所代替，它類似于某些人所謂的“軟穿通”（SPT）或“電場(chǎng)截止”（FS）型技術(shù)，這使得“成本一性能”的綜合效果得到進(jìn)一步改善。1996年，CSTBT（載流子儲(chǔ)存的溝槽柵雙極晶體管）使第5代IGBT模塊得以實(shí)現(xiàn)，它采用了弱穿通（LPT）芯片結(jié)構(gòu)，又采用了更先進(jìn)的寬元胞間距的設(shè)計(jì)。目前，包括一種“反向阻斷型”（逆阻型）功能或一種“反向?qū)ㄐ汀保鎸?dǎo)型）功能的IGBT器件的新概念正在進(jìn)行研究，以求得進(jìn)一步優(yōu)化。IGBT功率模塊采用IC驅(qū)動(dòng)，各種驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，高性能IGBT芯片，新型第7頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司封裝技術(shù)，從復(fù)合功率模塊PIM發(fā)展到智能功率模塊IPM、電力電子積木PEBB、電力模塊IPEM。PIM向高壓大電流發(fā)展，其產(chǎn)品水平1200—1800A/1800—3300V，IPM除用于變頻調(diào)速外，600A/2000V的IPM已用于電力機(jī)車VVVF逆變器。平面低電感封裝技術(shù)是大電流IGBT模塊為有源器件的PEBB，用于艦艇上的導(dǎo)彈發(fā)射裝置。IPEM采用共燒瓷片多芯片模塊技術(shù)組裝PEBB，大大降低電路接線電感，提高系統(tǒng)效率，現(xiàn)已開發(fā)成功第二代IPEM，其中所有的無源元件以埋層方式掩埋在襯底中。智能化、模塊化成為IGBT發(fā)展熱點(diǎn)?，F(xiàn)在,大電流高電壓的IGBT已模塊化,它的驅(qū)動(dòng)電路除上面介紹的由分立元件構(gòu)成之外,現(xiàn)在已制造出集成化的IGBT專用驅(qū)動(dòng)電路.其性能更好,整機(jī)的可靠性更高及體積更小。IGBT的應(yīng)用反過來極大地促進(jìn)了有關(guān)行業(yè)的發(fā)展。以我國電氣傳動(dòng)與變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展歷史為例，從下表中可以看到，現(xiàn)階段，IGBT成為行業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵器件：特 征應(yīng)用年代電動(dòng)機(jī)機(jī)組傳動(dòng)50年代初一70年代中汞弧整流器供電的直流調(diào)速傳動(dòng)50年代后一60年代后期磁放大器勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)機(jī)組傳動(dòng)60年代初一70年代中晶閘管變流器勵(lì)磁的發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)機(jī)組60年代后期一70年代后期晶閘管變流器供電的直流調(diào)速傳動(dòng)70年代初一現(xiàn)在飽和磁放大器供電的交流調(diào)速傳動(dòng)60年代初一60年代后期靜止串級(jí)調(diào)速、交流調(diào)速傳動(dòng)70年代中一現(xiàn)在循環(huán)變流器供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng)80年代后期一現(xiàn)在電壓或電流型6脈沖逆變器供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng)80年代初一現(xiàn)在BJT（IGBT）PWM逆變器供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng)90年代初一現(xiàn)在三、IGBT的分類IGBT（絕緣柵雙極晶體管）作為新型電力半導(dǎo)體場(chǎng)控自關(guān)斷器件，集功率MOSFET的高速性能與雙極性器件的低電阻于一體，具有輸入阻抗高，電壓控制第8頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功耗低，控制電路簡(jiǎn)單，耐高壓，承受電流大等特性，在各種電力變換中獲得極廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商不斷開發(fā)IGBT的高耐壓、大電流、高速、低飽和壓降、高可靠、低成本技術(shù)，主要采用1um以下制作工藝，研制開發(fā)取得一些新進(jìn)展。1、低功率IGBTIGBT應(yīng)用范圍一般都在600V、1KA、1KHz以上區(qū)域，為滿足家電行業(yè)的發(fā)展需求，摩托羅拉、ST半導(dǎo)體、三菱等公司推出低功率IGBT產(chǎn)品，實(shí)用于家電行業(yè)的微波爐、洗衣機(jī)、電磁灶、電子整流器、照相機(jī)等產(chǎn)品的應(yīng)用。U-IGBTU（溝槽結(jié)構(gòu)）--IGBT是在管芯上刻槽，芯片元胞內(nèi)部形成溝槽式柵極。采用溝道結(jié)構(gòu)后，可進(jìn)一步縮小元胞尺寸，減少溝道電阻，提高電流密度，制造相同額定電流而芯片尺寸最少的產(chǎn)品?，F(xiàn)有多家公司生產(chǎn)各種U—IGBT產(chǎn)品，適用低電壓驅(qū)動(dòng)、表面貼裝的要求。NPT-IGBTNPT（非傳統(tǒng)型）--IGBT采用薄硅片技術(shù)，以離子注入發(fā)射區(qū)代替高復(fù)雜、高成本的厚層高阻外延，可降低生產(chǎn)成本25%左右，耐壓越高成本差越大，在性能上更具有特色，高速、低損耗、正溫度系數(shù)，無鎖定效應(yīng)，在設(shè)計(jì)600—1200V的IGBT時(shí)，NPT—IGBT可靠性最高。西門子公司可提供600V、1200V、1700V系列產(chǎn)品和6500V高壓IGBT,并推出低飽和壓降DLC型NPT—IGBT,依克賽斯、哈里斯、英特西爾、東芝等公司也相繼研制出NPT—IGBT及其模塊系列，富士電機(jī)、摩托羅拉等在研制之中，NPT型正成為IGBT發(fā)展方向。SDB--IGBT鑒于目前廠家對(duì)IGBT的開發(fā)非常重視，三星、快捷等公司采用SDB（硅片直接鍵合）技術(shù)，在IC生產(chǎn)線上制作第四代高速IGBT及模塊系列產(chǎn)品，特點(diǎn)為第9頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司高速，低飽和壓降，低拖尾電流，正溫度系數(shù)易于并聯(lián)，在600V和1200V電壓范圍性能優(yōu)良，分為UF、RUF兩大系統(tǒng)。5、超快速IGBT國際整流器（IR）公司的研發(fā)重點(diǎn)在于減少IGBT的拖尾效應(yīng)，使其能快速關(guān)斷，研制的超快速IGBT可最大限度地減少拖尾效應(yīng)，關(guān)斷時(shí)間不超過2000ns，采用特殊高能照射分層技術(shù)，關(guān)斷時(shí)間可在100ns以下，拖尾更短，重點(diǎn)產(chǎn)品專為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)，現(xiàn)有6種型號(hào)，另可用在大功率電源變換器中。6、IGBT/FRDIR公司在IGBT基礎(chǔ)上推出兩款結(jié)合FRD（快速恢復(fù)二極管）的新型器件，IGBT/FRD有效結(jié)合，將轉(zhuǎn)換狀態(tài)的損耗減少20%，采用TO—247外型封裝，額定規(guī)格為1200V、25、50、75、100A，用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)和功率轉(zhuǎn)換，以IGBT及FRD為基礎(chǔ)的新技術(shù)便于器件并聯(lián)，在多芯片模塊中實(shí)現(xiàn)更平均的溫度，提高整體可靠性。7、IGBT功率模塊IGBT功率模塊采用IC驅(qū)動(dòng)，各種驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，高性能IGBT芯片，新型封裝技術(shù)，從復(fù)合功率模塊PIM發(fā)展到智能功率模塊IPM、電力電子積木PEBB、電力模塊IPEM。PIM向高壓大電流發(fā)展，其產(chǎn)品水平為1200—1800A/1800—3300V，IPM除用于變頻調(diào)速外，600A/2000V的IPM已用于電力機(jī)車VVVF逆變器。平面低電感封裝技術(shù)是大電流IGBT模塊為有源器件的PEBB，用于艦艇上的導(dǎo)彈發(fā)射裝置。IPEM采用共燒瓷片多芯片模塊技術(shù)組裝PEBB，大大降低電路接線電感，提高系統(tǒng)效率，現(xiàn)已開發(fā)成功第二代IPEM，其中所有的無源元件以埋層方式掩埋在襯底中。智能化、模塊化成為IGBT發(fā)展熱點(diǎn)。四、國內(nèi)功率器件的市場(chǎng)狀況無論是電源管理IC還是功率分立器件，都是市場(chǎng)發(fā)展較快的電子器件，其增長率一直高于半導(dǎo)體整體市場(chǎng)的增長率，整體來看，近幾年來中國功率器件市場(chǎng)的增長率都保持在20%以上，2002到2006年的復(fù)合增長率達(dá)到29.4%，市場(chǎng)第10頁共40頁

無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司的高速發(fā)展主要是因?yàn)槭褂霉β势骷南掠萎a(chǎn)品產(chǎn)量的大幅增長以及功率器件技術(shù)的快速更新。圖2 圖2 2002-2006年中國功率器件市場(chǎng)規(guī)模與增長數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問2007,011、功率器件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從功率器件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，功率IC和MOSFET的市場(chǎng)份額較大，分別占有40.4%和26.0%的市場(chǎng)份額，是中國功率半導(dǎo)體市場(chǎng)上最重要的兩個(gè)產(chǎn)品，此外，大功率晶體管、達(dá)林頓管、IGBT和晶閘管也占有一定的市場(chǎng)份額。幾乎所有的電子產(chǎn)品都會(huì)用到功率IC,近年來，隨著整機(jī)產(chǎn)量的增加，功率IC市場(chǎng)的發(fā)展也十分迅速。功率MOSFET的應(yīng)用也十分廣泛，其中20V產(chǎn)品主要用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)，30V產(chǎn)品主要用于計(jì)算機(jī)主板、顯卡，40V產(chǎn)品主要用于機(jī)頂盒和電動(dòng)自行車60V產(chǎn)品主要用于UPS、汽車雨刷、汽車音響、馬達(dá)控制，80V以上產(chǎn)品主要用于LCDTV、LCD顯示器和其他儀器儀表等，而150V-400V的產(chǎn)品主要用于照明、CRT電視、CRT顯示器、背投電視、電熱水器和洗衣機(jī)等，400V-800V產(chǎn)品主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、車燈控制、電機(jī)控制，嵌入式電源和電源適配器等，800V-1000V的產(chǎn)品主要用于風(fēng)力發(fā)電、電焊機(jī)和中低壓變頻器等、1000V以上產(chǎn)品主要用于高壓變頻器、發(fā)電和變電設(shè)備等。由于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算機(jī)主板、顯卡、LCD顯示器等產(chǎn)品產(chǎn)量龐大導(dǎo)致電壓在20V-100V之間的MOSFET用量最大。第11頁共40頁

功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展圖3 2006年中國功率器件市場(chǎng)按產(chǎn)品分銷售額（億元）IGBT雖然份額較小，但發(fā)展快速，從 IGBT耐壓范圍上看，電壓在600V-1200V之間的IGBT用量最大，目前在電磁爐、電源、變頻家電等產(chǎn)品中使用的IGBT耐壓一般都是600V和1200V。低于600V的IGBT產(chǎn)品主要使用在數(shù)碼相機(jī)閃光燈和汽車點(diǎn)火器上。電壓大于1200V的IGBT主要以1700VIGBT為主，該產(chǎn)品在高壓變頻器等工業(yè)產(chǎn)品上廣泛使用。2、功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域從應(yīng)用領(lǐng)域來看，中國功率半導(dǎo)體市場(chǎng)主要分布在消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制等領(lǐng)域。2006年中國功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的銷售額應(yīng)用結(jié)構(gòu)中，消費(fèi)類占24.0%的份額，其次為工控領(lǐng)域，占23.4%的份額，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域占21.8%，網(wǎng)絡(luò)通信類占20.5%，這四大領(lǐng)域占據(jù)了中國功率器件市場(chǎng)近90%的市場(chǎng)份額。此外，汽車電子和其它應(yīng)用占10.3%的市場(chǎng)份額。應(yīng)該說網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域是2006年中國電源管理芯片市場(chǎng)發(fā)展最快的領(lǐng)域，2006年中國網(wǎng)絡(luò)通信類產(chǎn)品普遍具有較高的增長率，GSM手機(jī)、WLANAP、路由器、移動(dòng)程控交換機(jī)、DSL終端和VOIP設(shè)備等產(chǎn)品產(chǎn)量都具有超過40%的增長率，通信類整機(jī)產(chǎn)品產(chǎn)量的高速增長直接帶動(dòng)了該領(lǐng)域功率器件市場(chǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域占整體功率器件市場(chǎng)的比重較2005年有所上升。第12頁共40頁功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司口1k功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司口1k控由!U￡?.q汽車電子,網(wǎng)絡(luò)通信,13艮oH它，337,5.1%圖4 2006年中國功率器件市場(chǎng)按應(yīng)用領(lǐng)域分銷售額（億元）數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問2007,01最近2——5年是高壓變頻調(diào)速領(lǐng)域大發(fā)展的最好時(shí)機(jī)，市場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)倍增快速增長，有可能達(dá)到100億/年以上的市場(chǎng)規(guī)模，高壓變頻器市場(chǎng)在10年內(nèi)不會(huì)飽和，國內(nèi)應(yīng)當(dāng)能夠出現(xiàn)5——8家上規(guī)模的企業(yè)并逐漸取代國外產(chǎn)品，占到80%以上的市場(chǎng)份額，這是因?yàn)椋瑖鴥?nèi)廠家對(duì)這個(gè)市場(chǎng)，對(duì)中國用戶更了解，開發(fā)的產(chǎn)品適用性更強(qiáng)，高壓變頻器畢竟不是一個(gè)完全標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，總要結(jié)合各類用戶的現(xiàn)場(chǎng)不同要求，做適當(dāng)?shù)亩伍_發(fā)，這點(diǎn)國外廠家和代理商不易做到。國產(chǎn)高壓變頻器已經(jīng)全面進(jìn)入電力、冶金、石化、建材等重要領(lǐng)域，同時(shí)，國產(chǎn)高壓變頻器占有1/3的市場(chǎng)份額。對(duì)于目前高壓變頻器的市場(chǎng)形勢(shì)，更大的應(yīng)用高潮正在逐步形成。功率器件包括IGBT在這里大有可為。3、國外廠商在我國國內(nèi)市場(chǎng)的地位在目前我國功率器件市場(chǎng)上，國外廠商占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，中國市場(chǎng)絕大多數(shù)的市場(chǎng)份額被國外廠商占據(jù)。從目前全球功率半導(dǎo)體廠商的區(qū)域分布來看，主要是歐美、日本和臺(tái)灣廠商。另外從功率半導(dǎo)體廠商的類型來看，多數(shù)功率芯片廠商是IDM廠商，F(xiàn)abless也占據(jù)了一定比例。美國、日本和歐洲功率芯片廠商大部分屬于IDM廠商，而中國臺(tái)灣廠商則絕大多數(shù)屬于Fabless廠商。美國功率器件處于世界領(lǐng)先地位，擁有一批具有全球影響力的廠商，例如TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS和Vishay等廠商。其中美國廠商在功率IC領(lǐng)域具有絕對(duì)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于其它地區(qū)的企業(yè)，美國廠商在技術(shù)和市場(chǎng)上都保持世界領(lǐng)先地位。第13頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司歐洲擁有Infineon、ST和NXP三家全球半導(dǎo)體大廠，產(chǎn)品線齊全，無論是功率IC還是功率分離器件都具有領(lǐng)先實(shí)力，此外，Semikron和Aupec等廠商在分離器件領(lǐng)域也有較強(qiáng)實(shí)力，亞太地區(qū)是歐洲這幾家企業(yè)最大的應(yīng)用市場(chǎng)，其次是歐洲市場(chǎng)。日本功率器件廠商主要有Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、TOSHIBA、Rohm、Matsushita、FujiElectric等等，日本廠商在分立功率器件方面做的較好，但在功率芯片方面，雖然廠商數(shù)量眾多，但很多廠商的核心業(yè)務(wù)并非功率芯片，從整體市場(chǎng)份額來看，日本廠商落后于美國廠商。中國臺(tái)灣的功率芯片市場(chǎng)發(fā)展較快，擁有立锜（Richtek）、富鼎先進(jìn)（APower）、茂達(dá)（Anpec）、安茂（AME）、致新（GMT）和沛亨（AIC）等一批廠商。臺(tái)灣廠商主要偏重于DC/DC領(lǐng)域，主要產(chǎn)品包括線性穩(wěn)壓器、PWMIC和功率MOSFET，從事前兩種IC產(chǎn)品開發(fā)的公司居多?？傮w來看，臺(tái)灣功率廠商的發(fā)展較快，技術(shù)方面和國際領(lǐng)先廠商進(jìn)的差距一步縮小，產(chǎn)品主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)主板、顯卡、數(shù)碼產(chǎn)品和LCD等設(shè)備。4、我國國產(chǎn)功率半導(dǎo)體器件在國內(nèi)市場(chǎng)的現(xiàn)狀我國功率器件本土廠商起步較晚，技術(shù)和市場(chǎng)都相對(duì)落后，但近年中小型設(shè)計(jì)企業(yè)發(fā)展較快，這些企業(yè)多數(shù)都是由歸國學(xué)者創(chuàng)建，同時(shí)引入具有國際IC公司工作經(jīng)驗(yàn)的工程師來提高競(jìng)爭(zhēng)力。在國內(nèi)的設(shè)計(jì)公司中，哈爾濱圣邦微電子、長運(yùn)通、芯源科技和深圳美芯等公司都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品量產(chǎn)，但是，還沒有涉及IGBT的。在國際上，IGBT作為一種主流器件，已經(jīng)發(fā)展到了商業(yè)化的第五代，而我國只有少數(shù)企業(yè)從事中小功率IGBT的封裝，而且尚未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。而在IGBT芯片的產(chǎn)業(yè)化以及大功率IGBT的封裝方面，更是一片空白。有幾家公司正朝規(guī)?；a(chǎn)MOSFET和IGBT努力：（1）、斯達(dá)半導(dǎo)體有限公司是一家外商獨(dú)資（美資）高科技企業(yè),成立于2005年3月,位于浙江省嘉興市科技城內(nèi)，占地面積約106畝，一期投資2億人民幣.公第14頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司司從國外引進(jìn)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，配置最先進(jìn)的儀器設(shè)備建成IGBT模塊生產(chǎn)線和占地2000平方米的千級(jí)凈化廠房,并在美國硅谷設(shè)有研究中心，主要從事功率半導(dǎo)體器件IGBT的設(shè)計(jì)、封裝和銷售，是國內(nèi)唯一一家具有自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和封裝能力的功率半導(dǎo)體模塊廠家.。公司的主要管理人員和技術(shù)骨干都是畢業(yè)于國際著名大學(xué)的博士，在國外著名半導(dǎo)體公司從事功率半導(dǎo)體器件的研究和生產(chǎn)，擁有十余年以上IGBT模塊的設(shè)計(jì)制造工作經(jīng)驗(yàn)。.公司產(chǎn)品的原材料大部分是從國外知名公司進(jìn)口.目前,大功率IGBT模塊的高可靠性保證、模塊熱分析模型、模塊熱阻分析等關(guān)鍵技術(shù)已研發(fā)成功.模塊樣品通過內(nèi)部檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足應(yīng)用需求，產(chǎn)品技術(shù)水平達(dá)到國際市場(chǎng)同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，產(chǎn)品被廣泛用于變頻器、電焊機(jī)、電源等行業(yè)。該公司的研發(fā)基地在美國，國內(nèi)的生產(chǎn)全靠從美國進(jìn)口芯片。（2）、山東省東營市科英公司從美國引進(jìn)了一個(gè)海歸自主研發(fā)的IGBT新型功率半導(dǎo)體芯片，順利通過山東省科技廳組織的科學(xué)技術(shù)成果鑒定。得到了國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)化基金支持，原定有5000萬元，但該博士繼續(xù)留在美國，沒有下決心回國全職從事IGBT的研究和生產(chǎn)，所以，發(fā)改委在支付了20%的資金以后，停止了后續(xù)的支持。原計(jì)劃該產(chǎn)品年生產(chǎn)能力5000萬只，銷售收入10億元，將逐步成為科英公司主導(dǎo)產(chǎn)品，并打破國外來料加工生產(chǎn)的制約，現(xiàn)在處于停頓狀態(tài)。（3）、深圳芯源科技公司芯源在2004年投資了上百萬美元，從韓國引進(jìn)當(dāng)今較先進(jìn)的MOSFET生產(chǎn)工藝，突破國內(nèi)MOSFET在生產(chǎn)工藝上的瓶頸，進(jìn)行完全自主的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。其系列化MOSFET現(xiàn)在已經(jīng)可以批量出貨，歐普、朗能等節(jié)能燈大廠商均已開始從芯源采購產(chǎn)品。該公司的功率MOSFETSW630采用芯源的VDMOS平面條形化工藝，導(dǎo)通電阻低為0.4歐姆，開關(guān)時(shí)間短，柵極電荷低，具有良好的雪崩擊穿特性，適用于DC/DC轉(zhuǎn)換模塊和開關(guān)電源，典型的應(yīng)用是電視機(jī)和監(jiān)視器。這款產(chǎn)品的第15頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司月出貨量達(dá)到300萬只，價(jià)格較進(jìn)口器件便宜10%以上。目前大型CRT生產(chǎn)商長城，惠普，美聯(lián)訊等已大批量采購。芯源近期將會(huì)推出一款價(jià)格比較低的MOSFET來替代目前廣泛用于節(jié)能燈產(chǎn)品的1300系列三極管。羅義表示，MOSFET外圍簡(jiǎn)單，壽命長，工作穩(wěn)定。在其價(jià)格降下來之后，將會(huì)在更多的領(lǐng)域里得到采用。芯源科技為了滿足客戶對(duì)產(chǎn)品小型化的需求，正在電源管理IC的模塊化封裝工藝上探索，期望利用其在MOSFET上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將一顆PWM控制IC和一顆MOSFET集成到一起，做成可以替代進(jìn)口產(chǎn)品的智能化電源管理IC,該產(chǎn)品可以使電源管理電路更簡(jiǎn)潔，提高可靠性。主要針對(duì)電腦，家電，顯示器和充電器等領(lǐng)域。羅義表示，手機(jī)充電器生產(chǎn)商偉創(chuàng)力和賽爾康，顯示器生產(chǎn)商美聯(lián)訊等公司均已有采購意向。該公司的產(chǎn)品偏于小功率MOSFET。（4）、江蘇宏微電力電子有限公司2006年常州市引進(jìn)以留法海歸博士，創(chuàng)建了電力電子器件研究所，隨后建了生產(chǎn)線。其主要產(chǎn)業(yè)方向就是通過以IGBT、VDMOS（溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)功率晶體管）和FRED（快恢復(fù)二極管）為代表的新一代電力半導(dǎo)體先進(jìn)技術(shù)，提高用電效率、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。其中，F(xiàn)RED是該公司主要的國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的產(chǎn)品，其余兩種產(chǎn)品還不是該公司的強(qiáng)項(xiàng)。（注：VDMOS是MOSFET類功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一種）該公司與西安的一個(gè)大學(xué)、一個(gè)研究所聯(lián)合申報(bào)國家科技成果產(chǎn)業(yè)化基金獲得批準(zhǔn)，總額5800萬元。該公司計(jì)劃2007年建成的電力電子功率模塊生產(chǎn)線當(dāng)年生產(chǎn)60萬塊，2008年一季度達(dá)到一萬塊產(chǎn)能。五年后企業(yè)將以常州為核心成為國內(nèi)新型電力電子功率模塊及芯片的生產(chǎn)基地。（5）、無錫鳳凰電力電子有限公司2008年，無錫引進(jìn)的美國海歸博士創(chuàng)建了鳳凰電力電子有限公司，開發(fā)、生產(chǎn)功IGBT,到11月就將試生產(chǎn)出10萬只，2009年1月大批生產(chǎn)的設(shè)備到位，3月即可逐步加大生產(chǎn)批量。第一個(gè)目標(biāo)年產(chǎn)值1.5億元，凈利潤4500萬元。公司第一步的發(fā)展將目標(biāo)市場(chǎng)定位于使用量巨大的家用電器，第二步增加的目標(biāo)市場(chǎng)是對(duì)國計(jì)民生影響巨大的工業(yè)控制設(shè)備。在產(chǎn)品系列中，第一系列是各種規(guī)格的1681，第二系列是針對(duì)各種家電應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用的功能模塊。第16頁共40頁

無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司為保證產(chǎn)品持續(xù)開發(fā)、創(chuàng)新發(fā)展，該公司與東南大學(xué)合作，共建IGBT研究實(shí)驗(yàn)室，共同培養(yǎng)相關(guān)的各種層次的人才。到目前為止，這是國內(nèi)最有希望的IGBT科研、生產(chǎn)基地，也是國內(nèi)最先可以大批量生產(chǎn)IGBT的公司。4、未來功率器件市場(chǎng)預(yù)測(cè)圖5 2007-2011年中國功率器件市場(chǎng)銷售額數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問 2007,01五、IGBT的應(yīng)用范圍IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓600V以上、電流10A以上、頻率為1kHz以上的區(qū)域。概括起來有五個(gè)領(lǐng)域：工業(yè)控制、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)、汽車電子等。IGBT目前主要應(yīng)用在電機(jī)、變換器（逆變器）、變頻器、UPS、EPS電源、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)閃光燈充電器、電磁爐、變頻家電等工業(yè)控制和消費(fèi)電子產(chǎn)品中。在汽車電子市場(chǎng)IGBT也已經(jīng)代替達(dá)林頓管成為汽車點(diǎn)火器的首選器件,另外在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，IGBT廣泛應(yīng)用在大功率服務(wù)器、UPS電源以及大功率基站中。在上述五大應(yīng)用領(lǐng)域中，消費(fèi)電子產(chǎn)品對(duì)于IGBT的需求量最大。2005年中國電磁爐產(chǎn)量接近2,000萬臺(tái)，電磁爐是依靠在線圈周圍產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)使得第17頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司鍋底產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流來達(dá)到發(fā)熱的目的，IGBT由于具有耐高壓和較高的開關(guān)頻率克服了MOSFET耐壓能力低的弱點(diǎn)而成為電磁爐中的關(guān)鍵組件。國內(nèi)電磁爐產(chǎn)量的快速增長帶動(dòng)了IGBT的需求量，目前用于電磁爐的IGBT主要被飛兆fairchild）半導(dǎo)體和英飛凌（Infineon）所壟斷。隨著人們節(jié)能意識(shí)的逐步增強(qiáng)，變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)等變頻家電比例逐年擴(kuò)大。為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)提高IGBT使用的可靠性，變頻家電中主要使用集驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路功能于一身的IGBT智能模塊。飛兆、三菱、富士、三洋IGBT智能模塊在國內(nèi)市場(chǎng)上都占有一席之地。由于現(xiàn)階段各廠商間模塊封裝大小、引腳都有所區(qū)別，家電廠商若更換產(chǎn)品供應(yīng)商就要對(duì)電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，勢(shì)必造成產(chǎn)品成本的提升，所以家電廠商在更換IGBT智能模塊供應(yīng)商上都比較謹(jǐn)慎。日本企業(yè)憑借著產(chǎn)品進(jìn)入中國早、質(zhì)量可靠占據(jù)了變頻家電市場(chǎng)的統(tǒng)治地位。除上述產(chǎn)品外相機(jī)閃光燈充電器對(duì)于IGBT的需求量也很大。與變頻家電、電磁爐要求IGBT具有600V、1200V耐壓能力不同，相機(jī)閃光燈充電器要求IGBT具有較低的電壓。目前市場(chǎng)上東芝、瑞薩等公司都推出了其相機(jī)閃光燈用IGBT。IGBT最初主要是用于工業(yè)控制領(lǐng)域。在變頻器、電焊機(jī)、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、UPS電源等產(chǎn)品中都需用到IGBT，但上述產(chǎn)品的產(chǎn)量遠(yuǎn)不能和消費(fèi)電子產(chǎn)品相比，所以工業(yè)控制領(lǐng)域中對(duì)IGBT的需求量遠(yuǎn)低于消費(fèi)電子位于第二位。不過工業(yè)產(chǎn)品要求IGBT具有較高的耐壓性、較大的工作電流以及高穩(wěn)定性，同時(shí)工控產(chǎn)品面對(duì)價(jià)格的壓力要遠(yuǎn)小于消費(fèi)電子產(chǎn)品，所以工業(yè)控制用IGBT的價(jià)格相對(duì)較高，有些用在變頻器、風(fēng)力發(fā)電、電焊機(jī)等產(chǎn)品中的IGBT模塊和IPM、PIM等智能模塊價(jià)格在幾百元甚至上千元。較高的單價(jià)使得在用量低于消費(fèi)電子產(chǎn)品的情況下，工業(yè)控制領(lǐng)域中IGBT銷售額略超過消費(fèi)電子位于首位。IGBT在汽車中的應(yīng)用主要集中在汽車點(diǎn)火器上，已成功地取代達(dá)林頓管成為汽車點(diǎn)火器的首選。飛兆、英飛凌、ST在該市場(chǎng)中有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。IGBT對(duì)于技術(shù)要求較高，國內(nèi)企業(yè)還沒有從事IGBT生產(chǎn)。考慮到IP保護(hù)以及技術(shù)因素的限制，外資IDM廠商也沒有在國內(nèi)進(jìn)行IGBT晶圓制造和封裝的代工?，F(xiàn)階段國內(nèi)IGBT市場(chǎng)主要被歐美、日本企業(yè)所壟斷。Semikron、EUPEC、三菱、Sanken、飛兆、富士、IR、東芝、IXYS、ST是國內(nèi)IGBT市場(chǎng)中銷售額第18頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司位于前10位的企業(yè)。六、IGBT的市場(chǎng)分析在我國功率器件市場(chǎng)中，電源管理IC仍舊占據(jù)市場(chǎng)首要位置，MOSFET位于第二位，大功率晶體管位于第三位，此三大產(chǎn)品銷售額占到整體市場(chǎng)的80%以上。IGBT銷售額雖然不大，但隨著其在工業(yè)控制、消費(fèi)電子領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷增多，其市場(chǎng)銷售額保持著較快的增長，是中國功率器件市場(chǎng)中的新興產(chǎn)品。從應(yīng)用領(lǐng)域上看，消費(fèi)電子領(lǐng)域銷售額位列第一位，工業(yè)控制居于第二，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域銷售額位于第三位。這三大領(lǐng)域銷售額占整體市場(chǎng)的68.9%，是功率器件的重要應(yīng)用市場(chǎng)。同時(shí)，憑借筆記本電腦在2007年產(chǎn)量的快速增長，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)τ诠β势骷男枨箢~增長率位于各領(lǐng)域之首?！笆濉逼陂g電子電力器件的年平均增長速度超過20%，到2005年市場(chǎng)銷售額超過200億元。而其中高科技產(chǎn)品如IGBT等新型電子電力器件的年平均增長率更是超過30%，較一般電力電子器件的年平均增長率更高。從市場(chǎng)構(gòu)成看，2006年中國功率半導(dǎo)體市場(chǎng)中，消費(fèi)類占24.0%，工控領(lǐng)域占23.4%，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域占21.8%，網(wǎng)絡(luò)通信類占20.5%，這四大領(lǐng)域占據(jù)了功率器件市場(chǎng)近90%的份額。而汽車電子和其他應(yīng)用占10.3%的市場(chǎng)份額。2007年，國內(nèi)電力半導(dǎo)體器件市場(chǎng)的銷售額為673億元，2008年預(yù)計(jì)達(dá)834億元，到2011年將達(dá)到1680億元。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，2006年MOSFET的銷售量174.8億元，是中國功率半導(dǎo)體分立器件市場(chǎng)上最重要的產(chǎn)品，大功率晶體管、達(dá)林頓管、IGBT和晶閘管也占有較大的市場(chǎng)份額(圖3)。而市場(chǎng)增長最快的是功率晶體管，其中絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET/JFET)2006年增長速度分別為42.9%和23.5%。1、MOSFET成為市場(chǎng)發(fā)展亮點(diǎn)2007年，中國市場(chǎng)上對(duì)于電源管理IC的需求有所放緩。這主要是受到下游整機(jī)產(chǎn)量以及庫存調(diào)整的影響。2007年，中國功率器件市場(chǎng)增長率較2006年出第19頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司現(xiàn)較大幅度的下降，市場(chǎng)銷售額為762.3億元，比2006年增長了13.3%。而隨著中國廠商不斷進(jìn)入LDO、DC/DC等產(chǎn)品市場(chǎng)，低端電源管理IC產(chǎn)品價(jià)格出現(xiàn)一定程度的下滑。在市場(chǎng)需求量增速放緩以及產(chǎn)品價(jià)格下滑的雙重影響下，2007年中國電源管理IC市場(chǎng)銷售額增長14.8%，比2006年23.2%的增長率有較大幅度的下滑。但即使2007年中國電源管理IC市場(chǎng)增長有所放緩，中國電源管理IC市場(chǎng)的增長率依舊高于全球3.8%的水平。在功率分立器件中，相較于大功率晶體管、達(dá)林頓管以及晶閘管的低增長率，MOSFET和IGBT依舊保持了較快的發(fā)展。其中MOSFET已經(jīng)廣泛應(yīng)用在主板、Ballast、NB、計(jì)算機(jī)類電源適配器、LCDTV等產(chǎn)品中，憑借著較快的市場(chǎng)增長率以及廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間，MOSFET成為中國分立功率器件市場(chǎng)發(fā)展亮點(diǎn)。2007年，中國筆記本電腦產(chǎn)量增長率超過40%，LCDTV產(chǎn)量增長率也超過了70%，快速增長的整機(jī)產(chǎn)量帶動(dòng)了中國MOSFET的市場(chǎng)需求，但由于整體整機(jī)產(chǎn)量增長趨于平穩(wěn)，MOSFET市場(chǎng)需求量增長率較2006年有所下降。2007年中國MOSFET市場(chǎng)需求量達(dá)到171.2億個(gè)，市場(chǎng)需求額為220.5億元。憑借著在消費(fèi)類電源適配器、Ballast等產(chǎn)品中的龐大用量，消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)τ贛OSFET產(chǎn)品的需求量位列各領(lǐng)域之首，而MOSFET在計(jì)算機(jī)主板、NB、計(jì)算機(jī)類適配器、LCD顯示器等產(chǎn)品中的廣泛使用則使得計(jì)算機(jī)領(lǐng)域僅次于消費(fèi)電子位于市場(chǎng)需求量的第二位。網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制、汽車電子以及電力設(shè)備領(lǐng)域?qū)τ贛OSFET的需求量位于第三至六位。由于主板應(yīng)用中主要使用低壓大電流MOSFET產(chǎn)品，其產(chǎn)品單價(jià)比較高。而相對(duì)于計(jì)算機(jī)產(chǎn)品應(yīng)用，消費(fèi)電子領(lǐng)域中低壓小電流產(chǎn)品所占比重比較大，其產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較低。受此影響，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域MOSFET需求額超過消費(fèi)電子領(lǐng)域位于第一位，消費(fèi)電子領(lǐng)域位于其后，而工業(yè)控制領(lǐng)域需求額則位于第三位。功率IC和MOSFET分別占有47%和25.7%的市場(chǎng)份額，是中國功率半導(dǎo)體市場(chǎng)上最重要的兩個(gè)產(chǎn)品。2、IGBT銷售快速增長第20頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司IGBT雖然份額較小，但發(fā)展快速，以1,700V以下的應(yīng)用最為成熟，其優(yōu)點(diǎn)是電壓控制、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，開關(guān)頻率高、開關(guān)損耗小，可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，缺點(diǎn)有導(dǎo)通損耗稍高、封裝熱阻大，目前IGBT主要應(yīng)用于工業(yè)控制和家電領(lǐng)域以及汽車點(diǎn)火器當(dāng)中，另外，在照相機(jī)閃光燈中也有一定的應(yīng)用。(1)、電磁爐應(yīng)用市場(chǎng)據(jù)全國交電商品科技經(jīng)濟(jì)情報(bào)中心的調(diào)查數(shù)據(jù)，電磁爐產(chǎn)品近幾年平均增長率高達(dá)60%以上。早在2004年，我國電磁爐行業(yè)產(chǎn)銷量就突破1000萬臺(tái)，其中10%約100萬臺(tái)為出口，90%在國內(nèi)銷售。到2005年為止，全國電磁爐保有量大概有3000萬臺(tái)。2006年以后，由于全國各地燃?xì)狻⒚簹獠粩酀q價(jià)，電磁爐銷售市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，帶動(dòng)了IGBT銷售量快速增長。我國電磁爐生產(chǎn)企業(yè)雖然有500多家，但I(xiàn)GBT和高級(jí)面板還是不能自己制造。igbt市場(chǎng)被德國西門子、日本東芝和美國快捷三家公司所控制，這三家公司生產(chǎn)的igbt占據(jù)了國內(nèi)98%%的市場(chǎng)份額。這三家公司為了自身的利益，采用的技術(shù)各有差異，導(dǎo)致igbt的互容性較差，同時(shí)也限制了國內(nèi)企業(yè)在這項(xiàng)技術(shù)上的研發(fā)進(jìn)度。國內(nèi)的技術(shù)人員經(jīng)過幾年的經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)IGBT的認(rèn)識(shí)更加深刻，應(yīng)用技術(shù)水平有了很大的提高，以前制造大功率的電磁爐往往也要使用大功率、高電壓的IGBT，現(xiàn)在只需要普通的IGBT的已經(jīng)足夠了。在高技術(shù)水平的引導(dǎo)下，2005年主流市場(chǎng)中，20安培的IGBT代替了2003年25安培的主流產(chǎn)品，間接導(dǎo)致了整個(gè)IGBT價(jià)格的下降。2006年IGBT市場(chǎng)的主角依然是英飛凌(INFINEON0)的IH20T120和FAIRCHILD的FGA25N120AND，小功率茶爐使用的是IH15T120和FGA15N120ANTD；第21頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司兩個(gè)型號(hào)的技術(shù)特點(diǎn)分別是：IH20T120的溫升比較低，F(xiàn)GA25N120抗沖擊比較好。相比較而言，IH20T120更受一些大廠家工程師的青睞。2006年各自推廣用最新技術(shù)制造的IGBTR20N120和FGA25N120ANTD，新型號(hào)性能有較大提高。(2)、不間斷電源(UPS)應(yīng)用市場(chǎng)2005年，中國UPS市場(chǎng)表現(xiàn)平穩(wěn)，據(jù)研究顯示2005年中國UPS市場(chǎng)共計(jì)銷售114.09萬臺(tái)，同比增長14.09%，銷售額達(dá)到24.13億元，同比增長8.69%。從產(chǎn)品的角度看，2005年40kVA?60kVA功率的產(chǎn)品仍為主流，10kVA的產(chǎn)品緊隨其后。2005年，小功率UPS產(chǎn)品也花樣翻新，APC、科土達(dá)、伊頓愛克賽都針對(duì)低端市場(chǎng)推出了新產(chǎn)品，就連一直定位在高端市場(chǎng)的艾默生也推出了iTrust1kVA?10kVA的產(chǎn)品，并與英邁簽約，共同推動(dòng)小功率UPS的銷售。家用市場(chǎng)在UPS整體市場(chǎng)中所占比例較小。但隨著家用PC及相應(yīng)外設(shè)飽有量的不斷上升，家庭用戶對(duì)PC用電要求的提高，該細(xì)分市場(chǎng)的UPS需求釋放值得期待。(3)、汽車電子汽車電子日趨成為一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)分支。在汽車商業(yè)模式中，主要有整車制造商(OEM)、一級(jí)供應(yīng)商與元器件供應(yīng)商，他們之間存在著三角關(guān)系。由于汽車產(chǎn)業(yè)的分化，這個(gè)三角形中的各方獨(dú)立性正在加強(qiáng)，每個(gè)角日益成為一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)。其中，元器件的革新成為了汽車革新的主要焦點(diǎn)，Motorola公司的分析表明，汽車上70%的革新來源于汽車電子，半導(dǎo)體已成為車輛智能化的神經(jīng)和大腦。英飛凌(Infineon)公司預(yù)計(jì)：世界范圍內(nèi)的車用半導(dǎo)體用量將增加，從平均每車200美元有望增加到2009年的每車300美元。第22頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司中國目前的汽車年銷量排在美國、日本之后，位居世界第三；生產(chǎn)制造排在美國、日本、德國之后，位居世界第四。據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心提供的數(shù)據(jù)表明：2010年中國汽車銷量達(dá)到994萬輛；2015年達(dá)1457萬輛，超過日本；2020年有望超過美國(美國2003年銷量1700萬輛)，成為世界汽車銷量最大的國家。仔細(xì)推敲電子式汽車控制及安全產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模，根據(jù)IMF之歸納可分為動(dòng)力傳動(dòng)(Powertrain)、電子懸吊系統(tǒng)(ElectronicSuspension)、安全(Safety)、方便/快速(Convenience/Comgort)等四大類。從此四類的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，2002年以動(dòng)力傳動(dòng)所占的比重較高，約占53.3%，而安全、方便/快速的產(chǎn)品僅各占了26.9%及19.3%。隨著汽車產(chǎn)量的增加，以及ABS系統(tǒng)、防撞、電子娛樂、導(dǎo)航、引擎控制和車身電子等方面的進(jìn)一步發(fā)展和升級(jí)，未來幾年汽車電子領(lǐng)域的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將是中國功率半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展最快的領(lǐng)域。產(chǎn)品方面，隨著產(chǎn)品能效要求的提高以及開關(guān)頻率的提高，功率IC、MOSFET和IGBT將是增長最快的產(chǎn)品，功率IC將向功能更強(qiáng)、體積更小的方向發(fā)展，MOSFET也將向?qū)娮韪?、耐壓更高和外形更小的方向發(fā)展，IGBT使用HVIC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的比例將會(huì)提高，類似SPM和IPM的智能模塊將會(huì)占有更高的市場(chǎng)份額?？傮w來看，2006年—2010年中國功率芯片市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增長率將達(dá)26.6%,市場(chǎng)仍然將保持快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。Semikron、EUPEC、Mitsubishi、Sanken、Fairchild、Fuji、IR、Toshiba、IXYS、ST是國內(nèi)IGBT市場(chǎng)中銷售額位于前10位的企業(yè)，清一色都是國外廠商。其中Semikron主要從事IGBT的后端封裝工作，其芯片主要使用的Infineon、ABB的產(chǎn)品。Semikron憑借著高可靠性的封裝技術(shù)，IGBT單管和模塊產(chǎn)品穩(wěn)定性高、散熱性能好，在工業(yè)控制領(lǐng)域占有獨(dú)特的地位。第23頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司emikron位居國內(nèi)IGBT市場(chǎng)前10大廠商之首。EUPEC、Mitsubishi緊隨其后位列2、3位。Fairchild的IGBT產(chǎn)品雖然廣泛應(yīng)用在電磁爐產(chǎn)品中用量較大，但由于其售價(jià)較低，在一定程度上影響了其銷售額。Faichild位于中國IGBT市場(chǎng)的第4位。七、功率器件與IGBT國內(nèi)外差距雖然我國電力電子技術(shù)水平在不斷提高，但國內(nèi)企業(yè)與國際大公司相比還存在著較大的差距，尚不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)進(jìn)步的要求，也不能滿足建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的迫切需求。因此，我國電力電子企業(yè)仍然任重而道遠(yuǎn)。1、國外主要的IGBT生產(chǎn)商主要制造商有Toshiba、Mitsubishi、Infineon、Fuji和InternationalRectifier等。(1)、ToshibaIGBT包括600V和1200V的高速開關(guān)模塊、600V和1200V低飽和電壓模塊、1700V模塊、斬波器(chopper)模塊、PIM(PowerIntegration乂。6156)和分立器件。其中，分立器件又有通用、電磁爐和微波爐專用、閃光燈專用以及用于音頻等類型。Toshiba新近推出的IPM系列帶智能的IGBT模塊，具有過低壓、過流和過熱等保護(hù)功能，主要應(yīng)用于工業(yè)轉(zhuǎn)換器。Toshiba的IGBT產(chǎn)品系列(MG100Q2YS50/MG75Q2YS50/MG50Q2YS50)具有開關(guān)速度快-tf典型值為0.1us；導(dǎo)通壓降低-VCE(sat)的典型值為2.8V；續(xù)流二極管的trr典型值為100ns；封裝形式齊全和體積小等特性。"Trench-GateTechnology"^Toshiba正在研制的新技術(shù)，預(yù)計(jì)2000年初推出樣品。Toshiba的IGBT產(chǎn)品在中國大陸主要面向：變頻家電和電源。變頻家電目前主要是變頻空調(diào)，下一步可能會(huì)是變頻洗衣機(jī)，日本已經(jīng)生產(chǎn)出變頻洗衣機(jī)，其突出優(yōu)點(diǎn)是噪音低。東芝電子亞洲有限公司的工業(yè)半導(dǎo)體銷售部營業(yè)主任周鋼說，Toshiba的市場(chǎng)份額主要在日本和歐洲，目前正努力開拓中國市場(chǎng)。他說，雖然Toshiba進(jìn)入中國市場(chǎng)較晚，但產(chǎn)品在質(zhì)量和價(jià)格方面都有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。第24頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司(2)、MitsubishiIGBT模塊有H系列、U系列、MDx系列、F系列和用于制動(dòng)系統(tǒng)的IGBT模塊。H系列包括H、D、T三種類型，每種類型的VCES均有600V、1200V和1400V可供選擇。U系列是第三代H系列IGBT模塊系列的新產(chǎn)品，VCES有600V和1200V，該系列在性能方面有以下改善：新型結(jié)構(gòu)封裝使器件的感應(yīng)性和可靠性顯著提高；采用第三代IGBT芯片使得功耗降低；改進(jìn)型FWDi芯片實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)技術(shù)；具有更高的成本效益。MDx系列有MD、MD1和MD3三種類型，MD的VCES有600V和1200V，MD1和MD3的VCES為600V。F系列有H和D兩種類型，VCES為250V。用于制動(dòng)系統(tǒng)的IGBT模塊型號(hào)為E3,VCES有600V和1200V。(3)、Infineon(其前身為SiemensSemiconductorGroup)IGBT器件有BUP2xx、BUP3xx、BUP4xx系歹列和BUP604。BUP2xx系歹列的VCES有1000V和1200V，封裝形式為TO-220；BUP3xx系列的VCES有1000V、1200V和1600V,封裝形式為TO-218；BUP4xx系列的VCES為600V,封裝形式為TO-220；BUP604的VCES為600V,封裝形式為TO-218oInfineon的高速NPT(Non-PunchThrough)IGBT性能有以下改善：具有短路保護(hù)功能；飽和電壓VCE(sat)為正溫系數(shù)可使IGBT并聯(lián)使用；與前一代PT(PunchThrough)IGBT器件相比，相同電流負(fù)載下開關(guān)損耗減少高達(dá)70%。(4)、FujiElectricCo.,LTD.IGBT產(chǎn)品包括分立IGBT器件、W/FWD分立IGBT器件、N系列、F系列、L系列和G系歹歹IGBT模塊。分立IGBT器件的VCES有600V、1000V、1200V和1400V；W/FWD分立IGBT器件的VCES有600V和1200V；Fuji公司1990年制定出N系列IGBT標(biāo)準(zhǔn)，1991年推出F系列和L系列IGBT模塊，以上三個(gè)系列的VCES均有600V和1200V；G系歹列IGBT模塊的VCES為600V。Fuji新推出600ANPTIGBT器件，其VCES分別為1200V和1400V，特別適合于轉(zhuǎn)換器、馬達(dá)控制器、UPS、電焊機(jī)和充電器等應(yīng)用。新型的NPTIGBT與原有的PTIGBT相比，具有更強(qiáng)的短路能力、RBSOA更高、開關(guān)損耗更低、di/dt擾動(dòng)電壓低、軟開關(guān)和低成本等優(yōu)點(diǎn)。第25頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司(5)、InternationalRectifierIGBT器件有標(biāo)準(zhǔn)、高速和超高速系列，其VCE分別為1.3V、1.5V和1.9V；開關(guān)能量為0.54mJ/Amm2、0.16mJ/Amm2和0.055mJ/Amm2；傳導(dǎo)損耗(50%dc)為0.625W、0.75W和0.95W。VCES有600V、800V、900V、1000V和1200V；封裝形式有TO-220和TO-247。IR最近推出與新型點(diǎn)火線圈(coil-on-plug)匹配的14AIRGS14B40LIGBT器件，該器件是專為亞洲汽車制造業(yè)設(shè)計(jì)的，以IR創(chuàng)新的箝位(clamped)IGBT技術(shù)為基礎(chǔ)，可作為切換裝置，準(zhǔn)確控制初級(jí)點(diǎn)火線圈斷開時(shí)的電壓，從而更精確地控制火花塞次極電壓。IRGS14B40L已于九月開始發(fā)售，批量訂貨的單價(jià)低于1.00美元。IR還推出了采用TO-220Full-Pak封裝的IGBT產(chǎn)品系列，額定電流為5?20A，適用于電源系統(tǒng)及不同類型的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，該系列分四類：K系列具有短路保護(hù)功能，適用于直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和逆變器驅(qū)動(dòng)器；F系列適用于空調(diào)設(shè)備；U系列適用于不需要短路保護(hù)的UPS、電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器；WARP速IGBT特別適用于具有功率因數(shù)補(bǔ)償功能的電源。2、國內(nèi)IGBT是空白，功率器件與國外比較，差距明顯1)、新型電力電子器件的開發(fā)力量不足在國際上，IGBT作為一種主流器件，已經(jīng)發(fā)展到了商業(yè)化的第五代，而我國只有少數(shù)企業(yè)從事中小功率IGBT的封裝，而且尚未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。而在IGBT芯片的產(chǎn)業(yè)化以及大功率IGBT的封裝方面，受限于技術(shù)原因，目前國內(nèi)還沒有企業(yè)可以從事有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IGBT的生產(chǎn)。IGBT市場(chǎng)被德國西門子、日本東芝和美國快捷三家公司所控制，這三家公司生產(chǎn)的IGBT占據(jù)了國內(nèi)98%的市場(chǎng)份額。因此，探索更加積極、有效的模式，促成電力電子器件企業(yè)和微電子器件企業(yè)的技術(shù)融合、取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)IGBT的產(chǎn)業(yè)化，才能填補(bǔ)我國基礎(chǔ)工業(yè)中先進(jìn)電力電子器件的空白，改變技術(shù)上受制于人的局面。(2)、高端傳統(tǒng)型器件的國產(chǎn)化薄弱第26頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司傳統(tǒng)型的電力電子器件主要指晶閘管，其在許多關(guān)鍵領(lǐng)域仍具有不可替代的作用。尤其是隨著變流裝置容量的不斷加大，對(duì)高壓大電流的高端傳統(tǒng)型器件等需求巨大，而我國僅有少數(shù)幾家優(yōu)勢(shì)企業(yè)通過自主創(chuàng)新，掌握了高端器件的制造技術(shù)，大部分企業(yè)還停留在中低端器件的制造上。（3）、電力電子器件新工藝的研究力度不夠一代工藝影響一代產(chǎn)品，電力電子工藝技術(shù)精密復(fù)雜，我國在低溫鍵合、離子注入、類金金剛石膜等一些新型的關(guān)鍵工藝技術(shù)上，還缺乏系統(tǒng)的創(chuàng)新能力，必須加速其研發(fā)進(jìn)程。（4）、產(chǎn)業(yè)化能力不強(qiáng)提升電力電子產(chǎn)業(yè)化能力，有利于打造現(xiàn)代化和完整的裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，使電力電子技術(shù)在建設(shè)創(chuàng)新型、節(jié)能環(huán)保型的和諧社會(huì)中發(fā)揮更大作用。2008年月，正值《變頻器世界》雜志創(chuàng)刊10周年之際，上海大學(xué)陳佰時(shí)教授在給該刊的專稿中感嘆：10年來，我國變頻器雖然遍地開花，但變頻器的核心一一IGBT器件始終依賴進(jìn)口，成為制約國產(chǎn)變頻器發(fā)展的瓶頸。我們國家在第8個(gè)5年計(jì)劃中就有研制IGBT的計(jì)劃，也有一些國營和民營企業(yè)著力于開發(fā)和生產(chǎn)IGBT，但由于體制因素和資金不足，使我國IGBT生產(chǎn)始終停滯不前。直到最近，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)IGBT的曙光開始出現(xiàn)，信息產(chǎn)業(yè)部電子信息產(chǎn)品管理司已經(jīng)把發(fā)展全控型電力電子器件納入工作計(jì)劃，已有多位在國外有豐富研制IGBT經(jīng)驗(yàn)的專家回國辦廠，國內(nèi)生產(chǎn)集成電路多年、具有精細(xì)加工能力的企業(yè)已經(jīng)具備IGBT和MOSFET的流片技術(shù)，只要有合理的政策出臺(tái)，群策群力，就可為國內(nèi)IGBT的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)掃清最后的障礙.八、IGBT發(fā)展趨勢(shì)IGBT作為一種復(fù)合性的功率半導(dǎo)體，由于其低功耗，高的開關(guān)頻率在功率變換器中得到越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)于其驅(qū)動(dòng)電路的要求也會(huì)越來越高，主要的技術(shù)發(fā)展方向體現(xiàn)在以下幾方面。1、更高的集成度第27頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司目前的驅(qū)動(dòng)器體積相對(duì)還比較大，特別是大功率的驅(qū)動(dòng)器，通常都會(huì)采用變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離，變壓器的體積和重量相對(duì)比較大。因此，未來的驅(qū)動(dòng)器會(huì)采用體積更小的隔離器件，比如應(yīng)用壓電式變壓器或者磁集成技術(shù)來減小隔離元件的體積和重量，增加集成度。不僅在于使用方便，縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)的連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，的連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，2、更高的隔離電壓當(dāng)前驅(qū)動(dòng)器都是采用光耦和變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離，光耦的優(yōu)點(diǎn)是體積小，但存在隔離電壓比較低、容易老化和延遲較大等不足。變壓器隔離的隔離電壓較高，延遲較小但體積較大。因此，在需要高壓隔離的場(chǎng)合還多數(shù)采用變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離，產(chǎn)品化的驅(qū)動(dòng)器的最高隔離電壓大約為3300V左右。IGBT目前的最高電壓等級(jí)已經(jīng)達(dá)到6500V的水平，為了適應(yīng)更高電壓應(yīng)用場(chǎng)合，必須采用隔離電壓更高的驅(qū)動(dòng)器。3、更大的驅(qū)動(dòng)功率IGBT模塊的容量在不斷增加，單個(gè)模塊的電流容量已經(jīng)可以做到3600A，有時(shí)為了增加容量，通常采用并聯(lián)的方式工作，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)功率也提出了更高的要求，驅(qū)動(dòng)器的最大輸出電流必須相應(yīng)地增加，特別是在多個(gè)模塊并聯(lián)應(yīng)用時(shí)，驅(qū)動(dòng)器平均輸出功率可能達(dá)到5W----10W，最大輸出電流要求30A以上。4、更高的開關(guān)頻率為了適應(yīng)在感應(yīng)加熱電源等方面的應(yīng)用，IGBT的開關(guān)頻率不斷增加，當(dāng)前，IGBT最高的開關(guān)頻率已經(jīng)可以做到100KHz以上，提高開關(guān)頻率可以大幅縮小電氣產(chǎn)品中變壓器、電感和電容的體積的和重量。對(duì)于驅(qū)動(dòng)器來講，意味著必須提供更大的驅(qū)動(dòng)功率，而且還要驅(qū)動(dòng)器具有更短的驅(qū)動(dòng)脈沖延遲時(shí)間和上升、下降時(shí)間，提供更大的瞬時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流。5、更完備的功能現(xiàn)有的門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT開關(guān)過程中引起的di/dt，dv/dt的控制，從而控制變換電路的EMI。有源門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以有效地控制IGBT開關(guān)造第28頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司成的較高的di/dt，dv/dt，相應(yīng)地可以使IGBT工作在更加安全的工作區(qū)，減小其開關(guān)過程中產(chǎn)生的EMI，相應(yīng)地減小IGBT的緩沖吸收電路。其中三段有源門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種應(yīng)用前景比較廣泛的有源門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)。6、智能化是IGBT發(fā)展新方向由于MOS結(jié)構(gòu)的IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)的，因此驅(qū)動(dòng)功率小，并可用IC來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制，進(jìn)而發(fā)展到把IGBT芯片、快速二極管芯片、控制和驅(qū)動(dòng)電路、過壓、過流、過熱和欠壓保護(hù)電路、箝位電路以及自診斷電路等封裝在同一絕緣外殼內(nèi)的智能化IGBT模塊(IPM)，它為電力電子逆變器的高頻化、小型化、高可靠性和高性能創(chuàng)造了器件基礎(chǔ)，亦使整機(jī)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化，整機(jī)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造成本降低，縮短整機(jī)產(chǎn)品的上市時(shí)間。由于IPM均采用標(biāo)準(zhǔn)化的具有邏輯電平的柵控接口，使IPM能很方便與控制電路板連接。IPM在故障情況下的自保護(hù)能力，降低了器件在開發(fā)和使用的損壞，大大提高了整機(jī)的可靠性。九、國家關(guān)于功率器件發(fā)展的政策1、國家政策鼓勵(lì)發(fā)展的重點(diǎn)為貫徹落實(shí)“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，推進(jìn)節(jié)能降耗，促進(jìn)電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，根據(jù)國家發(fā)改委2007年發(fā)布的《關(guān)于組織實(shí)施新型電力電子器件產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)有關(guān)問題的通知》，國家將實(shí)施電力電子器件產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)，提高新型電力電子器件技術(shù)和工藝水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，滿足市場(chǎng)需求，以技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)推進(jìn)節(jié)能降耗；推動(dòng)產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合，突破核心基礎(chǔ)器件發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，完善電力電子產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片和技術(shù)的推廣應(yīng)用；培育骨干企業(yè)，增強(qiáng)企業(yè)自主創(chuàng)新能力。支持的重點(diǎn)包括以下方面：在芯片產(chǎn)業(yè)化方面，主要支持IGBT、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、快恢復(fù)二極管(FRD)、功率集成電路(PIC)、IGCT等產(chǎn)品的芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試和模塊組裝；在模塊產(chǎn)業(yè)化方面，主要支持電力電子器件系統(tǒng)集成模塊，智能功率模塊(IPM)和用戶專用功率模塊(ASPM)；第29頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司在應(yīng)用裝置產(chǎn)業(yè)化方面，重點(diǎn)圍繞電機(jī)節(jié)能、照明節(jié)能、交通、電力、冶金等領(lǐng)域需求，支持應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)芯片和技術(shù)的電力電子裝置。2、我國企業(yè)頑強(qiáng)向高端市場(chǎng)開拓在產(chǎn)業(yè)政策支持和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)作用下，我國電力電子產(chǎn)業(yè)化水平近年來有很大的提升。株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司一直致力于推動(dòng)我國電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具備很強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新能力。南車時(shí)代電氣通過自主創(chuàng)新，掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全壓接技術(shù)，基于全壓接技術(shù)開發(fā)的系列高壓大功率電力電子器件入選了國家重點(diǎn)新產(chǎn)品。尤其是基于5英寸全壓接技術(shù)，承擔(dān)了科技部“十一五”科技支撐計(jì)劃一一特高壓直流輸電換流閥及6英寸晶閘管研發(fā)項(xiàng)目，并成功開發(fā)出了6英寸晶閘管。南車時(shí)代電氣通過多年來的創(chuàng)新和積累，掌握了IGCT全套設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，拉近了與國際先進(jìn)水平的差距。同時(shí)，南車時(shí)代電氣立足于IGBT應(yīng)用技術(shù)，消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，在大功率IGBT的可靠性研究和試驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，為IGBT的封裝和芯片研究打下了較好的基礎(chǔ)。國內(nèi)電力電子行業(yè)通過技術(shù)上的不斷探索與追求，使得我國電力電子技術(shù)水平在不斷地與國際水平接近，在一些高端市場(chǎng)，已經(jīng)占有一席之地。例如西安電力電子技術(shù)研究所通過引進(jìn)消化技術(shù)，產(chǎn)品已經(jīng)在高壓直流輸電等高端領(lǐng)域批量應(yīng)用；南車時(shí)代電氣近年來也逐步進(jìn)入了高壓直流輸電、SVC（動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置）等領(lǐng)域。十、小結(jié)功率晶體管MOSET與IGBT在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有非常重要的地位和作用，在大力提倡調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)能降耗、奉行可持續(xù)發(fā)展方針的今天，尤其肩負(fù)特別重要的使命。性能優(yōu)良的功率晶體管與IGBT的應(yīng)用，不僅可以起到確保工業(yè)產(chǎn)品升級(jí)換代、各種信號(hào)控制過程優(yōu)化的作用，而且在節(jié)能降耗方面，立竿見影，收效顯著。目前，在我國市場(chǎng)所使用的大量高檔功率晶體管大部分是從西方發(fā)達(dá)國家進(jìn)口的，IGBT則百分之百是進(jìn)口的，即使是在我國生產(chǎn)，其管芯也是進(jìn)口的，西方發(fā)達(dá)國家嚴(yán)密封鎖這方面的技術(shù)。第30頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司從山東東營IGBT項(xiàng)目、常州宏微IGBT項(xiàng)目申報(bào)國家科技成果產(chǎn)業(yè)化基金成功的案例，可以看到，國家對(duì)這個(gè)項(xiàng)目是非常重視、非常支持的。但是，山東的項(xiàng)目流產(chǎn)了，常州的項(xiàng)目三個(gè)項(xiàng)目中，IGBT是請(qǐng)無錫引進(jìn)的海歸博士幫他們?cè)O(shè)計(jì)的。常州的IGBT開發(fā)力量尚嫌不足。2008年創(chuàng)建的無錫鳳凰電力電子有限公司，有可能成長為國內(nèi)可以研究、生產(chǎn)IGBT的重要基地。於兵2008年10月10日附錄1、功率晶體管概述耗散功率大于1瓦的晶體管。它包括低頻功率管、高反壓功率管、結(jié)型高頻功率管、微波功率管和場(chǎng)效應(yīng)功率管等。功率晶體管的主要特點(diǎn)是功率耗散大，因此在設(shè)計(jì)器件時(shí)通常采取如下措施：提高器件的擊穿電壓、增加有源區(qū)面積、減小管芯本體厚度、改善管芯與載體的熱傳導(dǎo)性能、提高底盤的功率容量等。低頻功率管主要用于低頻放大、振蕩和穩(wěn)壓電路中。硅功率管的耗散功率已達(dá)到千瓦以上。高反壓功率管主要用于電視接收機(jī)行掃描電路、示波器偏轉(zhuǎn)電路、雷達(dá)亮度顯示器、高壓開關(guān)電路等。硅平面結(jié)構(gòu)加上多層保護(hù)環(huán)可制成1千伏以第31頁共40頁無錫高德創(chuàng)投基金管理公司功率晶體管與IGBT的現(xiàn)狀和發(fā)展無錫高德創(chuàng)投基金管理公司上的高反壓管，臺(tái)面結(jié)構(gòu)則可制成數(shù)千伏的器件。高壓器件一般要求外延層較厚、摻雜濃度低、擴(kuò)散結(jié)深、基區(qū)較寬、器件表面有良好的鈍化層。高頻功率管工作頻率在幾十兆赫至幾百兆赫之間。微波功率管則工作于P波段以上,直到厘米波段。它們主要用于微波通信、雷達(dá)、電子儀器的輸出電路。硅微波功率管的特點(diǎn)是：外延層薄而且摻雜濃度較高，光刻線條細(xì)（從幾微米至亞微米），發(fā)射極周長與集電極面積的比率大，基區(qū)寬度窄（可窄到0.1微米），器件工作電流密度大（可達(dá)5x105安/厘米2）。為了達(dá)到這些要求，在工業(yè)生產(chǎn)中須采用電子束制版、光刻、離子注入、等離子干法腐蝕及淀積、磁控濺射、多坩堝電子束蒸發(fā)、完美晶片加工技術(shù)、多層金屬化系統(tǒng)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)匹配及功率合成等新工藝和新技術(shù)。二次擊穿是造成結(jié)型功率器件燒毀的主要原因，采用發(fā)射極橫向和縱向鎮(zhèn)流電阻可抑制正偏二次擊穿，采用多層外延工藝可增強(qiáng)抗反偏二次擊穿能力。在高電流密度下，微波功率管會(huì)發(fā)生發(fā)射極電流集邊效應(yīng)、基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)、基區(qū)寬度展寬效應(yīng)等。為了克服這些不利的影響，在晶體管圖形設(shè)計(jì)、外延層厚度及摻雜濃度選擇、擴(kuò)散結(jié)深及雜質(zhì)分布控制等方面必須進(jìn)行最佳化計(jì)算機(jī)輔助