中国IGBT芯片细分应用领域分析 高压IGBT打破国外技术垄断

来源： 电力电子技术与应用

1、中国IGBT芯片应用领域：三大类产品的应用场景IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是电力控制和电力转换的核心器件，是由BJT(双极型晶体管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有高输入阻抗、低导通压降、高速开关特性和低导通状态损耗等特点，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。目前IGBT已经能够覆盖从600V-6500V的电压范围，按照使用电压的情况，IGBT可以分为低压、中压和高压三大类产品，不同的电压范围适用不同的应用场景。

2、中国不同电压等级IGBT芯片应用及厂商布局情况低压IGBT一般电压在1200V及以下，且适用于低消耗的消费电子和太阳能逆变器领域，中国本土厂商几乎都有布局低压领域。中压IGBT一般电压在1200-2500V，适用于新能源汽车、风力发电等领域，由于碳中和计划的持续推行以及新能源领域的高速发展，该领域是中国IGBT本土厂商未来主要发力的领域。高压IGBT一般电压大于2500V，主要适用于高铁、动车、智能电网等领域，中国本土厂商仅中车时代和斯达半导有所布局，中国高铁里程数全球第一，需求量大，促进中上游技术发展，因此该领域率先实现了国产替代。

3、中国IGBT厂商产品电压覆盖范围：厂商多集中在中低压市场中国的IGBT厂商多集中在中低压市场，如宏微科技、比亚迪半导体、士兰微、新洁能等厂商的IGBT产品均集中在1500V以下的IGBT市场，产品主要适用于新能源汽车、家电、电焊机等领域，时代电气和斯达半导则在高压3300V及以上也有布局，产品主要适用于高铁、电网传输等。

注：蓝底表示产品有所覆盖。4、中国高压IGBT芯片技术突破及瓶颈：主要有4个技术瓶颈

在不同的功率以及频率范围中，对器件的特性要求有所不同。在大功率的应用场景中，例如轨道交通、直流输电，此时器件的开关频率非常低，开关损耗导致的发热量较低，主要以导通损耗为主。而在设备功率较小的时候，例如白色家电、伺服电机等领域，工作频率较高，导通损耗占比较低，开关损耗产生的热量较大。因此，在实际的工作时，需要根据应用要求，进行折中优化设计，才能使系统的效率达到最大化。

2021年7月，国务院国资委向全社会发布《中央企业科技创新成果推荐目录(2020年版)》，包括核心电子元器件、关键零部件、分析测试仪器和高端装备等共计8个领域、178项科技创新成果。其中，全球能源互联网研究院有限公司研制的3300伏特(V)绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片和模块被列入目录。历时4年，联研院攻关团队突破了制约国内高压IGBT发展坚固性差、可靠性低等技术瓶颈，打破了国外技术垄断。该团队牵头承担的国家重点研发计划项目“柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用”通过了工业和信息化部组织开展的综合绩效评价。项目自主研制出满足柔性直流输电装备需求的4500V/3000A低通态压降和3300V/3000A高关断能力IGBT器件，解决了高压大容量压接型IGBT芯片和器件缺乏的问题。

高压IGBT芯片和器件的开发周期长，涉及到材料、芯片设计、芯片工艺、器件封装与测试各个环节，需要多学科交叉融合、多行业协同开发。

根据联研院功率半导体研究所所长表示，当前，研发面向电力系统应用的高压IGBT器件的技术瓶颈主要有4个方面：

以上数据来源及分析请参考于前瞻产业研究院《中国IGBT芯片行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

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审核编辑 黄宇