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IGBT技術(shù)水平及行業(yè)前景分析（附報(bào)告目錄）

1、行業(yè)概況

IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor 的縮寫，即絕緣柵雙極型晶體管。它是由 BJT 和 MOSFET 組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件，既有 MOSFET 的開關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，又有 BJT 導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn)，在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的，因而是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件，是未來應(yīng)用發(fā)展的主要方向。正是由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，IGBT 自 20 世紀(jì) 80 年代末開始工業(yè)化應(yīng)用以來發(fā)展迅速，不僅在工業(yè)應(yīng)用中取代了 MOSFET 和 GTR，甚至已擴(kuò)展到 SCR及 GTO 占優(yōu)勢的大功率應(yīng)用領(lǐng)域，還在消費(fèi)類電子應(yīng)用中取代了 BJT、MOSFET等功率器件的許多應(yīng)用領(lǐng)域。

相關(guān)報(bào)告：北京普華有策信息咨詢有限公司《2020-2026年IGBT行業(yè)需求前景及投資可行性研究報(bào)告》

IGBT主要應(yīng)用

資料來源：普華有策

作為工業(yè)控制及自動化領(lǐng)域的核心器件，IGBT 模塊在電機(jī)節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發(fā)電、新能源汽車等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著新能源汽車的發(fā)展以及變頻白色家電的普及，IGBT 的市場熱度持續(xù)升溫。它不僅在工業(yè)應(yīng)用中提高了設(shè)備的自動化水平、控制精度等，也大幅提高了電能的應(yīng)用效率，同時(shí)減小了產(chǎn)品體積和重量，節(jié)約了材料，有利于建設(shè)節(jié)約型社會。

2、IGBT 行業(yè)技術(shù)特點(diǎn)及技術(shù)水平

IGBT 核心技術(shù)為 IGBT 芯片、快恢復(fù)二極管芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以及 IGBT模塊的設(shè)計(jì)、制造和測試。芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和模塊設(shè)計(jì)、制造和測試均為 IGBT模塊的核心生產(chǎn)工序。

（1）IGBT 芯片、快恢復(fù)二極管芯片的設(shè)計(jì)

IGBT 芯片由于其工作在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下，對芯片的可靠性要求較高，同時(shí)芯片設(shè)計(jì)需保證開通關(guān)斷、抗短路能力和導(dǎo)通壓降（控制熱量）三者處于均衡狀態(tài)，芯片設(shè)計(jì)與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化十分特殊和復(fù)雜。

快恢復(fù)二極管芯片是二極管芯片中的高端產(chǎn)品，需要對芯片的終端結(jié)構(gòu)及有源區(qū)結(jié)構(gòu)根據(jù)應(yīng)用的要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證芯片具有承受高電壓、大電流能力的同時(shí)，還需要維持低于 200 納秒的反向恢復(fù)時(shí)間及低的反向恢復(fù)損耗。

（2）IGBT 芯片、快恢復(fù)二極管芯片的生產(chǎn)

IGBT 芯片和快恢復(fù)二極管芯片生產(chǎn)步驟多，需要的生產(chǎn)設(shè)備較多，生產(chǎn)的組織、控制、設(shè)備調(diào)試等工作龐雜，如果缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)需要較長時(shí)間的摸索才能掌握芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝。

（3）IGBT 模塊的設(shè)計(jì)、制造和測試

IGBT 模塊的設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路布局設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、電磁設(shè)計(jì)等，一款 IGBT 模塊的開發(fā)需要進(jìn)行機(jī)-電-熱-磁等方面的優(yōu)化并兼顧模塊生產(chǎn)工藝的可實(shí)現(xiàn)性等方面的因素。

IGBT 模塊制造是指根據(jù)特定的電路設(shè)計(jì)，將兩個(gè)或以上的 IGBT 芯片和快恢復(fù)二極管芯片貼片到 DBC 板上，并用金屬線鍵合連接，然后進(jìn)行灌封，以滿足芯片、線路之間的絕緣、防潮、抗干擾等要求，最后將電路密封在絕緣外殼內(nèi)，并與散熱底板絕緣的工藝。

IGBT 模塊由于集成度高，模塊內(nèi)部不同器件之間通常只間隔幾毫米的距離，又需要能承受較大的電壓和電流及可能存在的惡劣運(yùn)行環(huán)境，因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝實(shí)現(xiàn)時(shí)需要考慮絕緣、耐壓、散熱、抗干擾、電磁兼容性等諸多因素，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中需要用到電力電子、控制、材料、力學(xué)、熱學(xué)、結(jié)構(gòu)等多學(xué)科的知識。要能大批量地生產(chǎn)出可靠性、穩(wěn)定性高的 IGBT 模塊，需要經(jīng)過長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，才能了解器件和材料的特性，掌握生產(chǎn)工藝。以貼片流程為例，就涉及到芯片位置的確定、不同材料的熱膨脹系數(shù)及其特性、回流爐回流曲線及其他參數(shù)的設(shè)置等，這些生產(chǎn)工藝往往需要經(jīng)過長期的研發(fā)試驗(yàn)才找到較為合適的方案。由于國外企業(yè)起步較早，制造經(jīng)驗(yàn)較為豐富，其制造工藝普遍領(lǐng)先于國內(nèi)企業(yè)。

3、傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)支撐 IGBT 市場穩(wěn)步發(fā)展

IGBT 模塊是變頻器、逆變焊機(jī)等傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)的核心元器件，且已在此領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前，隨著工業(yè)控制及電源行業(yè)市場的逐步回暖，預(yù)計(jì) IGBT 模塊在此領(lǐng)域的市場規(guī)模亦將得到逐步擴(kuò)大。

（1）變頻器行業(yè)

IGBT 模塊在變頻器中不僅起到傳統(tǒng)的三極管的作用，亦包含了整流部分的作用?？刂破鳟a(chǎn)生的正弦波信號通過光藕隔離后進(jìn)入 IGBT，IGBT 再根據(jù)信號的變化將 380V（220V）整流后的直流電再次轉(zhuǎn)化為交流電輸出。

（2）逆變焊機(jī)行業(yè)

逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型的焊接電源。這種電源一般是將三相工頻（50 赫茲）交流網(wǎng)路電壓，先經(jīng)輸入整流器整流和濾波，變成直流，再通過大功率開關(guān)電子元件（IGBT）的交替開關(guān)作用，逆變成幾千赫茲至幾萬赫茲的中頻交流電壓，同時(shí)經(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十伏電壓，后再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當(dāng)平穩(wěn)的直流焊接電流。

4、新興行業(yè)加速IGBT未來市場

在國際節(jié)能環(huán)保的大趨勢下，IGBT 下游的新能源汽車、變頻家電、新能源發(fā)電等領(lǐng)域發(fā)展迅速，對 IGBT 模塊需求逐步擴(kuò)大，新興行業(yè)的加速發(fā)展將持續(xù)推動 IGBT 市場的高速增長。

（1）新能源汽車行業(yè)

IGBT 模塊在新能源汽車領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是新能源汽車電機(jī)控制器、車載空調(diào)、充電樁等設(shè)備的核心元器件。

（2）變頻白色家電行業(yè)

具有變頻功能的白色家電最核心的部件之一是其內(nèi)部的“變頻器”，而IGBT 模塊作為變頻器的核心元器件，其高頻開閉合功能能夠帶來以下優(yōu)點(diǎn)：a、較小的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗；b、出色的 EMI 性能，可通過改變驅(qū)動電阻的大小滿足 EMI 需求的同時(shí)保持開關(guān)損耗在合理范圍內(nèi)；c、強(qiáng)大的抗短路能力；d、較小的電壓尖峰（對家電起到保護(hù)作用）。中國作為全球最大的家電市場和生產(chǎn)基地，亦孕育著大規(guī)模的 IGBT 市場。以空調(diào)行業(yè)為例，中國作為全球最大的家電市場和生產(chǎn)基地，亦孕育著大規(guī)模的 IPM 市場。