功率器件行业分析：新能源车快速发展_车规级IGBT国产替代正当时.docx

功率器件行业分析：新能源车快速发展_车规级IGBT国产替代正当时1.IGBT器件被誉为电力电子行业里的“CPU”，是现代电力电子产业的核心器件1.1.IGBT基本情况电力电子技术是以电子（弱电）为手段去控制电力（强电）的技术，使电网的工频电能最终转换成不同性质、不同用途的电能，以适应不同用电装臵的不同需求。电力电子技术以电子学、电力学和控制论相互交叉结合为基础，研究电能的变换和利用，广泛应用于高压直流输电、电力机车牵引、交直流转换、电加热、电解等各种领域中。电力电子器件是电力电子技术的核心。电力电子器件即功率半导体器件，也称为功率电子器件，是进行功率处理的半导体器件。典型的功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大、功率管理等，是电力电子装臵的心脏。虽然功率器件在整台电力电子装臵中的价值通常不会超过总价值的20%-30%，但对整机的总价值、尺寸、总量、动态性能、过载能力、耐用性和可靠性起着十分重要的作用。IGBT是现代电力电子器件中的主导型器件，被誉为电力电子行业里的“CPU”。IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的缩写，即绝缘栅双极型晶体管，是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品。IGBT作为工业控制及自动化领域的核心元器件，能够根据信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控的目的，被称为现代电力电子行业里的“CPU”，广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等众多领域。IGBT既有MOSFET的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点，又有BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，是电力电子领域较为理想的开关器件。IGBT可以看做由BJT（双极型晶体管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）组成的复合功率半导体器件。BJT即三极管，是电流驱动器件，基本结构是两个背靠背的PN结，基极和发射极之间的PN结称为发射结，基极和集电极之间的PN结称为集电结，通过控制输入电压和基极电流可以使三极管出现电流放大或开关效应。MOSFET是电压型驱动器件，以常用的N沟道MOS管为例，通过在P型半导体上方加入金属板和绝缘板，即栅极，在使用中保持源级和漏级电压不变，栅极加正电压，MOS管呈导通状态，降低栅极电压，MOS管呈关闭状态。由于栅极所带来的电容效应，使得MOS管只需要很小的驱动功率即可实现高速的开关作用。BJT通态压降小、载流能力大，但驱动电流小，MOSFET驱动功率小、快关速度快，但导通压降大、载流密度小。IGBT可以等效为MOS管和BJT管的复合器件，在保留MOS管优点的同时增加了载流能力和抗压能力，自20世纪80年代末开始工业化应用以来发展迅速，成为电力电子领域中最重要的功率开关器件之一，在6500V以下的大功率高频领域逐渐取代了晶闸管和功率MOSFET器件。1.2.IGBT的分类IGBT在应用层面通常根据电压等级划分：低压IGBT：指电压等级在1000V以内的IGBT器件，例如常见的650V应用于新能源汽车、家电、工业变频等领域。中压IGBT：指电压等级在1000-1700V区间的IGBT器件，例如1200V应用于光伏、电磁炉、家电、电焊机、工业变频器和新能源汽车领域，1700V应用于光伏和风电领域。高压IGBT：指电压等级3300V及以上的IGBT器件，比如3300V和6500V应用于高铁、动车、智能电网，以及工业电机等领域。在产品层面通常根据封装方式分类：IGBT单管：封装规模较小，一般指封装单颗IGBT芯片，电流通常在50A以下，适用于消费、工业家电领域。IGBT模块：是IGBT最常见的形式，将多个IGBT芯片集成封装在一起，功率更大、散热能力更强，适用于高压大功率平台，如新能源车、主流光伏、高铁等。功率集成（IPM）：指把IGBT模块加上散热器、电容等外围组件，组成一个功能较为完整和复杂的智能功率模块。1.3.IGBT技术发展历程及趋势IGBT技术的整体发展趋势是大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性。从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了7代升级，从平面穿通型（PT）到沟槽型电场—截止型（FS-Trench），芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从600V提高到6500V以上。第一代：PT-IGBT，使用重掺杂的P+衬底作为起始层，在此之上依次生长N+buffer，N-base外延，最后在外延层表面形成原胞结构，由于体内晶体结构本身原因造成“负温度系数”，各IGBT原胞通态压降不一致，不利于并联运行，第一代IGBT电流只有25A，且容量小速度低，目前已基本退出市场。第二代：改进版PT-IGBT，采用