2023年中國IGBT芯片細分應用領域分析 高壓IGBT打破國外技術壟斷【組圖】

行業主要上市公司：宏微科技(688711);斯達半導(603290);華潤微(688396);時代電氣(688187);士蘭微(600460);比亞迪(002594)等

本文核心數據：IGBT廠商產品電壓覆蓋范圍

中國IGBT芯片應用領域

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是電力控制和電力轉換的核心器件，是由BJT(雙極型晶體管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，具有高輸入阻抗、低導通壓降、高速開關特性和低導通狀態損耗等特點，在較高頻率的大、中功率應用中占據了主導地位。

目前IGBT已經能夠覆蓋從600V-6500V的電壓范圍，按照使用電壓的情況，IGBT可以分為低壓、中壓和高壓三大類產品，不同的電壓范圍適用不同的應用場景。

不同電壓等級IGBT芯片應用及廠商布局

低壓IGBT一般電壓在1200V及以下，且適用于低消耗的消費電子和太陽能逆變器領域，中國本土廠商幾乎都有布局低壓領域。

中壓IGBT一般電壓在1200-2500V，適用于新能源汽車、風力發電等領域，由于碳中和計劃的持續推行以及新能源領域的高速發展，該領域是中國IGBT本土廠商未來主要發力的領域。

高壓IGBT一般電壓大于2500V，主要適用于高鐵、動車、智能電網等領域，中國本土廠商僅中車時代和斯達半導有所布局，中國高鐵里程數全球第一，需求量大，促進中上游技術發展，因此該領域率先實現了國產替代。

中國IGBT廠商產品電壓覆蓋范圍

中國的IGBT廠商多集中在中低壓市場，如宏微科技、比亞迪半導體、士蘭微、新潔能等廠商的IGBT產品均集中在1500V以下的IGBT市場，產品主要適用于新能源汽車、家電、電焊機等領域，時代電氣和斯達半導則在高壓3300V及以上也有布局，產品主要適用于高鐵、電網傳輸等。

注：藍底表示產品有所覆蓋。

中國高壓IGBT芯片技術突破及瓶頸

在不同的功率以及頻率范圍中，對器件的特性要求有所不同。在大功率的應用場景中，例如軌道交通、直流輸電，此時器件的開關頻率非常低，開關損耗導致的發熱量較低，主要以導通損耗為主。而在設備功率較小的時候，例如白色家電、伺服電機等領域，工作頻率較高，導通損耗占比較低，開關損耗產生的熱量較大。因此，在實際的工作時，需要根據應用要求，進行折中優化設計，才能使系統的效率達到最大化。

2021年7月，國務院國資委向全社會發布《中央企業科技創新成果推薦目錄(2020年版)》，包括核心電子元器件、關鍵零部件、分析測試儀器和高端裝備等共計8個領域、178項科技創新成果。其中，全球能源互聯網研究院有限公司研制的3300伏特(V)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)芯片和模塊被列入目錄。歷時4年，聯研院攻關團隊突破了制約國內高壓IGBT發展堅固性差、可靠性低等技術瓶頸，打破了國外技術壟斷。該團隊牽頭承擔的國家重點研發計劃項目“柔性直流輸電裝備壓接型定制化超大功率IGBT關鍵技術及應用”通過了工業和信息化部組織開展的綜合績效評價。項目自主研制出滿足柔性直流輸電裝備需求的4500V/3000A低通態壓降和3300V/3000A高關斷能力IGBT器件，解決了高壓大容量壓接型IGBT芯片和器件缺乏的問題。

高壓IGBT芯片和器件的開發周期長，涉及到材料、芯片設計、芯片工藝、器件封裝與測試各個環節，需要多學科交叉融合、多行業協同開發。

根據聯研院功率半導體研究所所長表示，當前，研發面向電力系統應用的高壓IGBT器件的技術瓶頸主要有4個方面：

以上數據來源于前瞻產業研究院《中國IGBT芯片行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》。

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