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中国企业差在哪,国内外IGBT产业链梳理

半导体行业观察 ·2017-05-18 08:46·半导体行业观察
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开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。


据中国产业调研网发布的《中国开关电源市场调查研究与发展前景预测报告(2015-2020年)》显示,开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了开关电源的发展前进,每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。


IGBT是开关电源的主流方案


提高开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话,数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有:


一是高频化。为了实现电源高功率密度,必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。


二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的 "电压-振动"变换和"振动- 电压"变换的性质传送能量,其等效电路如同一个串并联谐振电路,是功率变换领域的研究热点之一。


三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量,必须设法改进电容器的性能,提高能量密度,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。


IGBT是目前功率电子器件里技术最先进的产品,其应用非常广泛,小到电磁炉、大到飞机船舶、轨道交通、新能源汽车、智能电网等战略性产业,被称为电力电子行业里的“CPU”。


IGBT的优势


绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)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, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。


IGBT刚出现时,电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内,耐压水平限于1200V~1700V,经过长时间的探索研究和改进,现在 IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A,高压IGBT单片耐压已达到6500V,一般IGBT的工作频率上限为20kHz~40kHz,基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT,可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。


从上世纪80年代至今,IGBT经历了六代技术的发展演变,这个过程是很艰苦的,面对的是大量的结构设计调整和工艺上的难题。



IGBT的技术进展实际上是通态压降,快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺结构形式的不同,IGBT在20年历史发展进程中,有以下几种类型:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。


全球前十大IGBT厂商


纵观全球市场,IGBT主要供应厂商基本是欧美及日本几家公司,它们代表着目前IGBT技术的最高水平,包括德国英飞凌、瑞士ABB、美国IR、飞兆以及日本三菱、东芝、富士等公司。


据调研机构IHS于2016年公布的报告,英飞凌(Infineon)以独占全球24.5%的份额高居榜首,日本三菱电机(Mitsubishi )则以24.4%的全球份额位列第二,另一日系大厂富士电机(Fuji Electric)以12.2%的占有率夺得季军。



其他排名依次为:赛米拉(Semikron)、日立(Hitachi)、安森美(ON)、威科(Vincotech)、ABB(瑞士最大的IGBT厂商)、仙童(Fairchild,已被ON收购)、丹佛斯(Danfoss)、嘉兴斯达(Starpower)、东芝(Toshiba)、艾赛斯(IXYS)、CRRC(中国中车)、IR(国际整流器)。


以上排名中,三菱电机、富士电机、日立三家为日系公司,丹佛斯为丹麦公司,ABB为瑞士公司。英飞凌、威科及艾赛斯均为德企,威科起源于德国西门子机电集团,现由日本三菱电机控股,艾赛斯的总部则设在美国。


国内IGBT产业链主要厂商


1、株洲中车时代电气


株洲中车时代电气股份有限公司(下称“公司”或“时代电气”)是中国中车旗下股份制企业,其前身及母公司——中车株洲电力机车研究所有限公司创立于1959年。2006年,时代电气在香港联交所上市。2014年,营业收入首次跨越百亿。


类型:IDM


主要产品及服务:1200V-6500V高压模块,国内唯一自主掌握了高铁动力IGBT芯片及模块技术的企业


2、深圳比亚迪


比亚迪创立于1995年,分别在香港联合交易所及深圳证券交易所上市,主要从事以二次充电电池业务,手机、电脑零部件及组装业务为主的IT产业,以及包含传统燃油汽车及新能源汽车在内的汽车产业,并利用自身技术优势积极发展包括太阳能电站、储能电站、LED及电动叉车在内的其他新能源产品。比亚迪现有员工约22万人,总占地面积近1800万平方米,在全球建立了30个生产基地。


类型:IDM、模组


主要产品及服务:工业级IGBT模块、汽车级IGBT模块(新能源车用与上海先进合作)、600V IGBT单管、IGBT驱动芯片


3、杭州士兰微


杭州士兰集成电路有限公司成立于2001年1月,目前注册资本金为4.0亿元,总投资已超过8.0亿元人民币,为士兰微电子投资的独立法人的芯片制造企业。公司位于杭州(下沙)经济技术开发区。


第一条芯片生产线于2001年4月动工兴建,净化面积约3600平方米,运行一条线宽2-5微米、圆片尺寸为5英寸的双极型集成电路芯片生产线,目前实际月产量已超过7.7万片。


第二条芯片生产线于2003年3月动工兴建,净化面积达到7000平方米,加工线宽0.8微米或更高,圆片尺寸5英寸/6英寸兼容,2006年6月起,BiCMOS和BCD工艺产品已导入量产,目前月产量达到2.5万片。


类型:IDM


主要产品及服务:300-600V穿通型IGBT工艺,1200V非穿通型槽栅IGBT工艺,面向电焊机、变频器、光伏逆变器、电机逆变器、UPS电源、家电、消费电子


4、吉林华微


吉林华微电子股份有限公司是集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试产品营销为一体的国家级高新技术企业,中国半导体功率器件五强企业。公司经科技部、中科院等国家机构认证,被列为国家博士后科研工作站、国家创新型企业。


公司总资产近36亿元,员工2300余人,技术人员占公司总人数的30%以上,占地面积近40万平方米,建筑面积13.5万平方米,净化面积17000平方米,主要净化级别为0.3微米百级。公司于 2001 年3月在上海证券交易所上市,股票代码600360,总股本73808万股,为国内功率半导体器件领域首家上市公司。


类型:IDM


主要产品及服务:3英寸、4英寸、5英寸与6英寸等多条功率半导体分立器件及IC芯片生产线,应用于逆变器、电磁炉、UPS电源


5、重庆中航微电子


中航(重庆)微电子有限公司(以下简称“中航微电子”)是一家集半导体芯片设计制造与服务为一体的公司。

中航微电子的总部设在重庆西永微电子工业开发园区,拥有一座月产4万片8英寸硅片的芯片制造工厂,工艺制程能力最小生产线宽达到0.15微米;在上海设有研发中心;在重庆、上海和深圳设有销售中心,在西南、华北、华东及华南形成覆盖全国的销售网络。


类型:IDM


主要产品及服务:1200V/20-50A IGBT功率模块


6、天津中环股份


天津中环半导体股份有限公司(简称“中环股份”)是深交所上市公司,股票代码002129。公司致力于半导体节能产业和新能源产业,是一家集科研、生产、经营、创投于一体的国有控股高新技术企业。目前旗下拥有5家高新技术企业、1家国家火炬计划重点高新技术企业、4个省部级研发中心、一个博士后科研工作站,员工5000余人。


类型:IDM


主要产品及服务:用于消费电子IGBT已经量产,高电压IGBT还在研发,节能型功率器件可用于充电桩


7、西安永电(中国北车子公司)


西安中车永电电气有限公司是中车永济电机有限公司全资控股的专门从事电力电子产品的研发、生产销售、服务的高技术企业。公司于2005年12月在西安经济技术开发区成立,注册资本14282万元,现有员工600多人,其中研发人员100余人,年销售收入达到10亿元。公司主要产品有:IGBT 模块、IPM模块、整流管、晶闸管、组合元件等电力半导体器件;变流器、功率模块、城轨地面整流装置、地铁单向导通装置、充电机等装置。产品主要应用于高速铁路、风力发电、冶金工业、城市轨道交通、太阳能光伏发电等领域。


类型:模块


主要产品及服务:1200V-6500V/75A-2400A高压模块,主要面向轨道交通、智能电网等高压领域


8、西安爱帕克


西安爱帕克电力电子有限公司成立于1995年12月,是由具有50多年悠久历史的世界上著名的专业功率半导体公司“美国国际整流器公司(IR)”与中国电力电子行业的先驱和开拓者“西安电力电子技术研究所(PERI)”共同投资兴建的专业封装大功率半导体模块的中美合资企业,是中国第一个专门研发和生产IGBT模块的合资公司。


类型:模块


主要产品及服务:600V-1200V/50A-400A模块


9、威海新佳


威海新佳电子有限公司成立于2004年,注册资本2000万元,总部位于山东省威海市,是专业从事新型电力电子器件及其应用整机产品设计、研发、生产销售的国家高新技术企业。公司拥有多项专利技术和独立的知识产权,具有较强的设计、研发和生产能力。


新佳电子作为IGBT国家标准和交流固态继电器行业标准起草单位之一,建有 “国家高技术产业化示范工程”IGBT生产线,山东省电力电子器件工程技术研究中心,并先后承担过国家发改委新型电力电子器件产业化专项项目、工信部电子发展基金项目等多项国家和省部级项目。


类型:模块


主要产品及服务:1200V/50A-300A模块,应用于AC和DC电机控制、变频器、UPS等领域


10、江苏宏微


江苏宏微科技股份有限公司是由一批长期在国内外从事电力电子产品研发和生产,具有多种专项技术的科技专家组建的国家重点高新技术企业。是国家高技术产业化示范工程基地,国家IGBT和FRED标准起草单位;拥有江苏省企业院士工作站,江苏省博士后创新基地,江苏省新型高频电力半导体器件工程技术研究中心等。


类型:模块


主要产品及服务:600V-1200V/15A-60A单管、600-1700/15-800A模块,应用于特种电源、电焊机、UPS、逆变器、变频器等领域


11、嘉兴斯达


嘉兴斯达半导体股份有限公司成立于2005年4月,是一家由归国留学生为主要技术骨干,专业从事功率半导体元器件尤其是IGBT模块研发、生产销售服务的国家级高新技术企业。总部设于浙江嘉兴,占地106亩,注册资金1.2亿元。公司在浙江、上海和欧洲均设有子公司,是目前国内最大的IGBT模块生产厂家。


类型:模块、设计


主要产品及服务:600V-3300V/1800A-3700A模块


12、南京银茂


南京银茂微电子制造有限公司是江苏银茂(控股)集团有限公司与晖源有限公司(香港)合资成立的一家高新技术企业(以富有行业经验的留美博士团队为核心),于二零零七年十一月二十九日在江苏省南京市注册成立。


类型:模块、设计


主要产品及服务:600V-1700V/15A-200A模块,应用于工业变频、新能源、电源装备等


13、无锡中科君芯


江苏中科君芯科技有限公司是一家专注于IGBT、FRD等新型电力电子芯片研发的中外合资高科技企业。公司成立于2011年底,依托中国科学院的科研团队和研发平台,结合海内外的技术精英以及专业的市场管理团队共同组建而成。


作为国内业界的领军者,君芯科技是国内率先开发出沟槽栅场截止型(Trench FS)技术并真正实现量产的企业


类型:设计


主要产品及服务:国内唯一全面掌握650V-6500V全电压段IGBT芯片技术企业,面向电磁感应加热、变频家电、逆变焊机、工业变频器、新能源等领域


14、西安芯派


西安芯派电子科技有限公司是一家从事电子元器件研发生产销售的企业。筹建于2010-08-21,现有职工总数(200-500人)人,注册资金 4881、总资产 4881(单位万元)。


类型:设计


主要产品及服务:650V-1700V/80A-600A IGBT,应用于电源管理、电池管理、电机控制及充电桩等领域


15、吉林华微斯帕克


吉林华微电子股份有限公司是集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试产品营销为一体的高新技术企业,拥有多条功率半导体分立器件及IC芯片生产线,芯片加工能力为每年360余万片,封装能力为30亿只/年,吉林华微电子有限公司已形成VDMOS、IGBT、FRED、SBD、BJT等为营销主线的系列产品, 是NXP、FAIRCHILD、VISHAY、 PHILIPS、TOSHIBA等国际知名企业的合作伙伴。


类型:设计


主要产品及服务:智能功率模块及大功率IGBT模块


16、宁波达新


达新半导体有限公司成立于2013年,是以海归博士为主创立的一家中外合资的高科技公司,公司主要从事IGBT、MOSFET、FRD等功率半导体芯片与器件的设计、制造销售,并提供相关的应用解决方案。总部设于在浙江省宁波的余姚市,在上海和杭州设有子公司,其中上海子公司有芯片设计中心,杭州子公司建有IGBT模块生产线,深圳设有销售办事处。


类型:设计


主要产品及服务:单管、模块、面向逆变焊机、工业领域、白色家电、充电桩、UPS电源、光伏逆变器、空调、电磁感应加热


17、无锡同方微


无锡同方微电子有限公司是由北京同方微电子有限公司投资的一家高新技术企业,是一家专注于先进半导体功率器件和集成电路的设计研发、芯片加工、封装测试产品销售的集成电路设计企业,公司总部位于无锡新区的中国传感网国际创新园D2栋四层。


公司的团队是由一批在国内外著名半导体公司工作多年的具有丰富产品设计、经营管理经验的成员组成,不仅掌握了世界先进的产品研发与生产技术,而且拥有丰富的半导体公司经营管理经验。公司开发和生产的SJ MOSFET、DT MOSFET、HV VDMOS、IGBT、IGTO、Half Bridge Gate Driver等先进半导体功率器件以及相关的电源管理集成电路等产品广泛应用于节能、绿色照明、风力发电、智能电网、混合动力\电动汽车、仪器仪表、消费电子等领域。


类型:设计


主要产品及服务:600V/1200V/1350V,用于交/直流驱动、不间断电源、电磁炉、通用逆变器、开关和共振模式电源供给等


18、无锡新洁能


无锡新洁能股份有限公司(NCE Power Semiconductor)和江阴长电科技同属于新潮集团,专业从事各种大功率半导体器件、Trench-MOSFET、与功率集成器件设计生产销售,经过多年自主研发和生产,NCE品牌MOSFET已拥有8项国家发明专利、20多项实用新型专利


类型:设计


主要产品及服务:Trench NPT/Trench FS工艺,1200V/1350V;适宜于电磁加热等各类软开关应用


潜在市场巨大 但中国厂商缺乏核心技术


我国IGBT器件90%依赖进口,国产市场份额主要被欧美、日本企业垄断。目前,国内的功率半导体技术包括芯片设计制造和模块封装技术目前均处于起步阶段。功率半导体芯片技术研究一般采取“设计+代工”模式,即由设计公司提出芯片设计方案,由国内的一些集成电路公司代工生产



中国IGBT企业在研发与制造工艺方面极度缺乏经验,与世界先进水平差距很大。同时IGBT都是关键设备上的核心部件,设备厂商更换国产产品风险很大,这也是制约国内企业产品进入高端市场的障碍。(文/刘燚)


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