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什么叫功率器件? | 什么是IGBT？ | 全球十大功率器件廠商及經典產品介紹 | IGBT市場研究及發展

電力電子器件又稱為功率半導體器件，它雖不像集成電路一樣被大眾熟知，但其重要性不可忽視。其中的IGBT是功率半導體的一種，作為電子電力裝置和系統中的“CPU”，高效節能減排的主力軍。站在政府和供給端企業角度來說，功率器件領域，歐美日三足鼎立的局面暫時不會改變，而國內市場需求大，本土廠商應援還存在問題，如何盡快地完成國產替代是未來地一場攻堅戰，如何打贏？

站在技術的角度來說，功率器件必將向高功率、高頻率、高效率和易驅動方向發展，而后IGBT時代的新材料的出現可以加速這一系列目標的實現。

什么叫功率器件?

電力電子器件又稱為功率半導體器件，主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件。

分為很多種，大致上可以分為有源和無源兩類。無源功率元件一般包括電阻（消耗電能），電感（存儲磁場能量）和電容（存儲電場能量）。有源功率元件主要是指功率開關，例如晶閘管（SCR），IGBT，MOSFET等，用來改變電路狀態，功率。

功率器件幾乎用于所有的電子制造業,包括計算機領域的筆記本、PC、服務器、顯示器以及各種外設;網絡通信領域的手機、電話以及其它各種終端和局端設備。

電力電子器件正沿著大功率化、高頻化、集成化的方向發展。

功率半導體器件原理功率半導體器件發展功率半導體器件種類

功率半導體器件原理

功率半導體器件，在大多數情況下，是被作為開關使用（switch），開關，簡單的說，就是用來控制電流的通過和截斷。那么，一個理想的開關，應該具有兩個基本的特性：

1、電流通過的時候，這個理想開關兩端的電壓降是零；

2、電流截斷的時候，這個理想開關兩端可以承受的電壓可以是任意大小，也就是0~無窮大；

因此，功率半導體器件的研究和發展，就是圍繞著這個目標不斷前進的。現在的功率半導體器件，已經具有很好的性能了，在要求的電壓電流處理范圍內，可以接近一個比較理想的開關。

功率半導體器件發展

以前也被稱為電力電子器件，簡單來說，就是進行功率處理、具有處理高電壓，大電流能力的半導體器件。例如電壓處理范圍從幾十V-幾千V，電流能力最高可達幾千A。典型的功率處理，包括變頻、變壓、變流、功率管理等等。

1、早期的功率半導體器件：大功率二極管、晶閘管等等，主要用于工業和電力系統（正因如此，早期才被稱為電力電子器件）。

2、隨著以功率MOSFET器件為代表的新型功率半導體器件的迅速發展，現在功率半導體器件已經非常廣泛，在計算機、通行、消費電子、汽車電子為代表的4C行業（computer、communication、consumer electronics、cartronics），功率半導體器件可以說是越來越火。

國家倡導節能環保、低碳生活，就需要對能量的處理進行合理的管理，對于能量通俗的理解就是功率P=IV，所以需要對電壓電流的運用進行有效的控制，這就與功率器件密不可分！功率管理集成電路（Power Management IC，也被稱為電源管理IC）已經成為功率半導體器件的熱點，發展非常迅速！

1、早期的功率半導體器件：大功率二極管、晶閘管等等，主要用于工業和電力系統（正因如此，早期才被稱為電力電子器件）。

功率半導體器件種類

1、第一代產品：功率二極管，晶閘管，還有功率BJT（就是功率雙極型晶體管）；

2、第二代是以功率MOSFET為代表的新型功率半導體器件，如VDMOS、LDMOS，以及IGBT。

VDMOS 即（vertical double-diffusion MOSFET）是縱向器件，多用于分立器件；LDMOS 即（Lateral double-diffusion MOSFET），是橫向器件，其三個電極均在硅片表面，易于集成，多用于功率集成電路領域；IGBT 即（Insulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶體管），可以看作是功率MOS和功率BJT的混合型新器件。目前發展最快的也是IGBT。

什么是IGBT？

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是一種復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，與 MOSFET（絕緣柵型場效應管）結構功能相似，可控制的電壓范圍更高。半導體產業分成四種類型∶ 集成電路，分立器件，傳感器和光電子，其中IGBT屬于分立器件的一種。

IGBT特點 IGBT主要功能 IGBT主要產品形式 IGBT技術及其發展 IGBT市場應用 IGBT新參與者

IGBT特點

IGBT可以被認為是一個MOSFET 和一個 BJT（雙極型三極管）混合形成的器件，但相比于 MOSFET 制造難度更高、結構更復雜，可承受的電壓也更大。一般 MOSFE工器件或模組的可承受電壓范圍為20-800V，而IGBT可承受 1000V以上的高電壓，因而是電力電子領域較為理想的開關器件。

IGBT主要功能

IGBT通過脈寬調制，可以把輸入的直流電變成人們所需要頻率的交流申，或者反過來。主要用干變頻逆變和其他逆變電路，被稱為是電力電子裝置的"CPU"。

IGBT主要產品形式

模組和分立器件兩種形式，一般通俗的說IGBT指模組， IGBT模塊是由 IGBT分立器件與快恢復二極管芯片通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品。

IGBT技術及其發展

IGBT 生命周期較長，產品迭代速率不追求摩爾定律，使用周期較長，雖然老一代產品損耗較大，但其芯片面積大，穩定性較好，因此部分領域仍會選擇使用舊代產品。

回顧IGBT的技術發展，IGBT主要經歷了7代技術及工藝改進。各代 IGBT的主要發展趨勢主要為降低損耗與生產成本，總結來看大致可分為三大主要技術階段∶

第一階段是第一、第二代 IGBT為代表的平面柵型 IGBT，其中第一代由于工藝復雜且成本高，已基本被淘汰。第二代部分類型產品目前仍有銷售。

第二階段是以第三代、第四代 IGBT為代表的溝槽柵型 IGBT。該類型產品通過創新的溝槽設計，大大減小了IGBT的體積和使用功耗，因此被廣泛使用。第五代、第六代的 IGBT，屬于對溝槽柵型的改進，結構并未有很大的變動。此外，該階段還出現了第三階段的過渡型產品 Trench Stop。

第三階段是 2018 年以后出現的第七代微溝槽型 IGBT，該類型產品更大程度地減小了器件的體積和功耗，目前英飛凌等廠商技術已達量產水平。

IGBT市場應用

IGBT 能夠根據工業裝置中的信號指令來調節電路中的電壓、電流、頻率、相位等，實現精準調控的目的，被廣泛應用于電機節能、軌道交通、智能電網、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發電、新能源汽車等領域。

按電壓分布來看，消費電子領域所用 IGBT產品主要集中在 600V 以下，新能源汽車常用IGBT產品電壓為 600- 1200V，動車組常用的IGBT模塊為 3300V和 6500V，軌道交通所使用的 IGBT電壓在 1700V-6500V 之間;智能電網使用的IGBT通常為 3300V。

IGBT新參與者

一是老牌功率器件廠商逐漸向 IGBT 等高端業務擴展業務。

二是終端廠商向供應鏈上游拓展，如比亞迪于 2005 年進入IGBT產業，目前其推出的 IGBT 4.0 產品在電流輸出、綜合損耗及溫度循環壽命等許多關鍵指標上超越了英飛凌等主流企業的產品，并實現了對外供應；

三是新創企業進入IGBT 賽道，如芯聚能半導體于 2019 年 9 月開啟 25 億元的投資項目，目標面向新能源汽車用功率模塊。

2020年中國半導體功率器件十強企業

序號	企業名稱	2020年營收(億元)
1	安世半導體(中國)有限公司	/
2	華潤微電子控股有限公司	69.77
3	揚州揚杰電子科技股份有限公司	4.59
4	杭州士蘭微電子股份有限公司	42.81
5	吉林華微電子股份有限公司	17.19
6	江蘇長晶科技有限公司	/
7	樂山無線電股份有限公司	/
8	北京燕東微電子有限公司	/
9	江蘇捷捷微電子股份有限公司	10.11
10	無錫新潔能股份有限公司	/

排名不分先后

全球十大功率器件廠商及經典產品介紹

Infineon（英飛凌）

Infineon脫胎于西門子半導體部門，于1999年4月1日在德國慕尼黑正式成立，是歐洲最大的半導體公司，其功率半導體在全球排名第一。其主要功率器件產品包括高度可靠的IGBT、功率MOSFET、氮化鎵增強型HEMT、功率分立式元件、保護開關、硅驅動器、氮化鎵驅動器、IGBT模塊、智能功率模塊（IPM）、線性調節器、電機控制解決方案、LED驅動器以及各種交流-直流、直流-交流和數字功率轉換等，涵蓋了所有功率技術，功率方面覆蓋微安級到兆瓦級。

ONSemiconductor（安森美）

ON SemiconductorCorporation創立于1999年，是全球高性能電源解決方案供應商。其主要功率器件產品包括汽車工業MOSFET、整流器、IGBT，全面的高能效電源和信號管理、邏輯、分立及定制方案陣容，使其在汽車、通信、計算機、消費電子、工業、LED照明、醫療、軍事/航空及電源應用領域都有良好的表現。

ST（意法半導體）

ST集團于1987年成立，是由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導體公司合并而成，是世界最大的半導體公司之一，也是世界領先的分立功率器件供應商之一。其產品范圍包含MOSFET (包括運用創新的MDmeshTM第二代技術的器件)、雙極晶體管、IGBT、肖特基與超快速恢復雙極工藝二極管、三端雙向可控硅開關及保護器件。此外，意法半導體的專利IPAD（集成有源和無源器件）技術，允許在單個芯片中整合多個有源和無源元件。

Mitsubishi（三菱電機）

Mitsubishi成立于1921年，主營功率器件包括IGBT、IPM、MOSFET和SiC器件，并在白色家電、工業控制、智能電網、軌道交通、綠色能源、衛星、防御系統、電梯及自動扶梯、汽車用電子用品、空調、通風設備等領域的電力變換和電機控制中得到廣泛應用。

Toshiba（東芝）

Toshiba創立于1875年，是日本最大的半導體制造商，隸屬于三井集團。東芝的功率器件產品包括廣泛的二極管產品組合、雙極晶體管、VDSS為500~800V的中高壓DTMOSIV系列，VSS為12~250V的低電壓UMOS系列、SiC SBD，以及智能功率器件(IPD)IC，包括60V的低電壓IPD、和250V/500V的高壓IPD，可分別應用于娛樂、汽車設備,以及家用電器和工業設備等領域。

Vishay（威世）

Vishay集團成立于1962年，是世界上最大的分離式半導體和無源電子器件制造商和供應商之一。其主要產品包括無源和分立有源電子元件，特別是電阻、電容器、感應器、二極管和晶體管。廣泛應用于計算機、電話、電視、汽車、家用電器、醫療設備、衛星、軍用及航空設備領域。

Fuji Electric（富士電機）

Fuji Electric成立于1923年，是一家以大型電氣機器為主產品的日本重電機制造商，主營功率器件包括整流二極管、功率MOSFET、IGBT、電源控制IC、SiC器件等。值得一提的是，富士還是日立的 IGBT 芯片供應商。擁有全世界最多的 IGBT 器件方面的技術專利，總數達 500 件。現在，富士電機的 IGBT 幾乎占領了全日本的電動汽車領域。

Renesas（瑞薩）

Renesas于2003年，由日立制作所半導體部門和三菱電機半導體部門合并成立，是世界十大半導體芯片供應商之一。其主營模擬功率器件包括雙極型功率晶體管、功率二極管、功率MOSFET、晶閘管和IGBT，廣泛應用于汽車、工業、家居、辦公自動化、信息通信技術等領域。

Rohm（羅姆）

Rohm創立于1958年，是全球著名半導體廠商之一。其主營功率器件包括晶體管、二極管、IGBT、SiC功率器件和智能功率模塊，其功率器件產品線是小型高可靠性產品陣容的典型代表。

Semikron（賽米控）

Semikron成立于1951年，總部位于德國紐倫堡，是全球領先的功率模塊和系統制造商之一。其產品主要涉及中等功率輸出范圍（約2 kW至10 MW），是現代節能型電機驅動器和工業自動化系統中的核心器件，廣泛應用于電源、可再生能源（風能和太陽能發電）和電動車（私家車、廂式貨車、公交車、卡車、叉車等）領域。同時，Semikron也是全球前十大 IGBT 模塊供應商，在 1700V 及以下電壓等級的消費 IGBT 領域處于優勢地位，在全球二極管和晶閘管半導體模塊市場占有25%的份額。