IGBT为什么被称为电力电子行业的“CPU”

高效电力控制的核心技术：IGBT的演进与应用


引言

IGBT，或绝缘栅双极晶体管，作为功率半导体领域的重要一员，凭借其在高电压、大电流应用中的理想特性，主导了现代电力电子系统的变革。本文将深入探讨IGBT的技术特性、现有组件的发展方向、封装工艺的创新以及其在不同领域的应用实例，同时关注价值链分析，尤其是全球化竞争格局和市场动态。

IGBT技术特性与最新发展




IGBT的出色性能驱动了其广泛应用于工业、4C（通信、计算机、消费电子、汽车电子）、航空航天、国防军工产业以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略新兴领域。从结构上分析，IGBT呈现出三个发展方向：一是地形学概念：包括非透明集电区NPT型、带缓冲层PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型等；二是栅极结构创新：平面栅机构与Trench沟槽型结构并行发展；三是硅片加工工艺的优化，如外延生长技术与区熔硅单晶的应用，以及随之而来的功率密度和工作结温的提升。

封装与芯片技术的未来

在封装工艺层面，IGBT模块的两大类主要分类为焊接式与压接式。焊接式封装栅选用于高压IGBT模块，而随着技术进步，中低压IGBT模块则采用了新技术，如通过燃烧融合替代传统焊接，以及严禁曲线代替定义站序的压接技术。

随芯片技术的进步，最高工作结温度与功率密度显着提升，这意味着IGBT模块技术需同步演进以适应新技术带来的挑战。未来领域，模块革新将重点聚焦“芯片背面焊接加固”与“正面电极互联”两方面，旨在优化热管理性能和提高可靠度，以满足日益增加的电力控制系统需求。

IGBT的主要应用领域及其影响

新能源汽车：作为电动汽车及充电桩的核心技术部件，IGBT模块的使用率显著提高。在电动汽车中，IGBT主要用于电动控制系统的大功率DC/AC逆变驱动电机系统、车载空调控制系统（包含小功率DC/AC逆变，使用电流较小的IGBT和FRD）及智能充电桩的开关元件。

智能电网：IGBT广泛应用于发电、输电、变电、和用电四个电网端。发电端，如风能发电、光伏发电系统中的整流器和逆变器；输电端，以不在电压传输系统中大量使用IGBT为代表的新型输电技术；变电端，电力电子变压器（PET）的关键部分；用电端，家用电器如微波炉、LED照明驱动系统中对IGBT的需求增加。

国际竞争与市场预测

在全球范围内，IGBT市场上英飞凌依旧保持绝对领先地位，2020年的市场占有率高达29.3%（分立器件）和36.5%（模块）。中国市场方面，士兰微成为进入全球前十的中国企业之一，市场份额达2.6%；斯达半导则在2020年跻身全球第六，占市场份额3.3%。随着市场持续增长，预计2025年我国新能源汽车IGBT市场规模将猛增至385亿元，对比20192025年的复合年增长率（CAGR）可达33.8%，预计2030年的市场规模将扩大至575亿元，CAGR为21.6%。这些数字表明中国企业在IGBT市场的全球竞争格局中拥有巨大潜力与增长空间。