隨著電氣化、高功率場景的推進,功率器件的應用范圍越來越廣;近20年來,各個領域對功率器件的電壓和頻率要求越來越嚴格,功率MOSFET和IGBT逐漸成為主流;IGBT與功率MOSFET,在某些電壓和頻率場景上有一定的相互替代關系,特別是第三代半導體材料制作的MOSFET與硅基IGBT之間的競爭。
IGBT從80年代出現以來,已經發展到了第7代產品。其更新換代主要圍繞著一些結構設計和加工工藝展開。不同代際之間的產品雖有性能上的差別,卻不像集成電路有非常明顯的區隔。目前,IGBT第四代產品目前仍是應用最廣泛的技術。
低損耗、高可靠性。背面工藝和減薄工藝對IGBT尤為重要
在集成電路領域,晶圓代工(Foundry)模式,已經成了摩爾定律的核心推動力。軍備競賽、先進設備的發展使得晶圓加工的投資規模持續增大。在功率半導體領域,由于功率半導體需要不同的CMOS半導體材料和工藝,需要專門的晶圓廠。
臺灣茂矽電子成立于1987年,晶圓制造長期聚焦在功率半導體元件及電源管理IC領域,以MOS管、IGBT,模擬芯片、二極管等產品為主,降低晶圓導通電阻,通過六寸晶圓降低IGBT製造成本并得到較高的良率;打破國外壟斷現象。
一、以電動汽車為主的新能源產業為IGBT行業送來了助攻。
在全球范圍內,IGBT最大的下游市場是工控、新能源汽車和新能源發電行業。而具體到中國,下游市場已經是新能源汽車。
在傳統汽車上,功率半導體僅限于空調系統以及汽車的各種控制和執行器。車輛由于車載電子部件的工作電壓和功率低,總體功率不超過十幾kW,只需MOSFET即可實現電壓、電流控制。
在混動車時代,多出了電機、電池等部件,車輛各部件運行電壓和總體功率明顯提升,IGBT開始應用于汽車之上。
在純電動車時代,電壓、功率大幅提升,IGBT已經成為標配。
在電動汽車上,由于動力電池所輸出的是直流電,需要借助DC-AC(直流-交流)逆變器,將電池的直流轉換成交流供給動力電機。這是IGBT在電動車中的最大應用場景,例如特斯拉在Model S中為主逆變器配置了84顆IGBT。
二、光伏熱帶火IGBT
在“碳中和”背景下,大力發展太陽能光伏等清潔能源產業已是大勢所趨。
IGBT作為光伏逆變器(直流轉交流)的重要組成部分,在光伏等領域的應用極為廣泛。隨著光伏裝機量的持續增長,對IGBT的需求也迅速攀升。近來,市場上就不斷有關于國際大廠IGBT賣斷貨的消息傳出,這種形勢也為國內IGBT產業的發展提供了契機。
光伏逆變器是太陽能光伏系統的核心組件,可將太陽能電池發出的直流電轉化為符合電網電能質量要求的交流電,并配合一般交流供電的設備使用。
(圖片來源:供應商提供)
光伏逆變器的性能可以影響整個光伏系統的平穩性、發電效率和使用年限。而在逆變電路中,都需使用IGBT等具有開關特性的半導體功率器件,控制各個功率器件輪流導通和關斷,再經由變壓器藕合升壓或降壓,最終實現交流轉直流的轉換。
(圖片來源:供應商提供)
逆變器中IGBT等電子元器件使用年限一般為10年-15年,而光伏組件的運營周期是25年,所以逆變器在光伏組件的生命周期內至少需要更換一次。這也進一步擴大了IGBT在光伏系統中的使用量。
目前市面上出現的晶圓直徑主要是150mm、200mm、300mm,分別對應6英寸、8英寸、12英寸的晶圓;國產芯片在晶圓的產能上,也就是在6寸上有優勢;
全球10大8”晶圓廠約有40座,其中33座在亞洲(臺灣15座,中國8座)在2019-2021產能僅擴廠5%,仍不足以滿足后續電動車與工業控制市場,導致IGBT持續漲價。
由工采網代理的臺灣茂矽電子推出的IGBT晶圓是有幾款1200V、FS工藝(15A、25A、40A)6寸IGBT晶圓片;1200V壕溝和現場停止技術;低開關損耗;正溫度系數;簡單的平行技術。
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