IGBT 栅极驱动控制技术图

芯片整体架构分析图

一、IGBT技术分析

1.IGBT，即绝缘栅双极晶体管。是一类新型功率半导体器件，由 MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）和 Bipolar（双极晶体管）的基础上发展而来。IGBT 具有 MOSFET 输入功能的同时还具有双极晶体管的输出功能。IGBT 的控制功率较低，驱动电路较简单，有饱和压低、电流密度较大、电流处理能力强等特点。因此 IGBT 在高电压，高电流以及高速度三大方面的作用是其他类型的功率器件无法替代的。

驱动模块作为电力控制系统与 IGBT 功率模块的中间级，其性能的好坏直接影响整个电力系统。因此在 IGBT 的漫长发展过程中，对于 IGBT 的驱动技术以及保护技术日趋成熟。并且随着半导体集成电路技术的发展，高集成度和智能化的 IGBT 功率组件成为一大发展趋势。

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片结构作为电动汽车动力总成系统的核心器件,决定了电动汽车的安全性和可靠性，在提高电动汽车牵引逆变器功率密度、运行效率和工况适应性方面起到关键作用。电动汽车IGBT芯片电流密度技术--分类探讨沟槽栅技术、屏蔽栅结构、载流子存储层、超级结和逆导技术等关键技术取得新进展；IGBT芯片在高压/高温等复杂工况下的可靠性大大提升,对缓冲层和终端结构的优化设计技术得到发展。IGBT器件的多功能传感器技术和模块内部集成无损缓冲电路得到广泛应用。

2、IGBT 保护模块保护方法包括：电流传感器检测、分流器检测、Vce 退饱和检测、寄生电感电压电流斜率检测、栅极电压检测、有源钳位、软关断等保护措施。

3.为满足 IGBT 芯片的灌封工艺以及无机填料的填充，选择SRTEM-80 和 REDG-80 逐步采用环氧树脂基体。环氧树脂的结构含有极性基团和环氧基，有较好的粘结强度、电绝缘性能、耐热性能，还具有耐化学腐蚀性等性能特点，作为高分子复合材料在塑料封装中使用最广泛，，将液态的环氧树脂封装料以不同方式装入电子器件内部，并通过一定的固化过程，可使封装料固化成型，成为具有良好绝缘性能的热固性材料，以抵抗物理冲击，对芯片有保护作用，且优化芯片的整体性能，电子器件内部灌封环氧封装料后，降低电子器件与空气中水分的接触，使器件的防水防潮性能提高。

4.我国聘任了英国皇家工程院院士剑桥大学 Ｆｌｏｒｉｎ Ｕｄｒｅａ 教授，邀请东京工业大学大见俊一郎等国际顶尖专家，与英国剑桥大学、华威大学、诺丁汉大学、德国弗劳恩霍夫研究所等国际知名研究机构开展深入合作，在“３６００Ａ／ ４５００Ｖ 压接型 ＩＧＢＴ 及其关键技术” 研究取得重大进展，攻克了大容量压接型 ＩＧＢＴ 芯片及封装核心技术，完成 ３６００Ａ／ ４５００Ｖ 压接型 ＩＧＢＴ 器件（内部含反并联 ＦＲＤ） 的设计开发和研制，具有全套自主知识产权，实现国内压接型 ＩＧＢＴ 技术从无到有的跨越，打破了国外大功率压接型 ＩＧＢＴ 的技术和市场垄断。 该成果通过中国电子学会鉴定，被认定为世界上功率等级最高的压接型 ＩＧＢＴ。建立并制定第三代半导体产业技术创新联盟、ＩＧＢＴ 技术创新与产业联盟、中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟等团体标准，推动行业内上下游单位间的技术交流与互动，有力提升行业整体技术水平。 通过原始创新，实验室攻克双向晶闸管、万伏级晶闸管关键前沿技术；创新 ＩＧＣＴ 结构设计与工艺，提升器件性能和可靠性，达到国际领先水平；研究 ＳｉＣ 等第三代半导体技术，掌握 ＳｉＣ 二极管与 ＭＯＳＦＥＴ 设计与关键工艺并实现器件的应用验证；突破了多项 ＩＧＢＴ 设计及关键工艺，形成从低压到高压的一整套具有完全自主知识产权的技术体系，率先实现我国 ＩＧＢＴ 产业从无到强的飞跃，从根本上打破了国外技术垄断。在 ＩＧＢＴ 精细沟槽、终端结构耐压提升、全压接技术与高功率密度 ＳｉＣ 关键技术等方面取得突破，服务国家发展战略、解决国家重大需求的能力进一步加强。

二、 IGBT 功能分析

IGBT 模块的主要客户群体为工业控制及辅助模块主要包括低频振荡器、10MHz 振荡器以及高精度阈值电压产生模块。其主要功能是为数字控制电路提供稳定的参考电压以及时钟信号。驱动模块包括驱动模式选择与三种驱动模式电路。

三、主要用途

1.电动汽车

2019 年 12 月工信部发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》征求意见稿，意见稿明确提出：到 2025 年，新能源汽车新车销量占比达 25% 左右。根据中汽协数据，2019 年我国新能源汽车渗透率为 4.7%，仍处于非常低的状态 , 如果 2025年达到渗透率 25% 的目标，未来几年新能源汽车新车销量年复合增长率达到 30%，成长空间广阔。

2.IGBT 产业在变频白色家电也具有广阔市场前景。变频空调的核心器件就是

GBT 为核心的 IPM 模块，变频空调的压缩机、内机风扇、外机风扇均需 IPM 来实现变频控制。因此，未来几年将成为变频家电快速普及的时期，IPM 模块是变频技术的核心电子元器件，也是变频白色家电的核心电子元器件。

3.轨道交通

4.智能电网

5.新能源装备

6.国防军工等中国高端装备

四、主要公司分析

1.斯达半导(603290)

公司IGBT模块市占率内资第一，盈利能力行业领先。公司主要产品是IGBT模块，产品技术全球领先，在全球IGBT模块市场排名第八，是国内唯一一家进入全球前十的IGBT模块供应商。公司同时在IGBT模块封装与芯片设计两个领域拥有丰富的技术积累，目前IGBT模块产品线覆盖600V-3300V，下游应用涵盖工控/电源、新能源汽车、光伏/风力发电、变频白色家电等多个领域，IGBT行业技术壁垒极高，公司竞争优势显着。IGBT模块不但具有芯片和封装双重技术门槛，还具有极高的行业认证门槛。相比于国内同行，公司已经跨越了芯片和模块封装技术门槛，芯片自给率超过50%，从IGBT模块下游需求来看，新能源发电、新能源车和智能变频家电需求旺盛，其中我国车规IGBT模块市场规模有望在2025年达到100亿元，相对目前市场有五倍以上成长空间。

2.汇川技术 公司以变频器业务起家 , 随后进入伺服系统、PLC 领域 , 并先后通过收并购等方式布局轨道交通、电梯、机器人、汽车电子业务。创始人朱兴明提出，汇川技术要实现新能源汽车零部件和智能制造的“双王战略”。

3.英威腾，在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、工业自动化领域长期深耕，并且具备提供从动力系统总成到充电桩完善的新能源汽车成套设备的产品能力。

4.全球市场上，英飞凌、富士电机、IXYS等国际厂商覆盖了IGBT产品全部电压范围，而瑞萨、罗姆、意法半导体等厂商则集中在中低压产品，三菱、中国中车以及斯达半导体等厂商仅提供IGBT模块产品。据IHSMarkit统计，全球前五大IGBT厂商市占率超过70%，而在国内市场，海外厂商同样占据50%以上的市场份额，国产替代空间广阔。