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斯达半导-以新能源为新引擎国产替代进程有望换挡提速-211020（30页）.pdf

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1、不同的功率半导体根据其器件特性分别适用于不同的功率、频率范围及应用领域，MOSFET 和 IGBT 门槛较高，也是目前市面上主流的功率半导体器件。功率 MOSFET具有导通电阻低、开关损耗小、工作频率快、驱动电路简单、热阻特性好等优点，可广泛用于模拟电路和数字电路，适合于消费电子、5G通信、电动汽车、UPS电源等领域，是中小功率应用领域的主流开关器件。IGBT 驱动功率小而饱和压降低，工作频率相较于 MOSFET 低，但能承受更高的电压和电流，成为高压、大功率应用领域的主流开关器件，适合用于直流电压为 600V 及以上的变流系统，广泛应用于工业、电动汽车、轨道交通、新能源发电、智能电网、航空航

2、天等领域。IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写，称为绝缘栅双极型晶体管，是由 BJT 和 MOSFET组成的复合型电压驱动式功率半导体器件，兼具 MOSFET的输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快和 BJT的导通压降低、载流能力大、耐压高双方面的优点，因此在中低频率、大功率电源中应用广泛，是目前主要的功率半导体器件。IGBT 作为一种新型功率半导体器件，是电力电子技术第三次革命最具代表性的器件，能够在电路中精准调控，提高功率转换、传送和控制的效率，因此被称为电力电子行业的“CPU”，广泛应用于工业控制及自动化、新能源发电、新能源汽车、电机节能、轨

3、道交通、智能电网、航空航天、家用电器等诸多领域。在实际应用中，IGBT可按照产品类型分为单管(分立器件)、IGBT模块和智能功率模块 IPM三类，区别之处主要在于生产制造技术和下游应用场景均有所差异，IGBT 单管、IGBT模块和 IPM 采用了不同的电路设计和封装技术。由于 IGBT 模块的尺寸相对标准化，芯片间的连接也已在模块内部完成，因此和同容量的器件相比，具有体积小、重量轻、集成度高、可靠性高、外接线简单、散热稳定等优点，在 IGBT应用市场中占比过半。按照电压范围，IGBT 又可分为低压中压高压几类，适用的应用领域有所不同。其中新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的 IGBT 主要在

4、中压范围，轨道交通、新能源发电和智能电网等使用的 IGBT主要在高压范围。IGBT 核心技术为 IGBT芯片、FRD 芯片的设计和生产以及 IGBT模块的设计、制造和测试。在芯片方面，IGBT 芯片由于需要工作在大电流、高电压、高频环境，对芯片的可靠性要求较高，同时芯片设计需综合多项参数调整优化，均衡开通关断、抗短路能力和导通压降(控制热量)三项关键性能指标，不像数字芯片那样标准化程度较高，因此依赖于工程师经验。芯片需要的生产设备也较多，设备工艺调试等相关工作经验也需要较长时间的摸索才能掌握。在模块方面，由于 IGBT 模块内部集成度高，器件之间的间隔通常在毫米级，又需要能承受较大的电压、电流

5、及恶劣环境，因此在产品设计和制造时需要考虑机械结构、电路布局、散热、抗干扰、电磁兼容等多项指标要素，涉及电力机械、电子、力学、热学、材料等多门学科的知识，还需要兼顾生产工艺的可行性。正是由于 IGBT模块工艺较为复杂，设计制造流程较为繁琐，因此需要长时间的经验积累才能掌握生产工艺，生产出大批量可靠性、稳定性、一致性高的 IGBT模块。从技术发展历程来看，从 20世纪 80年代问世至今，IGBT芯片已经经历了 7次技术迭代升级，结构设计和制造工艺在持续革新，技术方案不断演变，从平面穿通型(PT)到平面非穿通型(NPT)，再到沟槽场截止型(FS-Trench)，最后到微沟槽场截止型(MPT)，芯片

6、尺寸面积、工艺线宽、导通压降、关断时间、功率损耗、断态电压等各项指标在不断优化改良。IGBT模块也因此得以减小体积，提高功率密度和开关频率，同时降低功率损失。虽然功率半导体的技术发展是由应用领域的不断扩展和需求的不断变化而驱动的，但是其产品技术迭代周期长，生命周期可达 5-10 年，且对工艺制程的要求也不高。英飞凌作为行业先行者，虽然 2018 年已经推出了第 7 代微沟槽场截止型芯片，但目前市场上应用最多的产品依然是 2007年推出的第 4代芯片。可见，芯片的性能和面积并非关键购买因素，符合应用场景对产品规格参数需求的最具性价比的芯片才是客户在选择产品时的重点考量因素。2.1.3 后端封装和应用 know-how价值量高，可靠性要求构筑客户认证壁垒功率半导体的价值链相比于标准 CMOS 少了 IP 核、设计流、软件三个要素，以前端制造、后端封装以及应用和系统 know-how为主要价值要素。即功率半导体的产品差异主要来源于基于行业 know-how的设计能力、前端晶圆制造的工艺水平以及后端芯片封装工艺水平，三者共同决定了量产能力。IGBT 模块相对功率分立器件，其后端封装以及应用和系统理解能力比重更大。

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