三菱IGBT-IPM模塊PM75RLA120在有源電力濾波器中的應用
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大功率
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4.電動汽車
電動汽車最關鍵的瓶頸是電機驅動控制和充放電,這些更離不開由IGBT組成的逆變橋。北京理工大學、天津大學、中科院等機構都在研究電動車的樣車、仿真車時都采用了英飛凌(Infenion)HybdPACK 的IGBT功率模塊,適用于最大電池電壓為450V且功率高達20kW的輕度混合動力汽車。這種模塊以英飛凌(Infenion)領先的IGBT溝槽柵場截止技術為基礎,可實現較低的開關損耗.HybdPACK 1經過專門設計,長期工作結為150℃,采用六管三相橋結構,額定值高達400A/600V。
5.智能電網
廣義上講,風電、光伏發電等都是智能電網電源側的重要組成部分。在電網部分的高壓直流輸電、FACTS柔性輸電技術,負荷側的電機變頻控制、智能家電產品、LED照明驅動等方面也對IGBT等功率半導體形成了大量的需求。
三、現狀
目前IGBT主流廠家:為德國Infineon(英飛凌),瑞士ABB,美國飛兆(Fairchild),本三菱、FUJI等。歐美品牌的產品主要用在電力電子和通訊行業,而本的品牌主要用于電磁爐、變頻空調、冰箱、洗衣機等家電類居多。近幾年英飛凌的IGBT單管也在家電類產品中占有一席之地,而三菱的 IGBT模塊在也開始大量應用于軍工、電力電子等行業。
IGBT的產業化在我國還屬空白。無論技術、設備還是人才,我國都處于全方位的落后狀態。雖然國家在“八五”和“九五”期間分別立項支持了IGBT的研發和產業化,但是由于各種客觀原因,這些攻關的成果只是做出了技術樣品,而沒能把技術樣品變為工程產品并且實現產業化生產。很長時間以來,在半導體行業中有相當一部分人認為我們國家已掌握了0.15微米、8英寸的集成電路技術,IGBT的0.5微米、6英寸的技術應沒有太大難度。事實上它們的差別在于:集成電路的技術難點在于拓撲結構及版圖設計,其生產工藝較為規范化和標準化,只要版圖設計好了,在一條常規的線寬合適的IC流水線上流片應不會有太大的問題;而IGBT正好相反,其設計技術相對而言不太復雜,但由于其大電流、高電壓、高頻和高可靠的要求,加工工藝十分特殊和復雜。目前,全國還沒有一條較完備的 IC工藝線可以從頭到尾完成IGBT的生產。另外,對于不同電壓等級和頻率范圍的IGBT,其主要工藝也有較大差異,從而增加了IGBT生產的特殊性和復雜性。
我國的IGBT器件之所以沒能最終實現產業化還有一個重要原因是缺少產業化的技術經驗和人才。隨著近幾年來海歸派回國創業,這一狀況在某種程度上得到了改善。此外,國內高校和研究機構的興趣大多轉移到SiC和GaN寬禁帶半導體器件及電源管理芯片方向,目前國內只有兩三家高校及院所還在進行與IGBT器件相關的研發,并且主要限于計算機仿真研究。這就導致了我國在IGBT設計和研發方面的人才奇缺。
IC的電熱學特點是電流小、電壓低、對散熱沒有太高要求,因此,IC的工藝特點是淺結、薄膜和片厚。而IGBT正好相反,其特點是電流大、電壓高和頻率高,因此對散熱的要求非常高,這樣,就必然導致IGBT的工藝特點是結深、膜厚和片薄。另外,應用系統對IGBT器件的可靠性要求也很高。
IGBT 作為一種主流器件,在國際上已經發展到了商業化的第五代,而我國只有少數企業從事中小功率IGBT的封裝,而且尚未形成規模化生產。我國在IGBT芯片的產業化以及大功率IGBT封裝領域的技術更是一片空白。因此,探索更加積極、有效的模式,促成電子器件企業的技術融合、取長補短,實現IGBT的產業化,才能盡快填補我國基礎工業中先進電力電子器件的空白
值得關注的是,不少海龜利用民間資本已經試水IGBT的國產化,主要代表有嘉興斯達半導體的沈華、南京銀茂微的莊偉東、無錫鳳凰的屈志軍、東營科達的陳智勇等。但絕大多數尚處于實驗室階段或為人代工封測,真正意義的國產IGBT產業才剛剛起步,海龜們更多的體會是創業的艱辛而非創新的喜悅。
國外公司在IGBT的產業化技術方面對我國還是實行嚴密的封鎖策。這就嚴重制約了IGBT器件在我國的產業化發展。
四、策
微電子技術是對信號的處理和轉換,可以提高人們的工作效率和生活質量;而電力電子是對電能的控制和變換,可以提高用電效率和改善用電質量,也是工業化和信息化融合的關鍵技術。集成電路和電力半導體器件在國民經濟發展中地位同樣重要,兩者相輔相成。然而,同樣重要的技術并沒有得到同樣的重視,國家在2000 年出臺了18號文件,重點支持集成電路和軟件技術的發展,沒有將新型電力半導體器件列入其中。國家十一五重大專項中,新型電力半導體器件又未能進入支持目錄。
針對IGBT產業,必須運用系統工程打造產業化體系。在設計領域,應重點利用海歸技術人員所掌握的國際先進技術和國內部分高校和研究所的前期經驗;在芯片制造領域,應充分利用國內已有的IC和分立器件生產線,補充必要的生產設備;在封裝領域,應重點發展單管大尺寸封裝(TO-220以上)、標準功率模塊、智能化功率模塊和用戶定制功率模塊;在測試領域,應發展新型器件的動靜態特性測試、可靠性試驗及失效分析手段;在原材料領域,應重點發展高阻外延單晶、區熔單晶和磁場直拉單晶;在設備領域,應重點發展大面積減薄、微細刻蝕、大束流離子注入等設備;針對應用特性,應重點研究器件和電路接口方面的技術問題,如驅動和保護電路的設計等;針對人才培養,短期可以從國外引進一批有著豐富實踐經驗的高層次技術人才,長期則需要在國內高校培養新型電力半導體器件的設計和制造人才。
根據我國IGBT產業化的特點和需要,在產業化的進程中要給予相關策支持,如zf采購、財補貼、稅收優惠、關稅保護、國產化率考核、國產裝備的風險補償、大型節能減排項目示范工程等。不僅要對器件的研發給予重點支持,而且應在系統應用的源頭利用策的杠桿來輔助,才會使國內的器件制造從弱勢成長為強勢。
標的
無論是智能電網還是物聯網、手機支付,股市投資者的觸角都比現實中普通公民要敏銳的多。當大多數股民已經對物聯網津津樂道時,現實生活中的物聯網還很少有人領會。IGBT概念同樣如此。
前文分析已經闡明,目前中國IGBT的產業化還是空白,核心技術及主流市場被國外廠商壟斷,IGBT的國產化存在不確定性。但正因為如此,找尋國內上市公司涉足IGBT的蛛絲馬跡才更有yh性。
大功率 IGBT 國產將提升家電企業試用國產化IGBT 的積極性。而中國IGBT 企業技術成熟與產品良品率提升也將推動家電領域IGBT 國產化進程,畢竟中國家電企業對IGBT 國產化需求迫切!因此,目前是投資中國 IGBT 行業最佳時機,在所有本土企業中,最先實現技術突破的企業分別是南車時代電氣、比亞迪、華微電子、科達股份與中環股份。我們繼續推薦長電科技,并關注科達股份、臺基股份;
IGBT 國產化已經臨門一腳。我們再次建議投資者不要把注意力過多關注在IGBT 量產時間上,因為IGBT 的國產化不僅是技術突破問題,還需要與客戶進行磨合,并非一蹴而就,特別是目前IGBT 市場幾乎為國外企業壟斷背景下。但IGBT 的進口替代指可待,在高鐵與智能電網領域,今年下半年就有望實現量產突破;而家電節能領域的量產突破或將在2011 年實現。建議投資立足點在“誰是中國IGBT 突破第一人!”。
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