什么是igbt()

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是由BJT (Bipolar Junction Transistor)和MOS(Insulated Gate Field Effect Transistor)组成的复合型全控压驱动功率半导体器件，具有自关断特性。简单来说就是一个通断开关。IGBT没有放大电压的功能。开着的时候可以看作是电线，关着的时候可以看作是开路。IGBT结合了BJT和MOSFET的优点，如低驱动功率和低饱和电压。

IGBT模块是一种模块化的半导体产品，由IGBT和续流二极管芯片通过特定的电路桥封装而成。具有节能、安装维护方便、散热稳定等特点。

IGBT是能量转换和传输的核心器件，是电力电子器件的“CPU”。利用IGBT进行电能转换，可以提高用电效率和质量，具有高效、节能、环保的特点。它是解决能源短缺和减少碳排放的关键支撑技术。

IGBT是一种以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构复合器件。有三个外部电极，即G栅极、C集电极和E发射极。

在使用IGBT期间，可以通过控制集电极-发射极电压UCE和栅极-发射极电压UGE来控制IGBT的开/关/阻断状态。

1)当0或负电压施加到IGBT的栅极-发射极时，MOSFET中的沟道消失，IGBT关断。

2)当集电极-发射极电压uce < 0时，JBOY3乐队的PN结处于反向偏置，IGBT处于反向阻断状态。

3)当集电极-发射极电压UCE > 0时，有两种情况:

②如果栅发射极电压UGE<Uth，则不能形成沟道，IGBT处于正向阻断状态。

②如果栅发射极电压UGE>Uth，则形成栅沟道，IGBT导通(正常工作)。此时空空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，降低了N基区的电阻RN，降低了IGBT的通态压降。

IGBT各代人的技术差异

回顾过去几十年功率器件的发展，50-60年代的双极器件SCR、GTR、GTO，这个时期的产品通态电阻很小；电流控制，控制电路复杂，功耗高；70年代的单极器件VD-MOSFET。然而，随着终端应用的需求，需要一种新的功率器件同时满足要求:驱动电路简单以降低成本和开关功耗，通态压降低以降低器件本身的功耗。20世纪80年代初，对MOS和BJT技术集成的研究导致了IGBT的发明。

1985年左右，美国GE公司试制成功工业样品(可惜后来放弃了)。从那时起，IGBT经历了六代技术和工艺改进。

在结构上，IGBT有三个主要发展方向:

1)1)IGBT的垂直结构:非透明集电极NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电极NPT型、FS电场截止型；

2)IGBT栅结构:平面栅机制和沟槽结构；

3)硅片加工技术:外延生长技术，区熔硅单晶；

其发展趋势是:①降低损耗②降低生产成本。

总功耗=通态损耗(与饱和电压VCEsat相关)+开关损耗(Eoff Eon)。在同一代技术中，通态损耗和开关损耗是矛盾的，也是互利的。

根据封装技术，IGBT模块可分为焊接型和压接型。通常，高压IGBT模块主要通过标准焊接进行封装，而中低压IGBT模块有许多新技术，如烧结焊接和压力接触引线键合。

随着IGBT芯片技术的不断发展，芯片的最高工作结温和功率密度也在不断提高，IGBT模块技术也要与之相适应。未来，IGBT模块技术将围绕两个方面进行改进:芯片背面的焊接固定和正面电极的互连。模块技术发展趋势:

无焊接、 无引线键合及无衬板/基板封装技术；内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功能元件，不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。

IGBT的主要应用领域

作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT已广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统工业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴工业领域。

1)新能源汽车

IGBT模块在电动汽车中起着至关重要的作用，是电动汽车、充电桩等设备的核心技术部件。IGBT模块占电动汽车成本的近10%，占充电桩成本的20%左右。IGBT在电动汽车领域主要用于以下几个方面:

a)电控系统驱动大功率直流/交流(DC/交流)逆变后的汽车电机；

b)车载空调制控制系统的小功率直流/交流(DC/交流)逆变器，采用IGBT和FRD；具有低电流；

c)充电桩智能充电桩中的IGBT模块作为开关元件；

2)智能电网

IGBT广泛应用于智能电网的发电、输电、变电和用电领域；

从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。从输电端来看，特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。从变电端来看，IGBT是电力电子变压器（PET）的关键器件。从用电端来看，家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。

3)轨道交通

IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一。在交流传动系统中，牵引变流器是关键部件，而IGBT是牵引变流器的核心部件之一。

IGBT在国内外的市场规模

2015年国际IGBT市场规模约为48亿美元，预计到2020年市场规模将达到80亿美元，年复合增长率约为10%。2014年，国内IGBT销售额为88.7亿元，约占全球市场的1∕3。预计2020年中国IGBT市场规模将超过200亿元人民币，年复合增长率约为15%。

从公司来看，研发IGBT器件的国外公司主要有英飞凌、ABB、三菱、西门康、东芝、富士等。中国功率半导体市场占世界市场的50%以上，但90%的高端MOSFET和IGBT主流器件以进口为主，基本被国外欧美日企业垄断。

英飞凌、ABB、三菱等国外公司开发的IGBT器件规格。覆盖电压600V-6500V，电流2A-3600A，已形成完整的IGBT系列产品。

在1700V以上电压等级的工业IGBT领域，凌飞、三菱、ABB占据绝对优势；在3300V V以上电压等级的高压IGBT技术领域几乎处于垄断地位，在大功率沟槽技术方面，英飞凌、三菱处于国际领先水平。

西门康、仙童等。在1700伏及以下电压等级的IGBT领域处于主导地位。

虽然中国拥有最大的功率半导体市场，但国内功率半导体产品的R&D与国际公司仍有很大差距，尤其是与IGBT等高端器件的差距。核心技术掌握在发达国家企业手中，IGBT技术的高度集成导致市场集中度高。与国内厂商相比，英飞凌、三菱、富士电机等国际厂商具有绝对的市场优势。造成这种情况的主要原因是:

国际厂商起步早，研发投入大，形成了较高的专利壁垒。国外高端制造业水平比国内要高很多，一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。

中国功率半导体产业的发展必须改变技术处于劣势的现状，特别是在产业链上游层面取得突破，改变功率器件领域封装强于芯片的现状。

总的来说，在技术差距方面，有:用于高铁、智能电网、新能源和高压变频器的IGBT模块等。有6500V以上的规格，技术壁垒强；IGBT产业的核心技术，如芯片设计和制造、模块封装、失效分析和测试，仍然掌握在发达国家的企业手中。

近年来，中国IGBT产业在国家政策的推动和市场的牵引下发展迅速，已经形成了完整的IDM模式和OEM模式的IGBT产业链。IGBT国产化进程加快，有望摆脱进口依赖。

受益于新能源汽车、轨道交通、智能电网等各项利好措施。，IGBT市场将吸引爆点。我希望国内的IGBT企业能从中崛起。

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