碳化硅和IGBT器件的应用前景和发展趋势
来源：半导体信息
本文探讨了碳化硅和igbt器件在未来的应用前景和发展趋势，以及如何通过技术创新和优化来满足不同应用的需求。其中，英飞凌作为国际品牌的代表，其第四代产品已经超过专利期，第七代产品受专利保密影响，国内厂商需要进行微调以规避专利问题，并加快技术创新，缩小与国际品牌的差距。此外，pe层的引入可以将双极性器件变为单极性器件，提高器件电导调制效应。
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功率器件分为泛材类器件与igbt器件两类，igbt器件是开关器件，优势在于体积小、寿命长、可靠性高，现在市场上使用程度最大的是第4代器件，全球龙头企业为英飞凌，其现在的igbt器件为商业化的第七代，主要应用于乘用车、光伏和风电能源领域。国内厂商的产品相较于英飞凌的产品落后，主要为4代和介于4代和7代间的产品，电动汽车中现采用的edt2技术，国内部分厂商的成熟度与英飞凌相差较小，但与7代产品存在差距。
1.功率器件分为泛材类器件和igbt器件两类。igbt器件本质上是一种开关器件，其原理与机械开关相同，但相较于机械开关，igbt器件的优势在于其属于弱电控制，开关速度较快，其体积、寿命以及可靠性均优于机械开关。
2.igbt器件从诞生至今已有20-30年，现如今市场中使用程度最大的为第4代器件，其诞生距今有16年。igbt器件的应用范围较广，包含且不限于工业电瓶器、工业电源、新能源光伏、风电能源、储能、电动汽车、轨交、输配电以及航天航空领域。
3.目前全球igbt器件的龙头企业及技术领导者为英飞凌，英飞凌现如今的igbt器件为商业化的第七代，在2016-2017年于工业变频器与商用车方面使用，如今其主要的应用方向为乘用车、光伏以及风电能源领域。
4.目前国内厂商的产品相较于英飞凌的产品，具有一代技术的落后，主要为4代产品和介于4代和7代间的产品。国内的igbt器件技术与英飞凌存在1年时间积累的技术与经验差距。
5.电动汽车中现如今采用的edt2技术，国内的部分厂商的成熟度与英飞凌的相差较小，与7代产品存在一定的差距。国内的igbt器件技术与英飞凌存在1年时间积累的技术与经验差距。
6.igbt器件在光伏领域的应用较为广泛，主要用于太阳能逆变器。英飞凌的igbt器件在光伏领域的应用较为成熟，其第七代产品在光伏领域的应用效果较好。
7.igbt器件在风电能源领域的应用也较为广泛，主要用于风力发电机组的变频器。英飞凌的igbt器件在风电能源领域的应用也较为成熟，其第七代产品在风电能源领域的应用效果较好。
8.igbt器件在工业电源领域的应用也较为广泛，主要用于ups电源、电焊机、电力电子变压器等领域。英飞凌的igbt器件在工业电源领域的应用也较为成熟，其第七代产品在工业电源领域的应用效果较好。igbt器件的发展已到达瓶颈，未来的发展方向为从封装与材料的角度使其性能优化；碳化硅技术已成熟，但价格较高，其衬底成本占器件总成本50%；英飞凌有冷切技术，可提高碳化硅的单位效率或数量，降低成本；预计碳化硅的成本为硅材料成本的1.5-2倍，但其带来的经济效益较大，可节省整机成本，提高性价比；预计2024年，汽车与光伏所采用的硅材料会被碳化硅替代；华为公司预测2030年80%的汽车所使用的硅材料会被碳化硅所替代。
1.igbt器件的发展已到达瓶颈，其原因为硅材料的发展已达到物理极限，未来的发展方向为从封装与材料的角度使其性能优化。igbt器件的未来发展为产品的替代，例如650+伏被氮化镓材料替代，1,200伏被碳化硅产品替代。igbt器件未来发展趋势较渺茫，其电能较大的领域被碳化硅替代，电能较低的部分被氮化镓替代，预计硅基材料的igbt器件未来在性能要求较低或成本较敏感的领域存在。
2.碳化硅技术已经逐步成熟，其劣势在于价格较高；碳化硅的衬底为碳化硅锭，碳化硅锭的长度为5-10厘米，相较于硅的增长速度，硅的增长速度为碳化硅的700倍；硅能够从液氮中提取，碳化硅可从固态转化为气态；碳化硅锭受限于增长速度与增长程度，其价格较高，目前碳化硅衬底成本占器件总成本50%。
3.目前国际上普遍采用的技术为6寸的碳化硅锭切底，国内正处于4寸转换至6寸的阶段，后续新建设备均为6寸切底。未来的发展趋势为碳化硅的增长速度有所提升，除此外预计在2024年6寸可向7-8寸切底发展，其价格能够有所下降。
4.碳化硅的场强为硅材料的10倍，相当于相同的电压，碳化硅仅需硅的1/10的厚度；碳化硅的材质较脆，目前技术可切出的较厚，其70-80%的材料均需磨掉，具有较大部分的磨损浪费。
5.英飞凌现如今有冷切技术，即在一定冷度的下切割碳化硅，使得其单位效率具有较为明显的提高或碳化硅的数量有明显的增长，该技术普及后，碳化硅的成本将会明显下降。
6.预计未来碳化硅的成本为硅材料成本的1.5-2倍，此为碳化硅与硅极限平衡；碳化硅的成本为硅材料成本的2倍，碳化硅带来的经济效益，即在整机上节省的成本较大，为硅材料的6-7倍，总体设备的性价比较高。
7.整机对于汽车在电池与散热成本部分的节省经济，比使用硅材料的整机价格划算，整机效率有显著提高，成本会大幅下降。预计2024年，汽车与光伏所采用的硅材料会逐步被碳化硅替代。华为公司预测2030年80%的汽车所使用的硅材料会被碳化硅所替代，碳化硅能够批量化生产，其技术也达到成熟。
8.目前国内采集碳化硅的技术处理能力较低，仅有40%+，国际的处理能力为60-70%。
igbt器件已有30+年的发展史，应用角度已无问题，但技术壁垒在于生产工艺、离子注入深度与浓度等，各家技术差异大。不同应用需对性能进行微调，如电机类设备需降低开关频率，电源类需提高电能质量。目前市场主流为第4代产品，第7代产品需从系统角度完成微调配置。国内第7代产品发展受到限制。
1.igbt器件已有30+年的发展史，目前国内厂商可设计较好的igbt器件。igbt器件的变化为其平面变成沟槽，线宽由原本的2个线宽2-3微米至如今的250纳米；芯片变得更薄，现如今1,200伏的器件仅有110微米厚，方向朝工业密度发展。
2.igbt器件的技术壁垒在于生产工艺、工艺中离子注入的深度与浓度，离子激活时控制的温度以及电场强度为各个厂商的秘方，各家技术差异较大。不同应用对开关速度与可靠性的需求不同，igbt器件需对其性完成微调，通过对其芯片的厚度以及离子浓度等进行小幅度调整。
3.电机类设备为电杆加滤波器，其制动应用中的开关频率较低，则导通器件的频率较低。电源类采用的igbt器件的电能质量要求较高，滤波器的体积与开关频率呈反比，设计时可将开关损耗降低，导通损耗加大。家电、工业类以及汽车所采用igbt器件对可靠性的要求不同，需处理单独的氧化层并加入防油防潮的处理。
4.目前市场中主流的igbt产品为第4代产品的原因为第4代产品的应用范围最广，第7代产品的驱动与第4代的不同，第7代的电容量较大，无法直接采用第7代产品作为替代，需从系统的角度完成微调配置；第7代产品相较于第4代产品的工业密度较大，其线宽仅为250纳米，为第4代产品的50%，对离子注入技术的要求更高，无法使用第4代所使用的普通离子注入机直接注入。
5.第7代产品的所使用的参数信息，仅有美国应用材料的高能氢离子智能设备可满足，该设备的价格为7,000万/台，每台的产能为5,000片/月。
6.国内器械的稳定性较国外器件的稳定性更低，当器件测试出现问题时，难以判定为器械问题或是整机设计问题，对于第7代产品的前期接受度较低。
7.近年受到贸易战的限制，美国厂商不对国内厂商销售其高能氢离子智能设备，国内的第7代产品的发展受到限制。
8.igbt器件已有30+年的发展史，应用角度已无问题，但技术壁垒在于生产工艺、离子注入深度与浓度等，各家技术差异大。不同应用需对性能进行微调，如电机类设备需降低开关频率，电源类需提高电能质量。目前市场主流为第4代产品，第7代产品需从系统角度完成微调配置。国内第7代产品发展受到限制。
igbt器件的第1代为pt型，第2代为mpt型，后续产品往沟槽方向发展，减少损耗、拖尾，提升性能降低成本，逐步减小与第7代产品的差距。
1.第5代产品本质上仍为第4代产品，仅在芯片上增加铜，封装上有部分特殊处理，属于第4代的奢侈版；其他数代产品的芯片表面均为铝材料，第5代产品的表面为铜材料，其优势在于铜材料的产品寿命较长，在实际应用中的意义较小，且第5代产品较昂贵，国内市场中使用率较低。
2.第5代产品的价格为5,000-6,000元/颗，成本费用较高，国内仅在期尝试性测试使用，后续放弃第5代产品在市场中的应用。
3.第6代产品应用为单管，无整体模组；国内光伏市场在应用的单管为第4.5代产品，本质上为第4代产品，其单管部分有一定程度的提升。
4.国内产品可从第4代直接更新换代至第7代产品，无需经过第5与第6代应用。
5.igbt器件的第1代为pt型，即贯通类型的产品，其特点为芯片较厚，芯片面积较大，属于平面型，其材料的损耗较大，无法避免随温度升高且饱和度降低，难以调节；第2代为mpt型产品，即非贯通型，该产品的芯片相较于pt型较薄，其材料损耗降至20-30%，其电流拖尾较长，宽泛程度较大。
6.后续发展的产品为增加其面积，减少占据的空间，往沟槽方向发展，一定程度上减少损耗，减小拖尾，其面积有所减少，成本更低；后续产品的发展方向为缩短线宽，原先500纳米做到250纳米；产品提升离子注入技术，提高离子浓度并增加注入深度，将产品的性能进一步提升同时降低产品的成本，逐步减小与第7代产品的差距。
国内igbt器件厂商在产品参数改良方面较少，多为原封不动地生产。第4代产品已超过专利期，第7代产品受专利保密影响，国内厂商需微调以避开专利问题。英飞凌存在专利风险，会通过专利手段打压国内厂商。同一应用场景中需对损耗程度、使用电压、震荡程度及可靠性进行对比。igbt器件设计与工艺流程差异较大，开关特性与动静态参数受影响。性能评判指标分为开关频率与通态损耗两种。损耗主要分为开关损耗与饱和压降，芯片厚度与注入浓度影响其损耗降低。
1.国内厂商基本上没有对产品进行参数改良，较多均为原封不动地生产，国际上日系产品相较于英飞凌的产品，会在部分区域完成明显的调整以改变其部分参数；国内厂商的改进在于部分技术的优化，例如将产品芯片变薄，掺杂浓度完成部分调整，在本质上无变化。
2.目前第4代产品已经超过产品专利期，国内厂商会在一定程度上完成部分微调；第7代产品受专利保密影响，国内厂商在模仿第7代产品时具有较多的专利问题，需技术的微调将专利问题避开，问题例如研发结构上小波动以及边缘开发的微调，在不影响性能上完成部分微调后可实现产品量产；在专利规避中，国内厂商会借鉴英飞凌产品，在其产品性能或参数上完成试错性改良发展。
3.英飞凌未来存在专利风险的问题，随其产品的大面积应用与市场与应用范围的增大，英飞凌会通过专利手段打压部分国内厂商，对于国内市场而言，其问题较小，仅在国内市场中应用的专利风险较小，当产品出口至国际市场中，对于专利的要求较严格，受到的打压较大。
4.同一个应用场景中会对损耗程度、使用电压、震荡程度以及可靠性进行对比；损耗较高的情况下，其原本的3个系统无法正常支撑，需重新设计；除此之外光伏与电能车在损耗较高的情况下，其效率较低；在驱动下，相同开关的频率不同，其电压需峰值低于安全电压；器件的震荡会影响电池的兼容性、其他开关芯片以及部分逻辑器件。
5.igbt器件的设计与工艺流程均有一定的差异，例如离子注入与淬火时，器件的正面或背面工艺均存在一定的差异，其开关特性与动静态参数会受到影响，需厂商反复的更新迭代可达到最终需要的效果；参数并非越优越好，其原因为参数的改变会影响器件的兼容性，导致器械部分需要调整，厂商并非一味追求参数优秀，直接替代无需更改的参数较为合适。
6.针对开关频率与通态损耗等国内器件性能评判方式分为2种，其中1种与英飞凌对比，国内器件较多无法达到其水平，另1种为满足下游客户要求，其指标值低于设计上限；部分厂商需多次修改后达到客户设计上限要求，损耗为较难满足的指标，比如外部电阻提高导致损耗提升。
7.损耗主要分为开关损耗与饱和压降，饱和压降受芯片厚薄与注入浓度影响。芯片厚度指标较多对标英飞凌，英飞凌1200v芯片厚度为105-110μm，其750v芯片厚度为50+μm；芯片厚度较低，其对应耐压性较低。注入浓度较高，芯片饱和压降较低，同时其损耗较高。
8.器件在工业制造上的壁垒较低，工业半导体属于低端市场，无需精密程度较高的仪器进行设计生产，先进工艺中淘汰的产品均可再使用。目前国外限制生产技术的范围为14纳米、7纳米以及5纳米，其原因为该部分为半导体器件的高端部分，为国外厂商的主要盈利点，设备厂商不向国内厂商销售器械。
igbt行业新兴技术包括超级结技术与逆导技术；超级结型通过沟槽栅拉伸至下层衬底层增加芯片耐压；逆导型器件将igbt与frd同时集中于1块芯片；较多idm企业直接购买硅片制作外延或购买外延制作芯片；硅外延技术壁垒相对较低，厂商可自行生产或购买成品。
1.igbt行业新兴技术包括超级结技术与逆导技术。mosfet分为沟槽型、屏蔽栅型以及超级结型。超级结型将其沟槽伸长至下1层结构，其目的为增加耐压，超级结型芯片最高达800-900v。针对超级结型芯片，mos管电压与rds（on）呈指数关系，rds（on）为导通电阻，导通电阻与耐压2.5次方成正比，较高电压损耗较大。
2.超级结型芯片通过沟槽栅拉伸至下层衬底层，其将耐压2.5次方改为耐压1.5次方，rds（on）损耗增长相对减缓。针对超级结型芯片，igbt背面增加pe层，其增加电导调制效应后从双极性器件变为单极性器件。
3.逆导型器件通过向igbt p层注入少子，其将igbt与frd同时集中于1块芯片。目前英飞凌与国内厂商区分igbt与frd。
4.较多idm企业直接购买硅片制作外延或购买外延制作芯片。士兰微与华虹等企业针对8英寸igbt不使用外延器件，其直接购买区熔硅衬底制作芯片，8英寸igbt可使用外延技术。12英寸igbt需增加硅制外延。
5.较少企业自行开展整体产业链，其包括硅衬底、外延、流片以及封装。士兰微针对部分器件自行制作外延，针对8英寸igbt等无需外延器件，士兰微与华虹直接购买区熔硅衬底制作芯片。igbt无全产业链厂商，碳化硅全产业链厂商较多。
6.8英寸igbt无需外延，其使用重掺杂区熔硅，区熔硅可制作尺寸上限为8英寸。
7.12英寸igbt需增加外延，其使用硅制作外延，其为铜制。厂商针对12英寸igbt可购买外延片。
8.硅外延技术发展时间较长，其技术壁垒相对较低，厂商可自行生产或购买成品，外延厂商使用hm与cvd等工艺设备制作外延。厂商针对8英寸igbt具备2种方案，厂商可使用区熔硅代替外延，其可使用8英寸外延，此2种方案性能差异较小，其直接使用区熔硅工艺较简便。士兰微使用区熔硅制作8英寸igbt。2019年底士兰微投产12英寸igbt产线。
igbt制作流程中，离子注入背面是重要环节，需控制注入能量、浓度和均匀度。晶圆工艺难度主要在高能离子注入和切割，离子注入设备资金门槛较高，主要设备厂商为美国应用材料。国内厂商背板减薄与切割设备差异较小，主要采用传统机械切割。激光退火技术相对较先进。较高电压不代表较先进igbt水平，需持续迭代优化产品。
1.igbt制作流程中，离子注入背面是重要环节，需控制注入能量、浓度和均匀度。晶圆工艺难度主要在高能离子注入和切割。抛光片经过涂胶、成型以及光刻等环节，光刻工艺较重要，其涉及图形与对齐。后期igbt背面离子注入为全流程较重要环节，该环节难度较高。厂商主要将离子注入背面，正面区熔硅已完成离子注入。
2.igbt背面离子注入需控制注入能量，其注入能量较高则易打裂高速离子，注入能量较低导致注入深度不足，其无法达到性能要求。igbt背面离子注入需控制注入浓度，厂商需通过实践经验控制注入浓度，此浓度为各厂商工艺机密。igbt背面离子注入需控制注入均匀度，注入均匀度较差导致性能降低。
3.晶圆工艺难度主要集中于高能离子注入与切割。切割技术难点与芯片厚度相关，比如750v车用硅芯片为50+μm，其切割过程中芯片较易碎裂。高能离子注入后激活对温度控制要求较高，不同温度会导致芯片性能发生较大变化，温度控制情况下需控制电场强度。
4.针对离子注入存在设备资金门槛，其主要设备厂商为美国应用材料，国内厂商购买此类设备存在一定困难，其资金足够情况下购买此类设备难度较低。积塔、华虹、中兴、士兰微以及中车已购置离子注入设备，其设备单价为6,000-7,000万元。国外制裁重点为国内先进工艺，其对工业器件制裁力度较低。
5.目前厂商主要通过设备解决背板减薄与切割难点，国内厂商背板减薄与切割设备差异较小，其较多使用美国设备。切割设备主要采用传统机械切割，其原因为激光切割产生高温会对芯片造成烧伤点等影响。芯片背面减薄为摩擦过程中会产生裂片，同时其芯片易卷起。机械切割对技术要求较高，芯片与芯片间切割槽较大会浪费晶圆，切割槽较小会导致芯片崩边。
6.激光退火与感应加热退火原理为激活离子，离子注入过程中产生较多缺陷，退火指通过红外、激光以及感应加热方式对晶格进行重新排列。激光退火技术相对较先进，此类关键设备主要使用进口设备。激光退火与感应加热退火方式存在差异，激光退火从表面加热，感应加热退火从内部加热，二者性能差异较小。
7.针对第7代igbt，离子注入设备为关键，其注入计量控制、注入深度控制、退火激活、温度控制以及电厂控制较重要，设备无法解决所有问题，其需要在设备基础上进行较多测试迭代。较高电压不代表较先进igbt水平，需持续迭代优化其产品。针对同1代igbt，电压等级第1位厂商位为中车，其有6,500v与4,500v电压产品，其余厂商产品未达到此电压等级。
igbt封装分为单管、模块和ipm，单管封装技术难度低，模块封装技术含量高，存在标准品和定制品，目前企业处于从单管向模块发展阶段。单管封装为标准封装，无定制品，各厂家封装方式较统一；模块电路涉及较多芯片，其芯片尺寸相比单管较大，易产生空洞，容易过热导致出现性能问题。
1.igbt封装后主要分为单管、模块以及ipm；单管指线路单个器件，其对应igbt内部仅具备1个igbt或igbt与frd；igbt模块在绝缘陶瓷基板基础上粘贴较多芯片；ipm在igbt单管或模块基础上添加驱动与保护。
2.单管塑封形式包括to-247封装与to-263等，其封装为3个脚或4个脚；单管igbt背面分为2种，其中1种背面金属导电，另1种背面使用塑壳封住金属达到不导电效果，其散热较差。
3.目前igbt单管封装为标准封装，其无定制品，各厂家封装方式较统一，其包括to-253、to-263、to-247以及to-244等；此类封装在框架上贴芯片后使用环氧树脂塑封，其技术难度较低，扬杰、新节能以及东威等各个厂家均有单管封装。
4.igbt模块封装具有一定技术含量，其涉及bonding线、灌封、模块内部热分布以及焊接等；模块存在标准封装与定制品，其标准品对标英飞凌62mm与34mm等；目前较多企业处于从单管向模块发展阶段，比如新节能单管已销售<10亿元，其无在售模块产品。
5.单管受封装影响，其电流上限为100+a，电压上限为1,700v，单管封装导致芯片较小，其焊接较简单；模块电流上限为3,000+a，电压上限为6,500v，模块电路涉及较多芯片，其芯片尺寸相比单管较大，此类芯片焊接过程中易产生空洞，空洞区域不导热，其容易过热导致出现性能问题。
6.芯片下部dbc尺寸较大，部分dbc尺寸相比红砖较大，其焊接过程中较容易产生空洞。焊料导热系数较低，其为20+w/(m·k)，铜基板为400w/(m·k)，2者差异较大；焊层厚度较薄，其性能较好，同时较容易产生空洞，焊层厚度较厚，其导热性较差。
7.igbt模块芯片较多导致模块电流较大，其芯片间键合与bonding工艺较重要。bonding功率较大易导致芯片碎裂，bonding功率较低易导致焊接牢固度较差。焊接过程中点与点间弧度较高会影响限电性能，弧度较低易发生拉扯。
8.igbt封装分为单管、模块和ipm，单管封装技术难度低，模块封装技术含量高，存在标准品和定制品，目前企业处于从单管向模块发展阶段。单管封装为标准封装，无定制品，各厂家封装方式较统一；模块电路涉及较多芯片，其芯片尺寸相比单管较大，易产生空洞，容易过热导致出现性能问题。
igbt与frd并联保护器件，frd原附加值低，自行生产可能亏本；软度高frd需扩铂技术成本高；ipm制作分mos管与igbt两种，厂商自行生产电容等保护装置成本低。
1.在应用过程中，igbt通过与frd并联保护器件，如电机等感性器件停车减速时产生能量，igbt能量仅单向流动，反向电压承受能力较弱，将能量回馈与再生能量通过frd释放。较多厂商购买frd成品，如华虹与中车可生产igbt，但无法生产frd。部分厂商自行生产frd，如扬杰具备生产igbt与frd的能力。
2.frd原附加值较低，同时投入设备要求较高，厂商自行生产frd可能造成亏本。普通frd设备要求较低，但针对反向恢复时间与软度要求较高的frd，需加入扩铂技术达到较高软度，此过程中涉及2种设备价格较高。每月<1万片frd对应资金投入为<10亿元，<10万片frd对应资金投入为10+亿元。
3.软度较低的frd易震荡且出现尖峰，与英飞凌性能相比较差；软度较高frd对设备要求较高，涉及扩铂技术的设备成本较高。国内frd厂商较少，igbt需求爆发后，frd供不应求；扬杰frd性能较差。
4.ipm制作主要分为2种，其中1种使用5a、3a或2a mos管与驱动保护，另1种使用15a或10a或20a的igbt与驱动保护。斯达与比亚迪等部分厂商自行生产mos管与igbt，外采驱动与二极管；士兰微等部分厂商自行生产驱动、保护、mos管以及igbt。
5.厂商自行生产电容等保护装置成本较低，难点集中于厂商需量产此类保护装置，同时厂商受限于技术成熟度。
国内igbt行业中，中车为高压产品头部厂商，其为汽车行业头部厂商，比亚迪技术相对较落后，斯达igbt应用较多但产品迭代速度较慢，士兰微产品迭代速度较快且性能较好，新长征定位于低端工业。各厂商第7代产品将在2023年中或年底进行量产，模块工艺较好的厂商对应单管技术较好。
1.中车为国内igbt行业高压产品头部厂商，可生产轨道与输配电高压产品。中车为最早切入与批量生产乘用车igbt厂商，为汽车行业头部厂商，乘用车领域认可度最高的供应商，曾为小鹏、理想、长城以及东风汽车供应模块。
2.比亚迪专注研究汽车行业与自用产品，技术相对较落后，但汽车应用经验较丰富。比亚迪原产线为宁波中纬6英寸产线，仅能生产平面，对应中车汽车产品迭代至4.5代，比亚迪迭代至2.5代，相差2代技术，导致其模块较大，其他汽车厂商较少选择其模块。后期比亚迪与华虹合作流片后流出第4代产品，其性能参数相对较差。
3.斯达为早期头部厂商，igbt应用较多，应用行业涉及工业、家电、汽车以及风电等。斯达劣势为无自身晶圆线导致产品迭代速度较慢。2015年，ir被英飞凌收购后部分人员解散，斯达挖掘此类人员，推出其产品。斯达作为非idm企业，后期迭代速度较慢，目前第7代产品处于实验阶段。
4.士兰微作为idm企业，产品迭代速度较快，为国内最接近英飞凌的产品，性能较好。劣势为进入igbt领域时间较晚，可靠性与应用经验相比斯达、中车以及比亚迪较少。领导层亲自监管igbt产品，平均1周可迭代1次，各工序迭代出一定数量产品，可随时从其中环节抽出产品向下生产。
5.新长征无产线与封装厂，较难得到晶圆供货，获得较多低端晶圆。定位于电焊机于小变频器等低端工业，竞争者较少，从中获取部分市场。未来各厂商产能提高后，生存难度较高。
6.斯达与士兰微等厂商实际量产第4代或第4.5代igbt，第7代产品较早情况下在2023年中或年底进行量产。模块工艺较好的厂商对应单管技术较好。
7.国内igbt行业中，中车为高压产品头部厂商，比亚迪技术相对较落后，斯达igbt应用较多但产品迭代速度较慢，士兰微产品迭代速度较快且性能较好，新长征定位于低端工业。各厂商第7代产品将在2023年中或年底进行量产，模块工艺较好的厂商对应单管技术较好。
igbt硅与碳化硅技术相通度较高，但材料差异导致工艺差异。国内企业较多选择外采碳化硅外延片，全产业链厂商价格优势较大，因为碳化硅衬底与外延占总成本的75%。
1.igbt硅与碳化硅均为mosfet结构，技术相通度较高。但是，硅与碳化硅材料差异导致工艺差异。厂商由igbt转向碳化硅的难点主要集中于衬底与外延。外采衬底与外延后，设计难度较低，但后期工艺难度较高。
2.碳化硅工艺与硅工艺差异较小，包括高温电场控制等。但碳化硅体积较小，导致设计难度提升。此外，碳化硅对温度要求较高，需要2,400-2,500°c，而硅的温度要求为2,000°c。
3.士兰微等国内企业较多选择外采碳化硅外延片，采购厂商包括厦门瀚天等。这是因为国内唯一的全产业链厂商为三安，全产业链厂商价格优势较大。碳化硅衬底与外延占总成本的75%是价格优势的原因。
4.碳化硅衬底与外延占总成本的比例为75%。这也是国内唯一的全产业链厂商三安价格优势较大的原因。
5.国内碳化硅外延片采购厂商包括厦门瀚天等。
6.厂商由igbt转向碳化硅的难点主要集中于衬底与外延。外采衬底与外延后，设计难度较低，但后期工艺难度较高。
7.碳化硅对温度的要求较高，需要2,400-2,500°c，而硅的温度要求为2,000°c。
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本文探讨了碳化硅和igbt器件在未来的应用前景和发展趋势，以及如何通过技术创新和优化来满足不同应用的需求。其中，英飞凌作为国际品牌的代表，其第四代产品已经超过专利期，第七代产品受专利保密影响，国内厂商需要进行微调以规避专利问题，并加快技术创新，缩小与国际品牌的差距。此外，pe层的引入可以将双极性器件变为单极性器件，提高器件电导调制效应。
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功率器件分为泛材类器件与igbt器件两类，igbt器件是开关器件，优势在于体积小、寿命长、可靠性高，现在市场上使用程度最大的是第4代器件，全球龙头企业为英飞凌，其现在的igbt器件为商业化的第七代，主要应用于乘用车、光伏和风电能源领域。国内厂商的产品相较于英飞凌的产品落后，主要为4代和介于4代和7代间的产品，电动汽车中现采用的edt2技术，国内部分厂商的成熟度与英飞凌相差较小，但与7代产品存在差距。
1.功率器件分为泛材类器件和igbt器件两类。igbt器件本质上是一种开关器件，其原理与机械开关相同，但相较于机械开关，igbt器件的优势在于其属于弱电控制，开关速度较快，其体积、寿命以及可靠性均优于机械开关。
2.igbt器件从诞生至今已有20-30年，现如今市场中使用程度最大的为第4代器件，其诞生距今有16年。igbt器件的应用范围较广，包含且不限于工业电瓶器、工业电源、新能源光伏、风电能源、储能、电动汽车、轨交、输配电以及航天航空领域。
3.目前全球igbt器件的龙头企业及技术领导者为英飞凌，英飞凌现如今的igbt器件为商业化的第七代，在2016-2017年于工业变频器与商用车方面使用，如今其主要的应用方向为乘用车、光伏以及风电能源领域。
4.目前国内厂商的产品相较于英飞凌的产品，具有一代技术的落后，主要为4代产品和介于4代和7代间的产品。国内的igbt器件技术与英飞凌存在1年时间积累的技术与经验差距。
5.电动汽车中现如今采用的edt2技术，国内的部分厂商的成熟度与英飞凌的相差较小，与7代产品存在一定的差距。国内的igbt器件技术与英飞凌存在1年时间积累的技术与经验差距。
6.igbt器件在光伏领域的应用较为广泛，主要用于太阳能逆变器。英飞凌的igbt器件在光伏领域的应用较为成熟，其第七代产品在光伏领域的应用效果较好。
7.igbt器件在风电能源领域的应用也较为广泛，主要用于风力发电机组的变频器。英飞凌的igbt器件在风电能源领域的应用也较为成熟，其第七代产品在风电能源领域的应用效果较好。
8.igbt器件在工业电源领域的应用也较为广泛，主要用于ups电源、电焊机、电力电子变压器等领域。英飞凌的igbt器件在工业电源领域的应用也较为成熟，其第七代产品在工业电源领域的应用效果较好。igbt器件的发展已到达瓶颈，未来的发展方向为从封装与材料的角度使其性能优化；碳化硅技术已成熟，但价格较高，其衬底成本占器件总成本50%；英飞凌有冷切技术，可提高碳化硅的单位效率或数量，降低成本；预计碳化硅的成本为硅材料成本的1.5-2倍，但其带来的经济效益较大，可节省整机成本，提高性价比；预计2024年，汽车与光伏所采用的硅材料会被碳化硅替代；华为公司预测2030年80%的汽车所使用的硅材料会被碳化硅所替代。
1.igbt器件的发展已到达瓶颈，其原因为硅材料的发展已达到物理极限，未来的发展方向为从封装与材料的角度使其性能优化。igbt器件的未来发展为产品的替代，例如650+伏被氮化镓材料替代，1,200伏被碳化硅产品替代。igbt器件未来发展趋势较渺茫，其电能较大的领域被碳化硅替代，电能较低的部分被氮化镓替代，预计硅基材料的igbt器件未来在性能要求较低或成本较敏感的领域存在。
2.碳化硅技术已经逐步成熟，其劣势在于价格较高；碳化硅的衬底为碳化硅锭，碳化硅锭的长度为5-10厘米，相较于硅的增长速度，硅的增长速度为碳化硅的700倍；硅能够从液氮中提取，碳化硅可从固态转化为气态；碳化硅锭受限于增长速度与增长程度，其价格较高，目前碳化硅衬底成本占器件总成本50%。
3.目前国际上普遍采用的技术为6寸的碳化硅锭切底，国内正处于4寸转换至6寸的阶段，后续新建设备均为6寸切底。未来的发展趋势为碳化硅的增长速度有所提升，除此外预计在2024年6寸可向7-8寸切底发展，其价格能够有所下降。
4.碳化硅的场强为硅材料的10倍，相当于相同的电压，碳化硅仅需硅的1/10的厚度；碳化硅的材质较脆，目前技术可切出的较厚，其70-80%的材料均需磨掉，具有较大部分的磨损浪费。
5.英飞凌现如今有冷切技术，即在一定冷度的下切割碳化硅，使得其单位效率具有较为明显的提高或碳化硅的数量有明显的增长，该技术普及后，碳化硅的成本将会明显下降。
6.预计未来碳化硅的成本为硅材料成本的1.5-2倍，此为碳化硅与硅极限平衡；碳化硅的成本为硅材料成本的2倍，碳化硅带来的经济效益，即在整机上节省的成本较大，为硅材料的6-7倍，总体设备的性价比较高。
7.整机对于汽车在电池与散热成本部分的节省经济，比使用硅材料的整机价格划算，整机效率有显著提高，成本会大幅下降。预计2024年，汽车与光伏所采用的硅材料会逐步被碳化硅替代。华为公司预测2030年80%的汽车所使用的硅材料会被碳化硅所替代，碳化硅能够批量化生产，其技术也达到成熟。
8.目前国内采集碳化硅的技术处理能力较低，仅有40%+，国际的处理能力为60-70%。
igbt器件已有30+年的发展史，应用角度已无问题，但技术壁垒在于生产工艺、离子注入深度与浓度等，各家技术差异大。不同应用需对性能进行微调，如电机类设备需降低开关频率，电源类需提高电能质量。目前市场主流为第4代产品，第7代产品需从系统角度完成微调配置。国内第7代产品发展受到限制。
1.igbt器件已有30+年的发展史，目前国内厂商可设计较好的igbt器件。igbt器件的变化为其平面变成沟槽，线宽由原本的2个线宽2-3微米至如今的250纳米；芯片变得更薄，现如今1,200伏的器件仅有110微米厚，方向朝工业密度发展。
2.igbt器件的技术壁垒在于生产工艺、工艺中离子注入的深度与浓度，离子激活时控制的温度以及电场强度为各个厂商的秘方，各家技术差异较大。不同应用对开关速度与可靠性的需求不同，igbt器件需对其性完成微调，通过对其芯片的厚度以及离子浓度等进行小幅度调整。
3.电机类设备为电杆加滤波器，其制动应用中的开关频率较低，则导通器件的频率较低。电源类采用的igbt器件的电能质量要求较高，滤波器的体积与开关频率呈反比，设计时可将开关损耗降低，导通损耗加大。家电、工业类以及汽车所采用igbt器件对可靠性的要求不同，需处理单独的氧化层并加入防油防潮的处理。
4.目前市场中主流的igbt产品为第4代产品的原因为第4代产品的应用范围最广，第7代产品的驱动与第4代的不同，第7代的电容量较大，无法直接采用第7代产品作为替代，需从系统的角度完成微调配置；第7代产品相较于第4代产品的工业密度较大，其线宽仅为250纳米，为第4代产品的50%，对离子注入技术的要求更高，无法使用第4代所使用的普通离子注入机直接注入。
5.第7代产品的所使用的参数信息，仅有美国应用材料的高能氢离子智能设备可满足，该设备的价格为7,000万/台，每台的产能为5,000片/月。
6.国内器械的稳定性较国外器件的稳定性更低，当器件测试出现问题时，难以判定为器械问题或是整机设计问题，对于第7代产品的前期接受度较低。
7.近年受到贸易战的限制，美国厂商不对国内厂商销售其高能氢离子智能设备，国内的第7代产品的发展受到限制。
8.igbt器件已有30+年的发展史，应用角度已无问题，但技术壁垒在于生产工艺、离子注入深度与浓度等，各家技术差异大。不同应用需对性能进行微调，如电机类设备需降低开关频率，电源类需提高电能质量。目前市场主流为第4代产品，第7代产品需从系统角度完成微调配置。国内第7代产品发展受到限制。
igbt器件的第1代为pt型，第2代为mpt型，后续产品往沟槽方向发展，减少损耗、拖尾，提升性能降低成本，逐步减小与第7代产品的差距。
1.第5代产品本质上仍为第4代产品，仅在芯片上增加铜，封装上有部分特殊处理，属于第4代的奢侈版；其他数代产品的芯片表面均为铝材料，第5代产品的表面为铜材料，其优势在于铜材料的产品寿命较长，在实际应用中的意义较小，且第5代产品较昂贵，国内市场中使用率较低。
2.第5代产品的价格为5,000-6,000元/颗，成本费用较高，国内仅在期尝试性测试使用，后续放弃第5代产品在市场中的应用。
3.第6代产品应用为单管，无整体模组；国内光伏市场在应用的单管为第4.5代产品，本质上为第4代产品，其单管部分有一定程度的提升。
4.国内产品可从第4代直接更新换代至第7代产品，无需经过第5与第6代应用。
5.igbt器件的第1代为pt型，即贯通类型的产品，其特点为芯片较厚，芯片面积较大，属于平面型，其材料的损耗较大，无法避免随温度升高且饱和度降低，难以调节；第2代为mpt型产品，即非贯通型，该产品的芯片相较于pt型较薄，其材料损耗降至20-30%，其电流拖尾较长，宽泛程度较大。
6.后续发展的产品为增加其面积，减少占据的空间，往沟槽方向发展，一定程度上减少损耗，减小拖尾，其面积有所减少，成本更低；后续产品的发展方向为缩短线宽，原先500纳米做到250纳米；产品提升离子注入技术，提高离子浓度并增加注入深度，将产品的性能进一步提升同时降低产品的成本，逐步减小与第7代产品的差距。
国内igbt器件厂商在产品参数改良方面较少，多为原封不动地生产。第4代产品已超过专利期，第7代产品受专利保密影响，国内厂商需微调以避开专利问题。英飞凌存在专利风险，会通过专利手段打压国内厂商。同一应用场景中需对损耗程度、使用电压、震荡程度及可靠性进行对比。igbt器件设计与工艺流程差异较大，开关特性与动静态参数受影响。性能评判指标分为开关频率与通态损耗两种。损耗主要分为开关损耗与饱和压降，芯片厚度与注入浓度影响其损耗降低。
1.国内厂商基本上没有对产品进行参数改良，较多均为原封不动地生产，国际上日系产品相较于英飞凌的产品，会在部分区域完成明显的调整以改变其部分参数；国内厂商的改进在于部分技术的优化，例如将产品芯片变薄，掺杂浓度完成部分调整，在本质上无变化。
2.目前第4代产品已经超过产品专利期，国内厂商会在一定程度上完成部分微调；第7代产品受专利保密影响，国内厂商在模仿第7代产品时具有较多的专利问题，需技术的微调将专利问题避开，问题例如研发结构上小波动以及边缘开发的微调，在不影响性能上完成部分微调后可实现产品量产；在专利规避中，国内厂商会借鉴英飞凌产品，在其产品性能或参数上完成试错性改良发展。
3.英飞凌未来存在专利风险的问题，随其产品的大面积应用与市场与应用范围的增大，英飞凌会通过专利手段打压部分国内厂商，对于国内市场而言，其问题较小，仅在国内市场中应用的专利风险较小，当产品出口至国际市场中，对于专利的要求较严格，受到的打压较大。
4.同一个应用场景中会对损耗程度、使用电压、震荡程度以及可靠性进行对比；损耗较高的情况下，其原本的3个系统无法正常支撑，需重新设计；除此之外光伏与电能车在损耗较高的情况下，其效率较低；在驱动下，相同开关的频率不同，其电压需峰值低于安全电压；器件的震荡会影响电池的兼容性、其他开关芯片以及部分逻辑器件。
5.igbt器件的设计与工艺流程均有一定的差异，例如离子注入与淬火时，器件的正面或背面工艺均存在一定的差异，其开关特性与动静态参数会受到影响，需厂商反复的更新迭代可达到最终需要的效果；参数并非越优越好，其原因为参数的改变会影响器件的兼容性，导致器械部分需要调整，厂商并非一味追求参数优秀，直接替代无需更改的参数较为合适。
6.针对开关频率与通态损耗等国内器件性能评判方式分为2种，其中1种与英飞凌对比，国内器件较多无法达到其水平，另1种为满足下游客户要求，其指标值低于设计上限；部分厂商需多次修改后达到客户设计上限要求，损耗为较难满足的指标，比如外部电阻提高导致损耗提升。
7.损耗主要分为开关损耗与饱和压降，饱和压降受芯片厚薄与注入浓度影响。芯片厚度指标较多对标英飞凌，英飞凌1200v芯片厚度为105-110μm，其750v芯片厚度为50+μm；芯片厚度较低，其对应耐压性较低。注入浓度较高，芯片饱和压降较低，同时其损耗较高。
8.器件在工业制造上的壁垒较低，工业半导体属于低端市场，无需精密程度较高的仪器进行设计生产，先进工艺中淘汰的产品均可再使用。目前国外限制生产技术的范围为14纳米、7纳米以及5纳米，其原因为该部分为半导体器件的高端部分，为国外厂商的主要盈利点，设备厂商不向国内厂商销售器械。
igbt行业新兴技术包括超级结技术与逆导技术；超级结型通过沟槽栅拉伸至下层衬底层增加芯片耐压；逆导型器件将igbt与frd同时集中于1块芯片；较多idm企业直接购买硅片制作外延或购买外延制作芯片；硅外延技术壁垒相对较低，厂商可自行生产或购买成品。
1.igbt行业新兴技术包括超级结技术与逆导技术。mosfet分为沟槽型、屏蔽栅型以及超级结型。超级结型将其沟槽伸长至下1层结构，其目的为增加耐压，超级结型芯片最高达800-900v。针对超级结型芯片，mos管电压与rds（on）呈指数关系，rds（on）为导通电阻，导通电阻与耐压2.5次方成正比，较高电压损耗较大。
2.超级结型芯片通过沟槽栅拉伸至下层衬底层，其将耐压2.5次方改为耐压1.5次方，rds（on）损耗增长相对减缓。针对超级结型芯片，igbt背面增加pe层，其增加电导调制效应后从双极性器件变为单极性器件。
3.逆导型器件通过向igbt p层注入少子，其将igbt与frd同时集中于1块芯片。目前英飞凌与国内厂商区分igbt与frd。
4.较多idm企业直接购买硅片制作外延或购买外延制作芯片。士兰微与华虹等企业针对8英寸igbt不使用外延器件，其直接购买区熔硅衬底制作芯片，8英寸igbt可使用外延技术。12英寸igbt需增加硅制外延。
5.较少企业自行开展整体产业链，其包括硅衬底、外延、流片以及封装。士兰微针对部分器件自行制作外延，针对8英寸igbt等无需外延器件，士兰微与华虹直接购买区熔硅衬底制作芯片。igbt无全产业链厂商，碳化硅全产业链厂商较多。
6.8英寸igbt无需外延，其使用重掺杂区熔硅，区熔硅可制作尺寸上限为8英寸。
7.12英寸igbt需增加外延，其使用硅制作外延，其为铜制。厂商针对12英寸igbt可购买外延片。
8.硅外延技术发展时间较长，其技术壁垒相对较低，厂商可自行生产或购买成品，外延厂商使用hm与cvd等工艺设备制作外延。厂商针对8英寸igbt具备2种方案，厂商可使用区熔硅代替外延，其可使用8英寸外延，此2种方案性能差异较小，其直接使用区熔硅工艺较简便。士兰微使用区熔硅制作8英寸igbt。2019年底士兰微投产12英寸igbt产线。
igbt制作流程中，离子注入背面是重要环节，需控制注入能量、浓度和均匀度。晶圆工艺难度主要在高能离子注入和切割，离子注入设备资金门槛较高，主要设备厂商为美国应用材料。国内厂商背板减薄与切割设备差异较小，主要采用传统机械切割。激光退火技术相对较先进。较高电压不代表较先进igbt水平，需持续迭代优化产品。
1.igbt制作流程中，离子注入背面是重要环节，需控制注入能量、浓度和均匀度。晶圆工艺难度主要在高能离子注入和切割。抛光片经过涂胶、成型以及光刻等环节，光刻工艺较重要，其涉及图形与对齐。后期igbt背面离子注入为全流程较重要环节，该环节难度较高。厂商主要将离子注入背面，正面区熔硅已完成离子注入。
2.igbt背面离子注入需控制注入能量，其注入能量较高则易打裂高速离子，注入能量较低导致注入深度不足，其无法达到性能要求。igbt背面离子注入需控制注入浓度，厂商需通过实践经验控制注入浓度，此浓度为各厂商工艺机密。igbt背面离子注入需控制注入均匀度，注入均匀度较差导致性能降低。
3.晶圆工艺难度主要集中于高能离子注入与切割。切割技术难点与芯片厚度相关，比如750v车用硅芯片为50+μm，其切割过程中芯片较易碎裂。高能离子注入后激活对温度控制要求较高，不同温度会导致芯片性能发生较大变化，温度控制情况下需控制电场强度。
4.针对离子注入存在设备资金门槛，其主要设备厂商为美国应用材料，国内厂商购买此类设备存在一定困难，其资金足够情况下购买此类设备难度较低。积塔、华虹、中兴、士兰微以及中车已购置离子注入设备，其设备单价为6,000-7,000万元。国外制裁重点为国内先进工艺，其对工业器件制裁力度较低。
5.目前厂商主要通过设备解决背板减薄与切割难点，国内厂商背板减薄与切割设备差异较小，其较多使用美国设备。切割设备主要采用传统机械切割，其原因为激光切割产生高温会对芯片造成烧伤点等影响。芯片背面减薄为摩擦过程中会产生裂片，同时其芯片易卷起。机械切割对技术要求较高，芯片与芯片间切割槽较大会浪费晶圆，切割槽较小会导致芯片崩边。
6.激光退火与感应加热退火原理为激活离子，离子注入过程中产生较多缺陷，退火指通过红外、激光以及感应加热方式对晶格进行重新排列。激光退火技术相对较先进，此类关键设备主要使用进口设备。激光退火与感应加热退火方式存在差异，激光退火从表面加热，感应加热退火从内部加热，二者性能差异较小。
7.针对第7代igbt，离子注入设备为关键，其注入计量控制、注入深度控制、退火激活、温度控制以及电厂控制较重要，设备无法解决所有问题，其需要在设备基础上进行较多测试迭代。较高电压不代表较先进igbt水平，需持续迭代优化其产品。针对同1代igbt，电压等级第1位厂商位为中车，其有6,500v与4,500v电压产品，其余厂商产品未达到此电压等级。
igbt封装分为单管、模块和ipm，单管封装技术难度低，模块封装技术含量高，存在标准品和定制品，目前企业处于从单管向模块发展阶段。单管封装为标准封装，无定制品，各厂家封装方式较统一；模块电路涉及较多芯片，其芯片尺寸相比单管较大，易产生空洞，容易过热导致出现性能问题。
1.igbt封装后主要分为单管、模块以及ipm；单管指线路单个器件，其对应igbt内部仅具备1个igbt或igbt与frd；igbt模块在绝缘陶瓷基板基础上粘贴较多芯片；ipm在igbt单管或模块基础上添加驱动与保护。
2.单管塑封形式包括to-247封装与to-263等，其封装为3个脚或4个脚；单管igbt背面分为2种，其中1种背面金属导电，另1种背面使用塑壳封住金属达到不导电效果，其散热较差。
3.目前igbt单管封装为标准封装，其无定制品，各厂家封装方式较统一，其包括to-253、to-263、to-247以及to-244等；此类封装在框架上贴芯片后使用环氧树脂塑封，其技术难度较低，扬杰、新节能以及东威等各个厂家均有单管封装。
4.igbt模块封装具有一定技术含量，其涉及bonding线、灌封、模块内部热分布以及焊接等；模块存在标准封装与定制品，其标准品对标英飞凌62mm与34mm等；目前较多企业处于从单管向模块发展阶段，比如新节能单管已销售<10亿元，其无在售模块产品。
5.单管受封装影响，其电流上限为100+a，电压上限为1,700v，单管封装导致芯片较小，其焊接较简单；模块电流上限为3,000+a，电压上限为6,500v，模块电路涉及较多芯片，其芯片尺寸相比单管较大，此类芯片焊接过程中易产生空洞，空洞区域不导热，其容易过热导致出现性能问题。
6.芯片下部dbc尺寸较大，部分dbc尺寸相比红砖较大，其焊接过程中较容易产生空洞。焊料导热系数较低，其为20+w/(m·k)，铜基板为400w/(m·k)，2者差异较大；焊层厚度较薄，其性能较好，同时较容易产生空洞，焊层厚度较厚，其导热性较差。
7.igbt模块芯片较多导致模块电流较大，其芯片间键合与bonding工艺较重要。bonding功率较大易导致芯片碎裂，bonding功率较低易导致焊接牢固度较差。焊接过程中点与点间弧度较高会影响限电性能，弧度较低易发生拉扯。
8.igbt封装分为单管、模块和ipm，单管封装技术难度低，模块封装技术含量高，存在标准品和定制品，目前企业处于从单管向模块发展阶段。单管封装为标准封装，无定制品，各厂家封装方式较统一；模块电路涉及较多芯片，其芯片尺寸相比单管较大，易产生空洞，容易过热导致出现性能问题。
igbt与frd并联保护器件，frd原附加值低，自行生产可能亏本；软度高frd需扩铂技术成本高；ipm制作分mos管与igbt两种，厂商自行生产电容等保护装置成本低。
1.在应用过程中，igbt通过与frd并联保护器件，如电机等感性器件停车减速时产生能量，igbt能量仅单向流动，反向电压承受能力较弱，将能量回馈与再生能量通过frd释放。较多厂商购买frd成品，如华虹与中车可生产igbt，但无法生产frd。部分厂商自行生产frd，如扬杰具备生产igbt与frd的能力。
2.frd原附加值较低，同时投入设备要求较高，厂商自行生产frd可能造成亏本。普通frd设备要求较低，但针对反向恢复时间与软度要求较高的frd，需加入扩铂技术达到较高软度，此过程中涉及2种设备价格较高。每月<1万片frd对应资金投入为<10亿元，<10万片frd对应资金投入为10+亿元。
3.软度较低的frd易震荡且出现尖峰，与英飞凌性能相比较差；软度较高frd对设备要求较高，涉及扩铂技术的设备成本较高。国内frd厂商较少，igbt需求爆发后，frd供不应求；扬杰frd性能较差。
4.ipm制作主要分为2种，其中1种使用5a、3a或2a mos管与驱动保护，另1种使用15a或10a或20a的igbt与驱动保护。斯达与比亚迪等部分厂商自行生产mos管与igbt，外采驱动与二极管；士兰微等部分厂商自行生产驱动、保护、mos管以及igbt。
5.厂商自行生产电容等保护装置成本较低，难点集中于厂商需量产此类保护装置，同时厂商受限于技术成熟度。
国内igbt行业中，中车为高压产品头部厂商，其为汽车行业头部厂商，比亚迪技术相对较落后，斯达igbt应用较多但产品迭代速度较慢，士兰微产品迭代速度较快且性能较好，新长征定位于低端工业。各厂商第7代产品将在2023年中或年底进行量产，模块工艺较好的厂商对应单管技术较好。
1.中车为国内igbt行业高压产品头部厂商，可生产轨道与输配电高压产品。中车为最早切入与批量生产乘用车igbt厂商，为汽车行业头部厂商，乘用车领域认可度最高的供应商，曾为小鹏、理想、长城以及东风汽车供应模块。
2.比亚迪专注研究汽车行业与自用产品，技术相对较落后，但汽车应用经验较丰富。比亚迪原产线为宁波中纬6英寸产线，仅能生产平面，对应中车汽车产品迭代至4.5代，比亚迪迭代至2.5代，相差2代技术，导致其模块较大，其他汽车厂商较少选择其模块。后期比亚迪与华虹合作流片后流出第4代产品，其性能参数相对较差。
3.斯达为早期头部厂商，igbt应用较多，应用行业涉及工业、家电、汽车以及风电等。斯达劣势为无自身晶圆线导致产品迭代速度较慢。2015年，ir被英飞凌收购后部分人员解散，斯达挖掘此类人员，推出其产品。斯达作为非idm企业，后期迭代速度较慢，目前第7代产品处于实验阶段。
4.士兰微作为idm企业，产品迭代速度较快，为国内最接近英飞凌的产品，性能较好。劣势为进入igbt领域时间较晚，可靠性与应用经验相比斯达、中车以及比亚迪较少。领导层亲自监管igbt产品，平均1周可迭代1次，各工序迭代出一定数量产品，可随时从其中环节抽出产品向下生产。
5.新长征无产线与封装厂，较难得到晶圆供货，获得较多低端晶圆。定位于电焊机于小变频器等低端工业，竞争者较少，从中获取部分市场。未来各厂商产能提高后，生存难度较高。
6.斯达与士兰微等厂商实际量产第4代或第4.5代igbt，第7代产品较早情况下在2023年中或年底进行量产。模块工艺较好的厂商对应单管技术较好。
7.国内igbt行业中，中车为高压产品头部厂商，比亚迪技术相对较落后，斯达igbt应用较多但产品迭代速度较慢，士兰微产品迭代速度较快且性能较好，新长征定位于低端工业。各厂商第7代产品将在2023年中或年底进行量产，模块工艺较好的厂商对应单管技术较好。
igbt硅与碳化硅技术相通度较高，但材料差异导致工艺差异。国内企业较多选择外采碳化硅外延片，全产业链厂商价格优势较大，因为碳化硅衬底与外延占总成本的75%。
1.igbt硅与碳化硅均为mosfet结构，技术相通度较高。但是，硅与碳化硅材料差异导致工艺差异。厂商由igbt转向碳化硅的难点主要集中于衬底与外延。外采衬底与外延后，设计难度较低，但后期工艺难度较高。
2.碳化硅工艺与硅工艺差异较小，包括高温电场控制等。但碳化硅体积较小，导致设计难度提升。此外，碳化硅对温度要求较高，需要2,400-2,500°c，而硅的温度要求为2,000°c。
3.士兰微等国内企业较多选择外采碳化硅外延片，采购厂商包括厦门瀚天等。这是因为国内唯一的全产业链厂商为三安，全产业链厂商价格优势较大。碳化硅衬底与外延占总成本的75%是价格优势的原因。
4.碳化硅衬底与外延占总成本的比例为75%。这也是国内唯一的全产业链厂商三安价格优势较大的原因。
5.国内碳化硅外延片采购厂商包括厦门瀚天等。
6.厂商由igbt转向碳化硅的难点主要集中于衬底与外延。外采衬底与外延后，设计难度较低，但后期工艺难度较高。
7.碳化硅对温度的要求较高，需要2,400-2,500°c，而硅的温度要求为2,000°c。
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