IGBT基板散热材料市场前景分析

IGBT器件是功率变流装置的核芯，广泛应用于轨道交通、变频家电、电力工程、可再生能源和智能电网等领域，是电力电子最重要的大功率主流器件之一。伴随我国高铁建设、电网升级、清洁能源规模应用(风能、太阳能等)、节能环保等多方面的需求拓展，IGBT产业链迎来全速发展期。IGBT功率模块性能的提升依赖散热性改善，目前市场上提升IGBT模块散热性能主要集中在基板及封装工艺改进。一、IGBT基板种类IGBT基板具有导电、绝缘和支撑的功能，其性能、质量和制造工艺等因素很大程度受到基板材料的影响。IGBT模块功率高，传统金属基板、玻璃基板较难满足其散热性能要求。目前市场上主要使用的IGBT基板有陶瓷基板(含陶瓷覆铜基板)、铝碳化硅基板等类别，极少部分中小功率IGBT使用金属基板。金属基板(铜、铝及合金)：铜、铝是传统的导热材料，热导率仅次于金、银，广泛用于制作电子元器件的散热片、基板等部件。IGBT功率高，耗能大，传统的铜、铝基板正逐步被新型高导热材料取代。陶瓷基板：具有优良的导热性、气密性、可加工性、耐热冲击等性能，适用于功率电子、混合微电子与多芯片模块封装等领域。陶瓷基板有带铜和不带铜两类，分HTCC(高温共烧多层陶瓷基板)、LTCC(低温共烧多层陶瓷基板)、DBC(直接敷铜陶瓷基板)、DPC(直接镀铜基板)四种形式。DBC与DPC散热基板性能强于LTCC和HTCC，且DPC因其高导热、低成本、易操作等优势易于制作功率模块。不带铜底板的模块陶瓷基板材料主要为Al2O3和AlN，热导率分别为20W(m·K)、180W(m·K)，故AlN陶瓷基板适用于要求高的中大功率器件。带铜的陶瓷覆铜基板由电子科技集团研发，利用铜的含氧共晶体直接将铜覆接在陶瓷上形成铜—氧共晶体，将铜片与瓷片结合后烧结制成DBC基板。铝碳化硅基板：以铝碳化硅新型高导热复合材料为原料制成的基板，其热导率可高达200W(m·K)，膨胀系数可通过碳化硅体积分数(50%-80%)调整，具有密度小、重量轻，抗弯强度高等优点，是航空航天、功率器件、高铁及微波等领域首选采用的新材料。二、市场规模IGBT产业链条中，国际企业(英飞凌、三菱、西门康等)掌握核心技术和关键产业，其IGBT技术已发展到第五代。排名前十的国际企业基本垄断国内市场，抢占约40%的国际市场份额。国内企业面临专利壁垒和高端制造业配套的压力，大多不具备芯片研发制造和大功率IGBT封装的能力。国内IGBT芯片自产和封装企业主要通过行业整合实现。传统的功率模块封装厂家有有江苏宏微、南京银茂和嘉兴斯达等;比亚迪、南车时代等下游企业通过收购进入IGBT芯片及封装。国内IGBT市场正迎来规模应用、节能环保、国产替代的高速发展期，预计2014年IGBT基板销售额将增长至9.75亿美元，到2015年，中国大功率电力电子市场增长额将达到全球市场约40%～50%。三、IGBT市场应用IGBT模块主要应用于600V以上、电流10A、频率1kHz以上区域，在工业控制、消费电子、轨道交通、汽车电子、计算机和通信等领域广泛应用。工业控制：主要包含电机、变频器、感应加热、风力发电、UPS等领域，集中在600V、900V和1200V，正逐步取代MOSFET。消费电子：主要包含空调、洗衣机等变频家电，其IGBT模块多为中小功率。伴随节能环保意识提高和优质性能家电普及，中小功率IGBT的应用使得消费电子成为IGBT模块应用最广泛的领域。轨道交通：主要指应用于电力牵引的火车和地铁，采用3500V、6500V大功率模块。国外企业在此领域领先，国内仅中国南车时代电气自主研制和生产轨道交通用3300V电压等级IGBT，并建成8英寸IGBT芯片生产线。汽车电子：IGBT是混合动力汽车的发动机核心。在混合动力汽车和电动汽车领域，IGBT应用于逆变器中驱动电机运转。目前，国际国内IGBT市场主要被欧美日系企业垄断，国内厂商面临专利、制造水平、技术研发等多方面的壁垒。伴随中国工业化进程、节能环保和国产化的趋势，中国成为IGBT增长的主要市场。国内厂商可实施差异化竞争，利用综合技术与成本优势选择适合工艺，细分市场，实现大功率封装和芯片自产;加强产业协作，利用国内上中下游产业结构、研发机构和政府的支持，避开专利和技术壁垒，加强市场竞争力，在IGBT应用领域增强中国的国际竞争力。