高端電力電子器件依賴進口 國內(nèi)企業(yè)需加快突圍
隨著電力電子器件產(chǎn)業(yè)日益受到國家重視，國家對企業(yè)和科研機構(gòu)的扶持力度也在逐漸增大。我國電力電子行業(yè)在科研和產(chǎn)業(yè)化不斷取得突破的同時，也面臨著諸多亟待克服的困難。
電力電子器件技術(shù)直接關(guān)系到變流技術(shù)的發(fā)展與進步，是建設(shè)節(jié)約型社會和創(chuàng)新型國家的關(guān)鍵技術(shù)。近幾年來，電力電子器件技術(shù)水平不斷提高，應用領(lǐng)域日益廣泛，逐漸成為了國民經(jīng)濟發(fā)展中基礎(chǔ)性的支柱型產(chǎn)業(yè)之一。
國家政策支持重點明確
隨著我國特高壓直流輸電、高壓變頻、交流傳動機車/動車組、城市軌道交通等技術(shù)發(fā)展和市場需求的增加，對5英寸及6英寸晶閘管、IGCT(集成門極換流晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)的需求非常緊迫，而且需求量也非常大。預計國內(nèi)每年需要5英寸、6英寸晶閘管、IGCT、IGBT的總量將達到50萬只以上。但目前國內(nèi)市場所需的高端電力電子器件主要依賴進口。以IGBT為例，全球IGBT主要供應商集中在英飛凌、三菱、ABB、富士等少數(shù)幾家，我國只有少數(shù)小功率IGBT的封裝線，還不具備研發(fā)、制造管芯的能力和大功率IGBT的封裝能力，因此在技術(shù)上受制于人，這對國民經(jīng)濟的健康發(fā)展與國家安全極其不利。
為貫徹落實“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，全面落實科學發(fā)展觀，推進節(jié)能降耗，促進電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，根據(jù)國家發(fā)改委2007年發(fā)布的《關(guān)于組織實施新型電力電子器件產(chǎn)業(yè)化專項有關(guān)問題的通知》，國家將實施電力電子器件產(chǎn)業(yè)專項，提高新型電力電子器件技術(shù)和工藝水平，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，滿足市場需求，以技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級推進節(jié)能降耗;推動產(chǎn)、學、研、用相結(jié)合，突破核心基礎(chǔ)器件發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，完善電力電子產(chǎn)業(yè)鏈，促進具有自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片和技術(shù)的推廣應用;培育骨干企業(yè)，增強企業(yè)自主創(chuàng)新能力。支持的重點包括以下方面：在芯片產(chǎn)業(yè)化方面，主要支持IGBT、金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)、快恢復二極管(FRD)、功率集成電路(PIC)、IGCT等產(chǎn)品的芯片設(shè)計、制造、封裝測試和模塊組裝;在模塊產(chǎn)業(yè)化方面，主要支持電力電子器件系統(tǒng)集成模塊，智能功率模塊(IPM)和用戶專用功率模塊(ASPM);在應用裝置產(chǎn)業(yè)化方面，重點圍繞電機節(jié)能、照明節(jié)能、交通、電力、冶金等領(lǐng)域需求，支持應用具有自主知識產(chǎn)權(quán)芯片和技術(shù)的電力電子裝置。
中國企業(yè)邁向高端市場
在產(chǎn)業(yè)政策支持和國民經(jīng)濟發(fā)展的推動作用下，我國電力電子產(chǎn)業(yè)化水平近年來有很大的提升。株洲南車時代電氣股份有限公司一直致力于推動我國電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具備很強的技術(shù)創(chuàng)新能力。南車時代電氣通過自主創(chuàng)新，掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全壓接技術(shù)，基于全壓接技術(shù)開發(fā)的系列高壓大功率電力電子器件入選了國家重點新產(chǎn)品。尤其是基于5英寸全壓接技術(shù)，承擔了科技部“十一五”科技支撐計劃——特高壓直流輸電換流閥及6英寸晶閘管研發(fā)項目，并成功開發(fā)出了6英寸晶閘管。南車時代電氣通過多年來的創(chuàng)新和積累，掌握了IGCT全套設(shè)計和制造技術(shù)，拉近了與國際先進水平的差距。同時，南車時代電氣立足于IGBT應用技術(shù)，消化吸收國外先進技術(shù)，在大功率IGBT的可靠性研究和試驗等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，為IGBT的封裝和芯片研究打下了較好的基礎(chǔ)。
國內(nèi)電力電子行業(yè)通過技術(shù)上的不斷探索與追求，使得我國電力電子技術(shù)水平在不斷地與國際水平接近，在一些高端市場，已經(jīng)占有一席之地。
例如西安電力電子技術(shù)研究所通過引進消化技術(shù)，產(chǎn)品已經(jīng)在高壓直流輸電等高端領(lǐng)域批量應用;南車時代電氣近年來也逐步進入了高壓直流輸電、SVC(動態(tài)無功補償裝置)等領(lǐng)域。
彌補差距仍需創(chuàng)新突破
雖然我國電力電子技術(shù)水平在不斷提高，但國內(nèi)企業(yè)與國際大公司相比還存在著較大的差距，尚不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展對電力電子技術(shù)進步的要求，也不能滿足建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的迫切需求。因此，我國電力電子企業(yè)仍然任重而道遠。
在新型電力電子器件的開發(fā)上，需要探索更加積極有效的模式。在國際上，IGBT作為一種主流器件，已經(jīng)發(fā)展到了商業(yè)化的第五代，而我國只有少數(shù)企業(yè)從事中小功率IGBT的封裝，而且尚未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。而在IGBT芯片的產(chǎn)業(yè)化以及大功率IGBT的封裝方面，更是一片空白。因此，探索更加積極、有效的模式，促成電力電子器件企業(yè)和微電子器件企業(yè)的技術(shù)融合、取長補短，實現(xiàn)IGBT的產(chǎn)業(yè)化，才能填補我國基礎(chǔ)工業(yè)中先進電力電子器件的空白，改變技術(shù)上受制于人的局面。
在高端傳統(tǒng)型器件的國產(chǎn)化方面，還需要進一步加快進程。傳統(tǒng)型的電力電子器件主要指晶閘管，其在許多關(guān)鍵領(lǐng)域仍具有不可替代的作用。尤其是隨著變流裝置容量的不斷加大，對高壓大電流的高端傳統(tǒng)型器件等需求巨大，而我國僅有少數(shù)幾家優(yōu)勢企業(yè)通過自主創(chuàng)新，掌握了高端器件的制造技術(shù)，大部分企業(yè)還停留在中低端器件的制造上。
在電力電子器件新工藝的研究方面還需加大研發(fā)力度。一代工藝影響一代產(chǎn)品，電力電子工藝技術(shù)精密復雜，我國在低溫鍵合、離子注入、類金金剛石膜等一些新型的關(guān)鍵工藝技術(shù)上，還缺乏系統(tǒng)的創(chuàng)新能力，必須加速其研發(fā)進程。
在產(chǎn)業(yè)化能力建設(shè)方面需要上新臺階。提升電力電子產(chǎn)業(yè)化能力，有利于打造現(xiàn)代化和完整的裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，使電力電子技術(shù)在建設(shè)創(chuàng)新型、節(jié)能環(huán)保型的和諧社會中發(fā)揮更大作用。
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IGBT
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor)是一種MOSFET與雙極晶體管復合的器件。它既有功率MOSFET易于驅(qū)動、控制簡單、開關(guān)頻率高的優(yōu)點，又有功率晶體管的導通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的顯著優(yōu)點。面市初期主要應用在以變頻器、電源、電焊機等產(chǎn)品為主的工業(yè)控制領(lǐng)域中，隨著消費電子產(chǎn)品對于功率器件耐壓要求和開關(guān)頻率的不斷提升，IGBT逐步從工業(yè)產(chǎn)品走進消費電子產(chǎn)品中，而IGBT作為汽車點火器的最優(yōu)選擇在汽車電子領(lǐng)域中也得到了快速發(fā)展。
由于電磁爐、變頻家電、數(shù)碼相機等消費電子產(chǎn)品中應用IGBT比例不斷增大以及消費電子產(chǎn)品整機產(chǎn)量巨大的影響，中國IGBT市場銷量一直保持快速發(fā)展勢頭。在眾多應用領(lǐng)域的帶動下，IGBT已經(jīng)成為功率器件家族中的新興力量。
IGCT
集成門極換流晶閘管(IGCT：IntergratedGateCommutatedThyristors)是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導體器件。
IGCT使變流裝置在功率、可靠性、開關(guān)速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨大進展，給電力電子成套裝置帶來了新的飛躍。IGCT將GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動電路集成在一起，再與其門極驅(qū)動器在外圍以低電感方式連接，結(jié)合了晶體管的穩(wěn)定關(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點，在導通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關(guān)斷階段呈現(xiàn)晶體管的特性。IGCT具有電流大、電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低等特點，而且制造成本低，成品率高，有很好的應用前景。
電力電子器件技術(shù)直接關(guān)系到變流技術(shù)的發(fā)展與進步，是建設(shè)節(jié)約型社會和創(chuàng)新型國家的關(guān)鍵技術(shù)。近幾年來，電力電子器件技術(shù)水平不斷提高，應用領(lǐng)域日益廣泛，逐漸成為了國民經(jīng)濟發(fā)展中基礎(chǔ)性的支柱型產(chǎn)業(yè)之一。
國家政策支持重點明確
隨著我國特高壓直流輸電、高壓變頻、交流傳動機車/動車組、城市軌道交通等技術(shù)發(fā)展和市場需求的增加，對5英寸及6英寸晶閘管、IGCT(集成門極換流晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)的需求非常緊迫，而且需求量也非常大。預計國內(nèi)每年需要5英寸、6英寸晶閘管、IGCT、IGBT的總量將達到50萬只以上。但目前國內(nèi)市場所需的高端電力電子器件主要依賴進口。以IGBT為例，全球IGBT主要供應商集中在英飛凌、三菱、ABB、富士等少數(shù)幾家，我國只有少數(shù)小功率IGBT的封裝線，還不具備研發(fā)、制造管芯的能力和大功率IGBT的封裝能力，因此在技術(shù)上受制于人，這對國民經(jīng)濟的健康發(fā)展與國家安全極其不利。
為貫徹落實“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，全面落實科學發(fā)展觀，推進節(jié)能降耗，促進電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，根據(jù)國家發(fā)改委2007年發(fā)布的《關(guān)于組織實施新型電力電子器件產(chǎn)業(yè)化專項有關(guān)問題的通知》，國家將實施電力電子器件產(chǎn)業(yè)專項，提高新型電力電子器件技術(shù)和工藝水平，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，滿足市場需求，以技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級推進節(jié)能降耗;推動產(chǎn)、學、研、用相結(jié)合，突破核心基礎(chǔ)器件發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，完善電力電子產(chǎn)業(yè)鏈，促進具有自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片和技術(shù)的推廣應用;培育骨干企業(yè)，增強企業(yè)自主創(chuàng)新能力。支持的重點包括以下方面：在芯片產(chǎn)業(yè)化方面，主要支持IGBT、金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)、快恢復二極管(FRD)、功率集成電路(PIC)、IGCT等產(chǎn)品的芯片設(shè)計、制造、封裝測試和模塊組裝;在模塊產(chǎn)業(yè)化方面，主要支持電力電子器件系統(tǒng)集成模塊，智能功率模塊(IPM)和用戶專用功率模塊(ASPM);在應用裝置產(chǎn)業(yè)化方面，重點圍繞電機節(jié)能、照明節(jié)能、交通、電力、冶金等領(lǐng)域需求，支持應用具有自主知識產(chǎn)權(quán)芯片和技術(shù)的電力電子裝置。
中國企業(yè)邁向高端市場
在產(chǎn)業(yè)政策支持和國民經(jīng)濟發(fā)展的推動作用下，我國電力電子產(chǎn)業(yè)化水平近年來有很大的提升。株洲南車時代電氣股份有限公司一直致力于推動我國電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具備很強的技術(shù)創(chuàng)新能力。南車時代電氣通過自主創(chuàng)新，掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全壓接技術(shù)，基于全壓接技術(shù)開發(fā)的系列高壓大功率電力電子器件入選了國家重點新產(chǎn)品。尤其是基于5英寸全壓接技術(shù)，承擔了科技部“十一五”科技支撐計劃——特高壓直流輸電換流閥及6英寸晶閘管研發(fā)項目，并成功開發(fā)出了6英寸晶閘管。南車時代電氣通過多年來的創(chuàng)新和積累，掌握了IGCT全套設(shè)計和制造技術(shù)，拉近了與國際先進水平的差距。同時，南車時代電氣立足于IGBT應用技術(shù)，消化吸收國外先進技術(shù)，在大功率IGBT的可靠性研究和試驗等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，為IGBT的封裝和芯片研究打下了較好的基礎(chǔ)。
國內(nèi)電力電子行業(yè)通過技術(shù)上的不斷探索與追求，使得我國電力電子技術(shù)水平在不斷地與國際水平接近，在一些高端市場，已經(jīng)占有一席之地。
例如西安電力電子技術(shù)研究所通過引進消化技術(shù)，產(chǎn)品已經(jīng)在高壓直流輸電等高端領(lǐng)域批量應用;南車時代電氣近年來也逐步進入了高壓直流輸電、SVC(動態(tài)無功補償裝置)等領(lǐng)域。
彌補差距仍需創(chuàng)新突破
雖然我國電力電子技術(shù)水平在不斷提高，但國內(nèi)企業(yè)與國際大公司相比還存在著較大的差距，尚不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展對電力電子技術(shù)進步的要求，也不能滿足建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的迫切需求。因此，我國電力電子企業(yè)仍然任重而道遠。
在新型電力電子器件的開發(fā)上，需要探索更加積極有效的模式。在國際上，IGBT作為一種主流器件，已經(jīng)發(fā)展到了商業(yè)化的第五代，而我國只有少數(shù)企業(yè)從事中小功率IGBT的封裝，而且尚未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。而在IGBT芯片的產(chǎn)業(yè)化以及大功率IGBT的封裝方面，更是一片空白。因此，探索更加積極、有效的模式，促成電力電子器件企業(yè)和微電子器件企業(yè)的技術(shù)融合、取長補短，實現(xiàn)IGBT的產(chǎn)業(yè)化，才能填補我國基礎(chǔ)工業(yè)中先進電力電子器件的空白，改變技術(shù)上受制于人的局面。
在高端傳統(tǒng)型器件的國產(chǎn)化方面，還需要進一步加快進程。傳統(tǒng)型的電力電子器件主要指晶閘管，其在許多關(guān)鍵領(lǐng)域仍具有不可替代的作用。尤其是隨著變流裝置容量的不斷加大，對高壓大電流的高端傳統(tǒng)型器件等需求巨大，而我國僅有少數(shù)幾家優(yōu)勢企業(yè)通過自主創(chuàng)新，掌握了高端器件的制造技術(shù)，大部分企業(yè)還停留在中低端器件的制造上。
在電力電子器件新工藝的研究方面還需加大研發(fā)力度。一代工藝影響一代產(chǎn)品，電力電子工藝技術(shù)精密復雜，我國在低溫鍵合、離子注入、類金金剛石膜等一些新型的關(guān)鍵工藝技術(shù)上，還缺乏系統(tǒng)的創(chuàng)新能力，必須加速其研發(fā)進程。
在產(chǎn)業(yè)化能力建設(shè)方面需要上新臺階。提升電力電子產(chǎn)業(yè)化能力，有利于打造現(xiàn)代化和完整的裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，使電力電子技術(shù)在建設(shè)創(chuàng)新型、節(jié)能環(huán)保型的和諧社會中發(fā)揮更大作用。
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IGBT
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor)是一種MOSFET與雙極晶體管復合的器件。它既有功率MOSFET易于驅(qū)動、控制簡單、開關(guān)頻率高的優(yōu)點，又有功率晶體管的導通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的顯著優(yōu)點。面市初期主要應用在以變頻器、電源、電焊機等產(chǎn)品為主的工業(yè)控制領(lǐng)域中，隨著消費電子產(chǎn)品對于功率器件耐壓要求和開關(guān)頻率的不斷提升，IGBT逐步從工業(yè)產(chǎn)品走進消費電子產(chǎn)品中，而IGBT作為汽車點火器的最優(yōu)選擇在汽車電子領(lǐng)域中也得到了快速發(fā)展。
由于電磁爐、變頻家電、數(shù)碼相機等消費電子產(chǎn)品中應用IGBT比例不斷增大以及消費電子產(chǎn)品整機產(chǎn)量巨大的影響，中國IGBT市場銷量一直保持快速發(fā)展勢頭。在眾多應用領(lǐng)域的帶動下，IGBT已經(jīng)成為功率器件家族中的新興力量。
IGCT
集成門極換流晶閘管(IGCT：IntergratedGateCommutatedThyristors)是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導體器件。
IGCT使變流裝置在功率、可靠性、開關(guān)速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨大進展，給電力電子成套裝置帶來了新的飛躍。IGCT將GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動電路集成在一起，再與其門極驅(qū)動器在外圍以低電感方式連接，結(jié)合了晶體管的穩(wěn)定關(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點，在導通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關(guān)斷階段呈現(xiàn)晶體管的特性。IGCT具有電流大、電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低等特點，而且制造成本低，成品率高，有很好的應用前景。
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