功率芯片:中国半导体产业崛起的关键突破口

科技电力不缺一 2024-02-13 07:12:04

近年来,在中国“工业4.0”趋势和“中国制造2025”发展规划的带动下,中国制造业进入了快速发展阶段,趋向电动化和智能化升级。功率半导体是电子制造业最核心的器件之一,关系到我国智能电网、高铁动力系统、汽车动力系统等关键零部件的自主可控战略,属于国家高度重视和鼓励发展的行业,功率半导体正迎来黄金时代。

功率半导体达千亿市场规模

功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心,主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率半导体的两大功能是开关与电能转换,主要可以依据工作频率与功率大小将功率半导体分为不同类型。

近年来,功率半导体的应用领域已从工业控制和消费电子拓展至新能源、轨道交通、智能电网等市场,市场规模呈现稳健增长态势。功率半导体作为实现电气化系统自主可控以及节能环保的核心零部件,在智能电网、新能源汽车等领域需求量将大幅提升。

IGBT下游应用场景多点开花

IGBT的应用领域十分广泛,在新能源、变频调控、感应加热、光伏等行业中都有它们的身影。按照应用领域的不同,主要可以分为三大类:消费类,工业类,汽车类。

IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器;IGBT模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车(电机控制器、车载空调、充电桩)等领域;而IPM模块应用于变频空调、变频冰箱等白色家电产品。

IGBT是新能源汽车中的核心元器件。IGBT在新能源汽车中得到了广泛的应用,对整车的性能有着重要的影响。新能源汽车市场成为IGBT增长最充足动力。

为什么是我国半导体产业崛起的突破口

在半导体产业界,一直遵循著名的摩尔定律。该定律在1965年由戈登·摩尔提出,他预测到芯片的集成度大概每过一年翻一番。过了将近六十年的时间,人们在回顾半导体产业的发展时,惊奇地发现摩尔预测的非常准确。于是,人们产生了另外一个疑问,我们应该用什么样的方法延续芯片的发展速度,每年都能让集成度翻番。

在1974年,罗伯特·登纳德提出了等比例缩小法则,该方法讲的就是如何去实现摩尔定律。提到摩尔定律,我们需要记住:每代工艺与上一代相比,在面积不变的情况下,晶体管的数量翻一番;或者说在晶体管数量不变的情况下,面积可以缩小到原来的二分之一。

按照这样的发展速度,每18个月它的集成度就要翻一番。因此它是2的N次方的发展速度。从图7中我们可以看到在16纳米的时候,我们可以在一个平方毫米的面积上集成大概400多万个逻辑门,约1500万个晶体管。而到了5纳米时,我们可以在一个平方毫米的面积上集成2800万个逻辑门,约1亿多个晶体管。

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