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國際電力電子器件產業發展狀況及趨勢

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國際電力電子器件產業發展狀況及趨勢

發布日期:2017-01-26 09:57 來源:http://www.thebeststays.com 點擊:

  【內蒙古鄂爾多斯電子有限公司主營SMD功率電感器、塑封繞線片式電感器、有機實芯電阻器等】半個多世紀以來,伴隨著基于硅材料的半導體產業的發展,硅基電力電子器件得到了同步發展,形成了龐大的基于硅基電力電子器件的電力電子產業。

  在超大功率(電壓3.3kV以上、容量1~45MW)領域,晶閘管和集成門極換流晶閘管(IGCT)具有巨大的市場。目前,國際上6英寸8.5kV/5kA晶閘管已商品化。瑞士ABB等公司開發了非對稱型、逆導型和逆阻型IGCT的產品,研發水平已達到9kV/6kA,商業化產品有4.5kV和6kV兩種系列,其中6.5kV/6kA的IGCT產品已經開始供應市場。

  在中大功率領域(電壓1200V~6.5kV),IGBT是市場上的主流產品。IGBT器件(包括大功率模塊、智能功率模塊)已經涵蓋了300V~6.5kV的電壓和2A~3600A的電流。近年來,以德國英飛凌、瑞士ABB、日本三菱、東芝和富士等為代表的電力電子器件企業開發了先進的IGBT技術和產品,占有全球每年約50億美元的市場,帶動了高達幾百億美元的電力電子設備市場。

  在中小功率領域(900V以下),功率MOSFET是應用最廣泛的電力電子器件,也是目前市場容量最大、需求增長最快的器件,其中以超級結為代表的新結構器件是該器件的重要發展方向。

  從上世紀90年代開始,技術領先國家和國際大型企業紛紛投入到以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體器件的研發和產業化中,對SiC材料、器件、封裝、應用的全產業鏈進行了重點投入和系統布局,全力搶占該技術與產業的戰略制高點和國際市場。

  SiC是目前發展最成熟的寬禁帶半導體材料,已經形成了全球的材料、器件和應用產業鏈。SiC材料方面的企業以Cree、II-VI、Dow Corning等為代表,其中2013年Cree開發出6英寸SiC單晶產品,其微管密度低于1個/cm2;多家公司研發出厚度超過250μm的SiC外延材料樣品,并批量提供中低壓器件用SiC外延材料產品。在SiC器件方面,國際上報道了10kV~15kV/10A~20A的SiC MOSFET、超過20kV的SiC功率二極管和SiC IGBT芯片樣品。Cree和Rohm公司開發了SiC MOSFET產品,電壓等級從650V~1700V,單芯片電流超過50A,并開發出1200V/300A、1700V/225A的全碳化硅功率模塊產品。

  GaN是另一種重要的寬禁帶半導體材料。它具有獨特的異質結結構和二維電子氣,在此基礎上研制的高電子遷移率晶體管(HEMT)是一種平面型器件,可以實現低導通電阻、高開關速度的優良特性。國際上也有團隊報道了垂直型的GaN電力電子器件。近年來圍繞GaN半導體器件的全球研發投入以及生產規模均快速增長,其中650V以下的平面型HEMT器件已經實現了產業化。

  在電力電子器件的專利方面,2001~2010年期間,全球電力電子器件行業專利申請量處于穩步增段,每年的全球專利申請量都在1500項左右,器件類型以MOSFET和IGBT為主,申請量占比達到 67%。國際上電力電子器件的專利集中于國際大型公司,全球專利申請量居前5位的分別是東芝、NEC、日立、三菱、富士,均是日本公司,歐洲和美國的GE、英飛凌、西門子、ABB等歐美企業也在該領域申請了大量專利。國際上寬禁帶電力電子器件專利始于1989年。2011~2015年期間,國際上SiC和GaN器件領域專利申請量增長迅速,據預測將在2025年左右達到峰值。


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