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高端电力电子器件进口依赖严重

 

发布时间:2009-11-11

 
 

随着电力电子器件产业日益受到国家重视,国家对企业和科研机构的扶持力度也在逐渐增大。我国电力电子行业在科研和产业化不断取得突破的同时,也面临着诸多亟待克服的困难。 


   
电力电子器件技术直接关系到变流技术的发展与进步,是建设节约型社会和创新型国家的关键技术。近几年来,电力电子器件技术水平不断提高,应用领域日益广泛,逐渐成为了国民经济发展中基础性的支柱型产业之一。
国家政策支持重点明确 


   
随着我国特高压直流输电、高压变频、交流传动机车/动车组、城市轨道交通等技术发展和市场需求的增加,对5英寸及6英寸晶闸管、IGCT(集成门极换流晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)的需求非常紧迫,而且需求量也非常大。预计国内每年需要5英寸、6英寸晶闸管、IGCTIGBT的总量将达到50万只以上。但目前国内市场所需的高端电力电子器件主要依赖进口。以IGBT为例,全球IGBT主要供应商集中在英飞凌、三菱、ABB、富士等少数几家,我国只有少数小功率IGBT的封装线,还不具备研发、制造管芯的能力和大功率IGBT的封装能力,因此在技术上受制于人,这对国民经济的健康发展与国家安全极其不利。 


   
为贯彻落实十一五高技术产业发展规划和信息产业发展规划,全面落实科学发展观,推进节能降耗,促进电力电子技术和产业的发展,根据国家发改委2007年发布的《关于组织实施新型电力电子器件产业化专项有关问题的通知》,国家将实施电力电子器件产业专项,提高新型电力电子器件技术和工艺水平,促进产业发展,满足市场需求,以技术进步和产业升级推进节能降耗;推动产、学、研、用相结合,突破核心基础器件发展的关键技术,完善电力电子产业链,促进具有自主知识产权的芯片和技术的推广应用;培育骨干企业,增强企业自主创新能力。支持的重点包括以下方面:在芯片产业化方面,主要支持IGBT、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、快恢复二极管(FRD)、功率集成电路(PIC)、IGCT等产品的芯片设计、制造、封装测试和模块组装;在模块产业化方面,主要支持电力电子器件系统集成模块,智能功率模块(IPM)和用户专用功率模块(ASPM;在应用装置产业化方面,重点围绕电机节能、照明节能、交通、电力、冶金等领域需求,支持应用具有自主知识产权芯片和技术的电力电子装置。

 
中国企业迈向高端市场 
   
在产业政策支持和国民经济发展的推动作用下,我国电力电子产业化水平近年来有很大的提升。株洲南车时代电气股份有限公司一直致力于推动我国电力电子产业的发展,具备很强的技术创新能力。南车时代电气通过自主创新,掌握了具有自主知识产权的全压接技术,基于全压接技术开发的系列高压大功率电力电子器件入选了国家重点新产品。尤其是基于5英寸全压接技术,承担了科技部十一五科技支撑计划——特高压直流输电换流阀及6英寸晶闸管研发项目,并成功开发出了6英寸晶闸管。南车时代电气通过多年来的创新和积累,掌握了IGCT全套设计和制造技术,拉近了与国际先进水平的差距。同时,南车时代电气立足于IGBT应用技术,消化吸收国外先进技术,在大功率IGBT的可靠性研究和试验等关键技术上取得了突破,为IGBT的封装和芯片研究打下了较好的基础。 
 

    国内电力电子行业通过技术上的不断探索与追求,使得我国电力电子技术水平在不断地与国际水平接近,在一些高端市场,已经占有一席之地。 


   
例如西安电力电子技术研究所通过引进消化技术,产品已经在高压直流输电等高端领域批量应用;南车时代电气近年来也逐步进入了高压直流输电、SVC(动态无功补偿装置)等领域。


弥补差距仍需创新突破 
    虽然我国电力电子技术水平在不断提高,但国内企业与国际大公司相比还存在着较大的差距,尚不能满足国民经济发展对电力电子技术进步的要求,也不能满足建设资源节约型和环境友好型社会的迫切需求。因此,我国电力电子企业仍然任重而道远。

 

    在新型电力电子器件的开发上,需要探索更加积极有效的模式。在国际上,IGBT作为一种主流器件,已经发展到了商业化的第五代,而我国只有少数企业从事中小功率IGBT的封装,而且尚未形成产业规模。而在IGBT芯片的产业化以及大功率IGBT的封装方面,更是一片空白。因此,探索更加积极、有效的模式,促成电力电子器件企业和微电子器件企业的技术融合、取长补短,实现IGBT的产业化,才能填补我国基础工业中先进电力电子器件的空白,改变技术上受制于人的局面。 


   
在高端传统型器件的国产化方面,还需要进一步加快进程。传统型的电力电子器件主要指晶闸管,其在许多关键领域仍具有不可替代的作用。尤其是随着变流装置容量的不断加大,对高压大电流的高端传统型器件等需求巨大,而我国仅有少数几家优势企业通过自主创新,掌握了高端器件的制造技术,大部分企业还停留在中低端器件的制造上。 


   
在电力电子器件新工艺的研究方面还需加大研发力度。一代工艺影响一代产品,电力电子工艺技术精密复杂,我国在低温键合、离子注入、类金金刚石膜等一些新型的关键工艺技术上,还缺乏系统的创新能力,必须加速其研发进程。 


   
在产业化能力建设方面需要上新台阶。提升电力电子产业化能力,有利于打造现代化和完整的装备制造业的产业链,使电力电子技术在建设创新型、节能环保型的和谐社会中发挥更大作用。


IGBT 
   
绝缘栅双极型晶体管(IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor)是一种MOSFET与双极晶体管复合的器件。它既有功率MOSFET易于驱动、控制简单、开关频率高的优点,又有功率晶体管的导通电压低、通态电流大、损耗小的显著优点。面市初期主要应用在以变频器、电源、电焊机等产品为主的工业控制领域中,随着消费电子产品对于功率器件耐压要求和开关频率的不断提升,IGBT逐步从工业产品走进消费电子产品中,而IGBT作为汽车点火器的最优选择在汽车电子领域中也得到了快速发展。


   
由于电磁炉、变频家电、数码相机等消费电子产品中应用IGBT比例不断增大以及消费电子产品整机产量巨大的影响,中国IGBT市场销量一直保持快速发展势头。在众多应用领域的带动下,IGBT已经成为功率器件家族中的新兴力量。
 

IGCT 
    集成门极换流晶闸管(IGCTIntergrated Gate Commutated Thyristors)是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。 


    IGCT
使变流装置在功率、可靠性、开关速度、效率、成本、重量和体积等方面都取得了巨大进展,给电力电子成套装置带来了新的飞跃。IGCTGTO(门极可关断晶闸管)芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起,再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接,结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点,在导通阶段发挥晶闸管的性能,关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT具有电流大、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低等特点,而且制造成本低,成品率高,有很好的应用前景。