IGBT是何方神圣？

如果這你都不知道，

可就太out了！

估計(jì)家里是2G網(wǎng)速！

作為半導(dǎo)體行業(yè)的資優(yōu)生和我們公眾號(hào)的資深粉絲，IGBT可是我們必須get的知識(shí)點(diǎn)之一！尤其是這幾年新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展蓬勃，作為核心零部件的IGBT需求暴增，風(fēng)頭正盛。

什么是IGBT

所謂IGBT(絕緣柵雙極型晶體管），是由 BJT(雙極結(jié)型晶體三極管) 和 MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管) 組成的復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動(dòng)式-功率半導(dǎo)體器件,其具有自關(guān)斷的特征。

簡(jiǎn)單講，是一個(gè)非通即斷的開(kāi)關(guān)，IGBT沒(méi)有放大電壓的功能，導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線，斷開(kāi)時(shí)當(dāng)做開(kāi)路。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，如驅(qū)動(dòng)功率小和飽和壓降低等。

而平時(shí)我們?cè)趯?shí)際中使用的IGBT模塊是由IGBT與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品，具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點(diǎn)。

IGBT是能源轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)暮诵钠骷?a href="www.xsypw.cn/article/special/" target="_blank">電力電子裝置的“CPU” 。采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是解決能源短缺問(wèn)題和降低碳排放的關(guān)鍵支撐技術(shù)。

IGBT應(yīng)用廣泛，除了上文提到的新能源汽車(chē)領(lǐng)域以外，在工業(yè)、家用電器、軌道交通、醫(yī)學(xué)乃至軍工航天領(lǐng)域等，都可以看到IGBT活躍的身影。

IGBT的應(yīng)用領(lǐng)域

按電壓分布的應(yīng)用領(lǐng)域

新能源汽車(chē)

IGBT模塊在電動(dòng)汽車(chē)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是電動(dòng)汽車(chē)及充電樁等設(shè)備的核心技術(shù)部件。IGBT模塊占電動(dòng)汽車(chē)成本將近10%，占充電樁成本約20%。

IGBT主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中以下幾個(gè)方面：

01電動(dòng)控制系統(tǒng)

大功率直流/交流(DC/AC)逆變后驅(qū)動(dòng)汽車(chē)電機(jī)；

02車(chē)載空調(diào)控制系統(tǒng)

小功率直流/交流(DC/AC)逆變，使用電流較小的IGBT和FRD；

03充電樁

智能充電樁中IGBT模塊被作為開(kāi)關(guān)元件使用。

智能電網(wǎng)

IGBT廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)的發(fā)電端、輸電端、變電端及用電端：

01發(fā)電端

風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電中的整流器和逆變器都需要使用IGBT模塊；

02輸電端

特高壓直流輸電中FACTS柔性輸電技術(shù)需要大量使用IGBT等功率器件；

03變電端

IGBT是電力電子變壓器（PET）的關(guān)鍵器件；

04用電端

家用白電、 微波爐、 LED照明驅(qū)動(dòng)等都對(duì)IGBT有大量的需求。

軌道交通

IGBT器件已成為軌道交通車(chē)輛牽引變流器和各種輔助變流器的主流電力電子器件。交流傳動(dòng)技術(shù)是現(xiàn)代軌道交通的核心技術(shù)之一，在交流傳動(dòng)系統(tǒng)中牽引變流器是關(guān)鍵部件，而IGBT又是牽引變流器最核心的器件之一。

現(xiàn)在的IGBT，從第一代的平面穿透型到溝槽型電場(chǎng)截止型，已經(jīng)歷經(jīng)了6代技術(shù)和工藝的革新。而經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，IGBT的改良之路還在繼續(xù)，不斷精進(jìn)IGBT的縱向結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)和硅片加工工藝，以降低損耗和生產(chǎn)成本。

現(xiàn)在就出攤

國(guó)外巨頭瓜分市場(chǎng)

IGBT有多重要？相信經(jīng)過(guò)小編的講述，大家對(duì)此都不言而喻。但是放眼全球，IGBT的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和市場(chǎng)，始終由歐美日韓等“老牌”半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家把持著，諸如英飛凌、三菱、富士電機(jī)、安森美以及ABB等企業(yè)，前五大企業(yè)的市場(chǎng)份額就已經(jīng)超過(guò)了70%。從整個(gè)牌面上來(lái)看，我們國(guó)內(nèi)的IGBT企業(yè)只能吃吃這個(gè)“蛋糕”的“邊角料”了。

2017年全球IGBT市場(chǎng)格局及

主要企業(yè)的市場(chǎng)份額

從市場(chǎng)規(guī)模上看，

2018 年全球 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 58.36 億美元，較 2017 年的 52.55億美元增長(zhǎng) 11.06%，預(yù)計(jì)到2020年市場(chǎng)規(guī)模可以達(dá)到80億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約10%。

從國(guó)別的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，

美國(guó)功率器件處于世界領(lǐng)先地位，擁有一批具有全球影響力的廠商，例如 TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay 等廠商。

歐洲擁有 Infineon、ST 和 NXP 三家全球半導(dǎo)體大廠，產(chǎn)品線齊全，無(wú)論是功率 IC 還是功率分離器件都具有領(lǐng)先實(shí)力。

日本功率器件廠商主要有 Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、Toshiba、Rohm、Matsushita、Fuji Electric 等等。日本廠商在分立功率器件方面做的較好，但在功率芯片方面，雖然廠商數(shù)量眾多，但很多廠商的核心業(yè)務(wù)并非功率芯片。

近年來(lái)，中國(guó)臺(tái)灣的功率芯片市場(chǎng)發(fā)展較快，擁有立锜、富鼎先進(jìn)、茂達(dá)、安茂、致新和沛亨等一批廠商。臺(tái)灣廠商主要偏重于 DC/DC 領(lǐng)域，主要產(chǎn)品包括線性穩(wěn)壓器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC，脈寬調(diào)制集成電路)和功率 MOSFET。

從公司來(lái)看，

國(guó)外研發(fā)IGBT器件的公司主要有英飛凌、 ABB、三菱、富士等。這些國(guó)外企業(yè)研發(fā)的IGBT器件產(chǎn)品規(guī)格涵蓋了電壓600V-6500V，電流2A-3600A，已經(jīng)形成了完善的IGBT產(chǎn)品系列。

其中安森美等企業(yè)在消費(fèi)級(jí)IGBT領(lǐng)域處于優(yōu)勢(shì)地位；ABB、英飛凌和三菱電機(jī)在1700V以上的工業(yè)級(jí)IGBT領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)；而在3300V以上電壓等級(jí)的高壓IGBT技術(shù)領(lǐng)域，這三家公司也基本上處于壟斷地位；在大功率溝槽技術(shù)方面，英飛凌與三菱公司同處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

那么中國(guó)的IGBT呢？

是一馬當(dāng)先、

并駕齊驅(qū),

還是被狂甩幾十條街？

國(guó)內(nèi)：依賴(lài)進(jìn)口 但全力突圍

2018 年，國(guó)內(nèi) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 261.9 億元，較 2017 年的 132.5 億元大增 97.66%。尤其是近幾年，隨著國(guó)內(nèi)軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車(chē)與新能源裝備等領(lǐng)域加速發(fā)展，國(guó)內(nèi) IGBT 需求迎來(lái)爆發(fā)。

但是相比于國(guó)內(nèi)暴增的IGBT市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)IGBT 市場(chǎng)的產(chǎn)量卻無(wú)法與之實(shí)現(xiàn)供求平衡。2018 年國(guó)內(nèi) IGBT 產(chǎn)量 1115 萬(wàn)只，較 2017 年的 820萬(wàn)增加了 295 萬(wàn)，同比增長(zhǎng) 36%。盡管增長(zhǎng)明顯，但和2018 年國(guó)內(nèi) IGBT 產(chǎn)品高達(dá) 7898 萬(wàn)只的需求相比，供需缺口達(dá) 6783 萬(wàn)只，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量嚴(yán)重不足。

除了供需無(wú)法平衡，現(xiàn)有產(chǎn)量無(wú)法滿(mǎn)足火熱的市場(chǎng)需求以外，技術(shù)也是國(guó)產(chǎn)IGBT的另一大“硬傷”。特別在中高端IGBT主流器件上，我們90％以上主要依賴(lài)進(jìn)口，核心技術(shù)基本掌握在歐美日韓企業(yè)的手中。

技術(shù)差距從以下兩個(gè)方面也有體現(xiàn)：

1、高鐵、智能電網(wǎng)、新能源與高壓變頻器等領(lǐng)域所采用的IGBT模塊規(guī)格在6500V以上，技術(shù)壁壘較強(qiáng)；

2、IGBT芯片設(shè)計(jì)制造、模塊封裝、失效分析、測(cè)試等IGBT產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)仍掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)手中。

而IGBT技術(shù)集成度高的特點(diǎn)又導(dǎo)致了較高的市場(chǎng)集中度，因此英飛凌、三菱和富士電機(jī)等國(guó)際廠商占有天然的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，這讓國(guó)內(nèi)廠商的發(fā)展再失一個(gè)機(jī)會(huì)。加上IGBT 行業(yè)存在技術(shù)門(mén)檻較高、人才匱乏、市場(chǎng)開(kāi)拓難度大、資金投入較大等困難，國(guó)內(nèi)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中始終進(jìn)展緩慢。

在中國(guó)IGBT產(chǎn)業(yè)在國(guó)家政策推動(dòng)及市場(chǎng)牽引下得到了穩(wěn)定發(fā)展，已初步形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈：

白色家電、逆變器、逆變電源、工業(yè)控制等國(guó)內(nèi)中低端市場(chǎng)已逐步完成了國(guó)產(chǎn)化替代;

在新能源汽車(chē)、新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)等要求非常高的領(lǐng)域，也正在積極突圍，比如比亞迪微電子、斯達(dá)股份、上汽英飛凌等廠商的 IGBT 模塊產(chǎn)品已經(jīng)出貨，中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體的汽車(chē)用 IGBT 產(chǎn)品也已送樣測(cè)試；2019年10 月份，國(guó)電南瑞宣布與國(guó)家電網(wǎng)有限公司下屬科研單位全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司共同投資設(shè)立南瑞聯(lián)研功率半導(dǎo)體有限責(zé)任公司，實(shí)施 IGBT 模塊產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。

以新能源汽車(chē)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，作為目前國(guó)內(nèi)唯一一家可獨(dú)立研發(fā)制造車(chē)規(guī)級(jí)IGBT芯片的車(chē)企——比亞迪，在新能源汽車(chē)用 IGBT市場(chǎng)的成績(jī)無(wú)疑是令人振奮的。

2020年4月14日，比亞迪完成了全資子公司深圳比亞迪微電子有限公司的內(nèi)部重組，并改名為比亞迪半導(dǎo)體有限公司，研發(fā)、生產(chǎn)及銷(xiāo)售功率半導(dǎo)體、智能控制IC、智能傳感器及光電半導(dǎo)體，其中IGBT 就是他們的重頭戲。

數(shù)據(jù)顯示，2019年期間，英飛凌為國(guó)內(nèi)電動(dòng)乘用車(chē)市場(chǎng)供應(yīng)62.8萬(wàn)套IGBT模塊，市占率達(dá)到58%。而比亞迪供應(yīng)了19.4萬(wàn)套，市占率達(dá)到18%，可以說(shuō)，比亞迪正在一步步打破國(guó)際巨頭的壟斷。如今，比亞迪IGBT芯片晶圓的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到5萬(wàn)片/月，預(yù)計(jì)2021年可達(dá)到10萬(wàn)片/月，一年可供應(yīng)120萬(wàn)輛新能源車(chē)，也就是相當(dāng)于2019年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量的總數(shù)。

今年4月底，總投資10億元的比亞迪IGBT項(xiàng)目也在長(zhǎng)沙正式動(dòng)工。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)年產(chǎn)25萬(wàn)片8英寸晶圓的生產(chǎn)線，投產(chǎn)后可滿(mǎn)足年裝50萬(wàn)輛新能源汽車(chē)的產(chǎn)能需求。據(jù)悉，比亞迪下一步的規(guī)劃是讓IGBT的外供比例爭(zhēng)取超過(guò)50%。

雖然從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，比亞迪2018年才發(fā)展到IGBT 4.0技術(shù)（也就是國(guó)際上第五代技術(shù)），而從全球范圍來(lái)看，IGBT目前已經(jīng)發(fā)展到7.5代（第7代由三菱電機(jī)在2012年推出，三菱電機(jī)目前的水平可以看作7.5代），比亞迪要追趕的路還很長(zhǎng)，但相較而言，比亞迪在國(guó)內(nèi)自主品牌中已經(jīng)取得了一定優(yōu)勢(shì)，就像華為手握芯片終極武器一樣。面對(duì)汽車(chē)行業(yè)百年未有之變局，技術(shù)驅(qū)動(dòng)將重新構(gòu)建行業(yè)格局，無(wú)疑是沒(méi)錯(cuò)的。

萬(wàn)事開(kāi)頭難。沖破技術(shù)壁壘，打破市場(chǎng)固有格局，試圖重新分配“蛋糕”，無(wú)論對(duì)于國(guó)內(nèi)IGBT企業(yè)，還是整體國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)，都是極其不易的。相信比亞迪半導(dǎo)體進(jìn)入IGBT市場(chǎng)，完整車(chē)用IGBT產(chǎn)業(yè)鏈，就是一個(gè)很好的開(kāi)頭。期待我們?cè)缛諏?shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，完成半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)替代這項(xiàng)偉大的使命。

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