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)非通即斷的開關(guān)，IGBT沒有放大電壓的功能，導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線，斷開時(shí)當(dāng)做開路。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.makelele.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

IGBT模塊在電動(dòng)汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是電動(dòng)汽車及充電樁等設(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)汽車電機(jī)；

02車載空調(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)超過了70%。從整個(gè)牌面上來看，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)?？梢赃_(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，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)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域加速發(fā)展，國(guó)內(nèi) IGBT 需求迎來爆發(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)量卻無法與之實(shí)現(xiàn)供求平衡。2018 年國(guó)內(nèi) IGBT 產(chǎn)量 1115 萬只，較 2017 年的 820萬增加了 295 萬，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 萬只的需求相比，供需缺口達(dá) 6783 萬只，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量嚴(yán)重不足。

除了供需無法平衡，現(xiàn)有產(chǎn)量無法滿足火熱的市場(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)門檻較高、人才匱乏、市場(chǎng)開拓難度大、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、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，中車時(shí)代半導(dǎo)體的汽車用 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。

以新能源汽車領(lǐng)域來說，作為目前國(guó)內(nèi)唯一一家可獨(dú)立研發(fā)制造車規(guī)級(jí)IGBT芯片的車企——比亞迪，在新能源汽車用 IGBT市場(chǎng)的成績(jī)無疑是令人振奮的。

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)乘用車市場(chǎng)供應(yīng)62.8萬套IGBT模塊，市占率達(dá)到58%。而比亞迪供應(yīng)了19.4萬套，市占率達(dá)到18%，可以說，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5萬片/月，預(yù)計(jì)2021年可達(dá)到10萬片/月，一年可供應(yīng)120萬輛新能源車，也就是相當(dāng)于2019年新能源汽車銷量的總數(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)25萬片8英寸晶圓的生產(chǎn)線，投產(chǎn)后可滿足年裝50萬輛新能源汽車的產(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50%。

雖然從技術(shù)上來說，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，無疑是沒錯(cuò)的。

萬事開頭難。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)，完整車用IGBT產(chǎn)業(yè)鏈，就是一個(gè)很好的開頭。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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