功率半導(dǎo)體是半導(dǎo)體行業(yè)的細(xì)分領(lǐng)域，雖不像集成電路一樣被大眾熟知,，但其重要性不可忽視,。IGBT是功率半導(dǎo)體的一種,，作為電子電力裝置和系統(tǒng)中的“CPU”,，高效節(jié)能減排的主力軍。

　　IGBT是一個(gè)MOSFET和一個(gè)BJT(雙極型三極管)混合形成的器件,，但相比于MOSFET制造難度更高,、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，可承受的電壓也更大,。一般MOSFET器件或模組的可承受電壓范圍為20-800V,，而IGBT可承受1000V以上的高電壓，因而是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件,。

　　主要功能:

　　IGBT通過脈寬調(diào)制,，可以把輸入的直流電變成人們所需要頻率的交流電，或者反過來,。主要用于變頻逆變和其他逆變電路，被稱為是電力電子裝置的“CPU”IGBT能夠根據(jù)工業(yè)裝置中的信號指令來調(diào)節(jié)電路中的電壓,、電流,、頻率、相位等，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控的目的,，被廣泛應(yīng)用于：電機(jī)節(jié)能,、軌道交通、智能電網(wǎng),、航空航天,、家用電器、汽車電子,、新能源發(fā)電,、新能源汽車等領(lǐng)域。

　　按電壓分布來看,，消費(fèi)電子領(lǐng)域所用IGBT 產(chǎn)品主要集中在600V 以下,，新能源汽車常用IGBT產(chǎn)品電壓為600V——1200V，動車組常用的IGBT模塊為3300V和6500V,，軌道交通所使用的IGBT 電壓在1700V-6500V之間,；智能電網(wǎng)使用的IGBT通常為3300V。

　　數(shù)據(jù)顯示,，從中國市場來看新能源汽車相關(guān)領(lǐng)域是IGBT最大應(yīng)用領(lǐng)域,，市場占比達(dá) 31%，其次為消費(fèi)電子,、工業(yè)控制及新能源發(fā)電等,。

　　新能源汽車的成本構(gòu)成中，最大頭當(dāng)然是動力電池,，第二高的就是IGBT,。

　　在電動汽車特斯拉Model 3上，提供電源的是,，7000節(jié)18650電池,，這些電池提供400伏直流電，而特斯拉電動車的電機(jī)轉(zhuǎn)動必須用交流電,，通過改變電機(jī)的交流電的頻率,，來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而精準(zhǔn)的改變車輛行駛的速度和加速能力,。電動汽車3秒可以加速到100公里的強(qiáng)悍起步能力,，就是因?yàn)榻涣麟姍C(jī)轉(zhuǎn)速啟動特別快，這其中的轉(zhuǎn)換主要就是IGBT的功勞,。

　　在充電樁上,，充電樁從電網(wǎng)上接出來的電流是標(biāo)準(zhǔn)的220伏交流電，而特斯拉電動汽車的電池充電,，需要直流電充電,，這就需要IGBT將交流電變成直流電,，并把電壓提高到電動車需要的400伏的電壓上，才能給7000節(jié)18650電池充電,。IGBT的性能直接決定了電動車的充電效率和充電速度,。

　　IGBT門檻較高，長期以來主要由英飛凌,、富士電機(jī)等壟斷,，市場競爭方面，英飛凌占據(jù)了絕對的領(lǐng)先地位,，其模組產(chǎn)品市占率35.6%,、分立器件產(chǎn)品市占率 32.5%。IGBT是事關(guān)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)品,，如此重要的IGBT,，長期以來我國卻不得不面對依賴進(jìn)口的尷尬局面，不過國內(nèi)IGBT企業(yè)也在奮起直追,，新參與者也不斷涌入,。

　　隨著行業(yè)景氣度逐漸好轉(zhuǎn)和政策的推動，亦有不少新進(jìn)入者搶奪市場,。據(jù)集邦咨詢分析,，目前市場新入者主要有三類，一是向IGBT等高端產(chǎn)品擴(kuò)展業(yè)務(wù)的功率半導(dǎo)體企業(yè),；二是出于為滿足自身需求及出于供應(yīng)鏈安全考慮向上游涉足的,，如中車時(shí)代和比亞迪等；三是看好市場而進(jìn)場的新公司,。

　　一,，國內(nèi)IGBT廠商分類

　　按照業(yè)務(wù)模式分為四大類：

　　-IDM，即設(shè)計(jì)+制造,，主要有：中車時(shí)代電子,，華微，士蘭微,；

　　-Fabless,，僅設(shè)計(jì)，主要有：中科君芯,，西安芯派,，紫光微，達(dá)新,，科達(dá),，比亞迪；

　　-Foundry, 僅代工,，主要：中心國際,，華虹宏力,，上海先進(jìn)(積塔), 方正微,，華潤上華,，芯恩；

　　-Module,，外購芯片,，自己做模塊設(shè)計(jì)與制造，主要有：嘉興斯達(dá),，揚(yáng)杰科技,，南京音茂，中航微,，愛派克,，中車西安永電，江蘇宏微,，臺達(dá)等,。

　　二：國外IGBT廠商

　　全球前五大IGBT廠商：英飛凌，三菱,，安森美,，意法，東芝,，他們都是IDM模式,。

　　三：不同電壓等級IGBT應(yīng)用及供應(yīng)商：

　　在不同的電壓等級，國內(nèi)的供應(yīng)商均可以實(shí)現(xiàn)對外部廠商的替換,，避免因不確定因素造成的“卡脖子”,。

　　四：國內(nèi)IDM廠商介紹

　　中車時(shí)代 是株洲中車時(shí)代下屬核心業(yè)務(wù)單位，專業(yè)從事大功率半導(dǎo)體器件的研發(fā)與制造,，國內(nèi)唯一一家全面掌握晶閘管,，IGCT, IGBT,及功率組件全套技術(shù)，擁有功率半導(dǎo)體芯片-模塊-裝置-系統(tǒng)完整產(chǎn)業(yè)鏈,。主要產(chǎn)品：IGBT產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)1200V-6500V全覆蓋,，

　　技術(shù)路線：SPT+; 溝槽柵；SiC,。

　　吉林華微 主要提供功率器件設(shè)計(jì)研發(fā),，芯片加工，封裝測試及銷售,，擁有4,5,6英寸等多條功率半導(dǎo)體分立器件及芯片生產(chǎn)線,，IGBT主要提供360V/650V/1200V/1350V IGBT單管。

　　技術(shù)路線：溝槽+場截至

　　杭州士蘭微 公司建設(shè)3座FAB工廠,，年產(chǎn)能150萬片,，主要應(yīng)用在分立器件,。主要產(chǎn)品：600V/1200V/1350V(其中1350V是逆導(dǎo)IGBT產(chǎn)品) IGBT 單管。

　　技術(shù)路線：PT; 溝槽+場截止

　　臺灣茂矽電子成立于1987年,；臺灣茂硅晶圓制造長期聚焦在功率半導(dǎo)體元件及電源管理IC領(lǐng)域,，主要產(chǎn)品有溝槽式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)電晶體（Trench Power MOSFET）、溝槽式絕緣柵雙極電晶體（Trench IGBT）,、類比IC (Analog IC)以及各種二極體（Diode）等,，客戶終端產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電腦、液晶螢?zāi)慌c電視,、手機(jī)電池,、工具機(jī)、LED照明,、電源及汽車電子等領(lǐng)域,。

　　除了上述提到的企業(yè)，國內(nèi)的IGBT在芯片設(shè)計(jì),、晶圓制造,、模塊封裝等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈基本都已有布局。整體來看,，中國IGBT產(chǎn)業(yè)鏈正逐步具備國產(chǎn)替代能力,。

　　在國內(nèi)，盡管我國擁有最大的功率半導(dǎo)體市場,，但是目前國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品的研發(fā)與國際大公司相比還存在很大差距,，特別是IGBT等高端器件差距更加明顯。核心技術(shù)均掌握在發(fā)達(dá)國家企業(yè)手中,，IGBT技術(shù)集成度高的特點(diǎn)又導(dǎo)致了較高的市場集中度,。跟國內(nèi)廠商相比，英飛凌,、 三菱和富士電機(jī)等國際廠商占有絕對的市場優(yōu)勢,。形成這種局面的原因主要是：

　　（1）國際廠商起步早,，研發(fā)投入大,，形成了較高的專利壁壘。

　?。?）國外高端制造業(yè)水平比國內(nèi)要高很多,，一定程度上支撐了國際廠商的技術(shù)優(yōu)勢。

　　所以中國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須改變目前技術(shù)處于劣勢的局面,，特別是要在產(chǎn)業(yè)鏈上游層面取得突破,，改變目前功率器件領(lǐng)域封裝強(qiáng)于芯片的現(xiàn)狀。

　　而技術(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),；

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

　　我國發(fā)展IGBT面對的具體問題【IGBT技術(shù)與工藝】

　　我國的功率半導(dǎo)體技術(shù)包括芯片設(shè)計(jì),、制造和模塊封裝技術(shù)目前都還處于起步階段。功率半導(dǎo)體芯片技術(shù)研究一般采取“設(shè)計(jì)+代工”模式,，即由設(shè)計(jì)公司提出芯片設(shè)計(jì)方案,，由國內(nèi)的一些集成電路公司代工生產(chǎn)。

　　目前國內(nèi)IGBT主要受制于晶圓生產(chǎn)的瓶頸,，首先是沒有專業(yè)的代工廠進(jìn)行IGBT的代工,，原8寸溝槽IGBT產(chǎn)品主要在華虹代工，但是IGBT并非華虹主營業(yè)務(wù),，產(chǎn)品配額極其匱乏,，且價(jià)格偏高。但是隨著中芯國際紹興工廠和青島芯恩半導(dǎo)體的晶圓廠的落成,，相信這個(gè)局面會有很大改觀,。

　　小結(jié)：

　　由于 IGBT 行業(yè)存在技術(shù)門檻較高、人才匱乏,、市場開拓難度大,、資金投入較大等困難，國內(nèi)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中一直進(jìn)展緩慢,，隨著全球制造業(yè)向中國的轉(zhuǎn)移,，我國功率半導(dǎo)體市場占世界市場的 50%以上，是全球最大的IGBT市場,，但I(xiàn)GBT產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口,，在中高端領(lǐng)域更是 90%以上的IGBT器件依賴進(jìn)口，IGBT國產(chǎn)化需求已是刻不容緩,。

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