近年來(lái)IGBT大火，許多廠商紛紛入局，但I(xiàn)GBT的價(jià)格一直都很貴，而且整體處于緊缺狀態(tài)。

以英飛凌的型號(hào)為FF600R17ME4的IGBT舉例，2020年2月份在正能量電子網(wǎng)的報(bào)價(jià)為650元左右，但從2020年4月份開(kāi)始暴漲，現(xiàn)在已經(jīng)高達(dá)1400元，英飛凌其余型號(hào)的IGBT，也均有不同漲幅。

前段時(shí)間，富昌電子發(fā)布了2021年Q4芯片供應(yīng)的市場(chǎng)報(bào)告，報(bào)告中顯示IGBT交期仍沒(méi)有回落跡象，如英飛凌的IGBT交期長(zhǎng)達(dá)39周－50周，ST的IGBT交期為36周－42周，仙童（被安森美收購(gòu)）的IGBT交期為26周－52周，動(dòng)輒四五十周的交期，和常態(tài)下IGBT芯片7－8周的交期相差甚遠(yuǎn)。

近年來(lái)，我國(guó)不斷推行碳中和政策，受碳中和的節(jié)能減排目標(biāo)影響，能源生產(chǎn)方面的光伏、風(fēng)電等領(lǐng)域市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，從能源消費(fèi)等領(lǐng)域來(lái)看，新能源汽車(chē)、電氣化鐵路、節(jié)能家電等方面市場(chǎng)也在不斷走高，而這些領(lǐng)域全都離不開(kāi)IGBT。

在這種情況下，IGBT發(fā)展前景一片大好，需求不斷擴(kuò)大，但有很多朋友可能還是不夠了解IGBT，那么今天芯世相就給大家科普一下IGBT，閱讀這篇文章，你會(huì)了解到：

IGBT是何方神圣？

國(guó)內(nèi)外IGBT廠商的對(duì)比

制約國(guó)內(nèi)IGBT廠商發(fā)展的因素

01

IGBT是何方神圣？

IGBT是一種功率半導(dǎo)體器件，它的中文名叫“絕緣柵雙極晶體管”，是由BJT（雙極結(jié)型晶體管）和MOSFET（絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管）組成的。IGBT按封裝劃分可以分為單管分立器件、IGBT模塊、IPM。通常市場(chǎng)上的IGBT指的是IGBT模塊，也就是由IGBT和FWD通過(guò)特定電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品，也是我們本文主要探討的內(nèi)容。

相信很多朋友看到這已經(jīng)懵了，但通俗的講，其實(shí)可以將IGBT理解成一個(gè)開(kāi)關(guān)，通過(guò)不斷的通斷讓交流電與直流電可以相互轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)電力電子裝置運(yùn)行，具有節(jié)約能源的特點(diǎn)，俗稱電力電子裝置的“CPU”。在交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域都能看見(jiàn)它的身影。

根據(jù)工作環(huán)境的電壓不同，IGBT可以分為低壓（600V以下）、中壓（600V－1200V）、高壓（1700V－6500V）。

一般低壓IGBT常用于變頻白電、新能源汽車(chē)零部件等領(lǐng)域；中壓IGBT常用于工業(yè)控制、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域；高壓IGBT常用于軌道交通、電網(wǎng)等領(lǐng)域。

就我國(guó)來(lái)說(shuō)，IGBT的下游應(yīng)用市場(chǎng)中新能源汽車(chē)占比最大（市場(chǎng)占比為30％）；之后是工業(yè)控制（市場(chǎng)占比為27％）、消費(fèi)電子（市場(chǎng)占比為22％）。

但目前IGBT主流器件市場(chǎng)上，大部分IGBT都依賴進(jìn)口，基本被如英飛凌、富士電機(jī)等國(guó)外歐美、日本企業(yè)壟斷，從全球市場(chǎng)份額來(lái)看，2020年全球前十IGBT廠商大多數(shù)為國(guó)外企業(yè)，而中國(guó)僅有斯達(dá)半導(dǎo)體一家上榜。

排名前十的公司分別為英飛凌（市場(chǎng)占比36．5％）、富士電機(jī)（市場(chǎng)占比11．4％）、三菱電機(jī)（市場(chǎng)占比9．7％）、Semikron（市場(chǎng)占比5．8％）、Vincotech（三菱電機(jī)控股，市場(chǎng)占比3．3％）、斯達(dá)半導(dǎo)體（市場(chǎng)占比2．8％）、日立（市場(chǎng)占比2．7％）、Danfoss（市場(chǎng)占比2．5％）、ABB（市場(chǎng)占比2．3％）、Bosch（市場(chǎng)占比2．1％），我國(guó)IGBT的發(fā)展進(jìn)程雖然不如國(guó)外，但我國(guó)的IGBT市場(chǎng)還是有很大前景。

從上圖看出2010年時(shí)，全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模為210．4億元，我國(guó)僅有50．5億元，但在2018年時(shí)，全球IGBT規(guī)模為408．5億元，而我國(guó)已經(jīng)達(dá)到261．9億元，中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模同期增速為18．2％。

金智創(chuàng)新預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年我國(guó)的IGBT市場(chǎng)需求占比將從2019年不到35％提升到2025年的50％或以上，巨大的需求將為我國(guó)IGBT廠商提供良好的機(jī)會(huì)，但目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)IGBT廠商相比國(guó)外IGBT廠商，仍有不小差距。

02

國(guó)內(nèi)外IGBT廠商的對(duì)比

國(guó)內(nèi)廠商和國(guó)外廠商存在差距的原因主要是因?yàn)閲?guó)外廠商成立時(shí)間早，技術(shù)領(lǐng)先、產(chǎn)品成熟、市場(chǎng)占比大、利潤(rùn)高、用戶反饋豐富，自然有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

比如富士電機(jī)成立于1923年，三菱電機(jī)成立于1921年，英飛凌雖然成立于1999年，但它脫胎于西門(mén)子集團(tuán)的半導(dǎo)體事業(yè)部，在成立之前就積累了許多的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

再反觀幾大國(guó)內(nèi)廠商，比亞迪半導(dǎo)體成立于2004年、中車(chē)時(shí)代成立于2005年、士蘭微成立于1997年、華微電子成立于1999年，整體入局較晚，無(wú)論是技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)，還是用戶反饋，相比國(guó)外都有不足，這么一看，國(guó)產(chǎn)IGBT廠商確實(shí)有點(diǎn)難：

1．設(shè)計(jì)難

2．生產(chǎn)線難

3．制造難

4．工藝難

5．下游認(rèn)證周期長(zhǎng)，門(mén)檻高

首先說(shuō)說(shuō)IGBT的設(shè)計(jì)，這是IGBT生產(chǎn)中極為重要的一環(huán)，前文提到過(guò)，IGBT就是將BJT和MOSFET組合成的新器件，按理說(shuō)應(yīng)該不難才對(duì)，但事實(shí)并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。

很多朋友表示，這個(gè)電路只要有一些基礎(chǔ)，就很容易看懂，但是具體操作起來(lái)，卻有著很高的難度。

因?yàn)镮GBE需要工作在大電流、高電壓、高頻率的工作環(huán)境中，因此進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)時(shí)的具體參數(shù)十分復(fù)雜，對(duì)技術(shù)水平有很高的要求。

第二點(diǎn)就是生產(chǎn)線的問(wèn)題，IGBT的主流生產(chǎn)線是8英寸和12英寸，像英飛凌等國(guó)外大廠，早就已經(jīng)有了12英寸生產(chǎn)線，但我國(guó)早期多數(shù)IGBT生產(chǎn)線還停留在6英寸和8英寸，導(dǎo)致單位芯片制造成本高，產(chǎn)出芯片少。不過(guò)目前士蘭微等許多企業(yè)也已經(jīng)建立了12英寸生產(chǎn)線，情況已經(jīng)要好轉(zhuǎn)許多。

第三點(diǎn)就是IGBT的制造方面，IGBT分為IDM模式（有晶圓廠）和Fabless模式（無(wú)晶圓廠），其中國(guó)外大廠主要以IDM模式為主，如英飛凌、三菱電機(jī)等，有自己有生產(chǎn)線，產(chǎn)能自己說(shuō)了算，工藝自己方便調(diào)整，最核心的技術(shù)都在自己手里，自給自足。目前國(guó)內(nèi)能把IGBT芯片的IDM模式做好的，主要有比亞迪半導(dǎo)體、株洲中車(chē)時(shí)代等廠商。

第四點(diǎn)是工藝難，IGBT對(duì)背面工藝和減薄工藝要求很高，但對(duì)多數(shù)國(guó)內(nèi)企業(yè)來(lái)說(shuō)，這兩項(xiàng)工藝和英飛凌等國(guó)外大廠相比仍比較落后。

第五點(diǎn)，是因?yàn)镮GBT芯片屬于電力電子核心器件，本身就有很高的門(mén)檻，因此下游廠商在采購(gòu)時(shí)，也會(huì)經(jīng)過(guò)多重測(cè)試環(huán)節(jié)，才敢大批量投入，因此下游的認(rèn)證周期本身就很長(zhǎng)。

而IGBT廠商本就不多，老牌廠商和下游長(zhǎng)期合作，尤其是國(guó)外IGBT大廠和部分國(guó)內(nèi)IGBT廠商，已經(jīng)和客戶建立了一定的信任基礎(chǔ)，此時(shí)國(guó)內(nèi)新玩家入場(chǎng)，很難短時(shí)間內(nèi)贏得客戶信任，因此就算大廠缺貨，下游也不敢輕易使用替換，所以IGBT市場(chǎng)門(mén)檻高、替換難，也在一定程度上制約了國(guó)內(nèi)IGBT的發(fā)展。

03

國(guó)產(chǎn)IGBT“芯”機(jī)會(huì)

在以前，國(guó)內(nèi)終端企業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片替代的意愿并不強(qiáng)，但隨著中美貿(mào)易摩擦的不斷加劇，國(guó)內(nèi)終端們開(kāi)始主動(dòng)嘗試芯片國(guó)產(chǎn)替代，為IGBT在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)芯片的發(fā)展打開(kāi)了切口。

要知道過(guò)去90％以上IGBT器件都依賴進(jìn)口，尤其是3300V以上高電壓等級(jí)的IGBT更是長(zhǎng)期由少數(shù)國(guó)外半導(dǎo)體廠商壟斷，一旦我們被國(guó)外IGBT“卡脖子”，對(duì)我國(guó)的IGBT下游應(yīng)用端將造成嚴(yán)重的影響，因此為了實(shí)現(xiàn)IGBT的自主可控，中國(guó)的IGBT發(fā)展勢(shì)在必行。

而且中國(guó)IGBT的發(fā)展還有著很客觀前景，《全球新能源汽車(chē)市場(chǎng)中長(zhǎng)期發(fā)展展望（2025）》顯示，2019年中國(guó)新能源汽車(chē)銷量達(dá)109萬(wàn)輛，占全球新能源汽車(chē)銷量的49．3％，預(yù)計(jì)2025年中國(guó)新能源汽車(chē)銷量約達(dá)到550萬(wàn)輛左右。

而一輛新能源汽車(chē)一般需要多個(gè)IGBT模塊，約占整車(chē)成本的7％－10％，因此，隨著新能源汽車(chē)需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)，IGBT模塊也會(huì)也會(huì)迎來(lái)巨大的市場(chǎng)。

其次在光伏領(lǐng)域，近年來(lái)，國(guó)家倡導(dǎo)節(jié)能減排，支持“碳中和”概念，國(guó)內(nèi)光伏逆變器廠商在過(guò)去幾年內(nèi)增長(zhǎng)迅速，2017年時(shí)，中國(guó)逆變器的出貨量?jī)H有10GW，但中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)2022年中國(guó)逆變器的出貨量將達(dá)到173GW之多。

而IGBT是逆變器的核心器件之一，占整體逆變器價(jià)值量的20％—30％，這意味著IGBT的需求只會(huì)越來(lái)越大，是國(guó)產(chǎn)IGBT的新增進(jìn)點(diǎn)。

第二個(gè)機(jī)會(huì)點(diǎn)是因?yàn)槭袌?chǎng)上IGBT缺貨情況嚴(yán)重，前文已經(jīng)提到國(guó)外IGBT大廠交期動(dòng)輒四五十周的交期，和常態(tài)下IGBT芯片7－8周的交期相差甚遠(yuǎn)，供給嚴(yán)重不足的情況下，對(duì)于國(guó)產(chǎn)廠商來(lái)說(shuō)，就到了攻市占，拼技術(shù)的重要時(shí)刻，網(wǎng)上關(guān)于IGBT國(guó)產(chǎn)替代的話題也逐漸火熱了起來(lái)。

國(guó)家也對(duì)此進(jìn)行了布局，將IGBT列為國(guó)家16個(gè)重大技術(shù)突破專項(xiàng)中的第二位，簡(jiǎn)稱“02專項(xiàng)”，前段時(shí)間，國(guó)家電網(wǎng)的IGBT也有了新突破，為我國(guó)的IGBT發(fā)展吹響了“沖鋒號(hào)”。

“10月30日22時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)自主研發(fā)生產(chǎn)的3300伏IGBT器件經(jīng)過(guò)連續(xù)兩天2次12小時(shí)40萬(wàn)千瓦功率大負(fù)荷連續(xù)試運(yùn)行，在福建廈門(mén)柔直鷺島換流站完成調(diào)試！這標(biāo)志著我國(guó)已完全掌握IGBT器件設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、應(yīng)用等核心技術(shù)，打破了國(guó)外廠家對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，解決了電網(wǎng)核心功率期間卡脖子問(wèn)題，具有里程碑意義?！薄娋W(wǎng)頭條

縱觀現(xiàn)在的國(guó)內(nèi)IGBT市場(chǎng)，有不斷入局的國(guó)產(chǎn)廠商，積極研發(fā)的國(guó)家電網(wǎng)，前景大好的新能源汽車(chē)，大勢(shì)所趨的碳中和，現(xiàn)貨緊缺的芯片市場(chǎng)……總的來(lái)說(shuō)，發(fā)展國(guó)內(nèi)IGBT，是一條前景無(wú)限好的道路。

但這條路，注定是充滿荊棘的。

參考資料：

【1】《IGBT！國(guó)家電網(wǎng)做到了！》電網(wǎng)頭條，2021

【2】《盤(pán)點(diǎn)國(guó)內(nèi)IGBT企業(yè)，23家！》，旺財(cái)芯片，2021

【3】《IGBT的發(fā)展為什么這么難？》，科創(chuàng)之道，2020

【4】《IGBT國(guó)內(nèi)替代國(guó)外》，ittbank，2020