电力电子|一文看懂全球IGBT产业链（附中国IGBT设计制造企业）
电力电子|一文看懂全球IGBT产业链（附中国IGBT设计制造企业）
IGBT是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品，具有高频率、高电压、大电流，易于开关等优良性能，被业界誉为功率变流装置的“CPU”，广泛应用于轨道交通、航空航天、船舶驱动、智能电网、新能源、交流变频、风力发电、电机传动、汽车等强电控制等产业领域。随着以轨道交通为代表的新兴市场兴起，中国已经成为全球IGBT最大需求市场。
IGBT按电压分布应用领域
来源：SITRI产业研究搜集整理
IGBT技术发展史
从上世纪80年代至今，IGBT经历了七代技术的发展演变，这个过程是很艰苦的，面对的是大量的结构设计调整和工艺上的难题。
IGBT从第一代到第七代的演变发展进程
IGBT技术发展历史
来源：内部资料
回顾IGBT的发展历程，其主要从三方面发展演变：
（1）器件纵向结构：非穿通型(NPT)结构→拥有缓冲层的穿通型(PT)结构→场终止型（FS）、软穿通型（SPT）结构
（2）栅极结构：平面栅结构→垂直于芯片表面的沟槽型结构
（3）硅片的加工工艺：外延生长技术→区熔硅单晶
纵观全球市场，IGBT主要供应厂商基本是欧美及日本几家公司，它们代表着目前IGBT技术的最高水平，包括德国英飞凌、瑞士ABB、德国赛米控、安森美以及日本三菱、东芝、富士等公司。其IGBT技术基本发展到第七代技术产品，IGBT产品覆盖了600-6500V/2-3600A全线产品。在高电压等级领域（3300V以上）更是完全由英飞凌、ABB、三菱三大公司所控制，在大功率沟槽技术方面，英飞凌与三菱公司处于国际领先水平。
国外IGBT产业链主要厂商
英飞凌
英飞凌(Infineon)科技公司前身是西门子集团的半导体部门，于1999年4月1日在德国慕尼黑正式成立，2000年上市，2002年后更名为英飞凌科技公司（以下简称英飞凌）。
英飞凌的技术源于西门子半导体，而西门子在全球功率半导体发展过程中起着重要的推动作用。英飞凌目前为世界上第三大IGBT生产商及唯一拥有8inIGBT器件生产线的厂家，且其技术已发展到12in。作为少数几家掌握IGBT芯片核心技术的公司，其IGBT芯片产量居全球首位，一些电力半导体厂家均从英飞凌购买IGBT芯片用于封装IGBT模块。英飞凌的超薄IGBT芯片加工技术对其他厂家也是一个巨大的技术挑战。在全球功率半导体市场，英飞凌连续9年名列榜首。
1995年英飞凌以西门子半导体事业部的“身份”正式进入中国市场。自从1996年在江苏无锡建立第一家企业以来，英飞凌在中国的业务迅速发展，IGBT模块在中国工业应用领域的市场份额遥居第一位，其中，通用变频器超过55%；中高压变频器超过80%；逆变电焊机超过50%；感应加热超过80%；运输领域超过70％。经过了中国客户十多年的反复选择与考验，英飞凌IGBT模块确立了在中国市场的主导地位。
三菱电机
三菱电机(Mitsubishi Electric)隶属于日本三菱企业集团，总部设在日本东京，创建于1921年，是一家具有90多年历史的企业。
三菱电机在IGBT器件技术上不断创新，到2009年已经推出了第六代IGBT产品。三菱电机把主要资源集中在I GBT模块和智能功率模块(IPM)的生产上，其功率模块主要应用于工业、家电、电力机车以及电力行业的变频器上，这几个行业在全球都有着长期、稳定的增长。三菱电机的功率模块也应用于电动和混动汽车等快速发展的领域。在功率模块市场上，三菱电机的销售增长率超过全球市场的平均增长水平。
三菱电机（中国）有限公司成立于1997年10月，截止于2012年11月，三菱电机在中国的合资、独资企业已达34家，业务涉及汽车零部件、半导体等电子器件领域，以及输变电设备、电梯、铁道车辆用电机品、工业自动化设备、家用电器等广泛领域内。三菱电机占据2012年中国IGBT芯片市场份额的5.6%，排位第6。
赛米控
赛米控是全球功率模块与系统的领先制造商之一。其产品构成现代能源高效电机驱动和工业自动化系统的核心。其他应用领域包括电源、可再生能源(风能与太阳能)和公用车辆。赛米控的创新型电力电子产品为客户开发出结构更紧凑、更增效节能的电力电子系统。这些系统也相应地减少了全球的能源需求。
赛米控是创建于1951年的家族式企业，总部位于德国纽伦堡。如今在全球拥有30个子公司，雇员已超过2800人。是二极管/晶闸管市场的领导者，占有全球34%的份额，拥有两万一千多种不同的功率半导体器件，产品涵盖了芯片、分离二极管/晶闸管、功率模块(IGBT/MOSFET/二极管/晶闸管)、驱动电路、保护元件以及集成电子系统。全球运营公司网络分别位于巴西、中国、法国、德国、印度、意大利、韩国、斯洛伐克、南非及美国，保证为客户提供快速、全面的服务。SindoPower作为赛米控集团的子公司为全球客户提供B2B电力电子在线门户网站，多语言销售与技术支持，以及电子商务。
富士电机
富士电机(Fuji Electric)有限公司（以下简称富土电机）成立于1923年8月，部位于日本神奈川县，距今有90多年历史，是日本最大的综合机电产品制造企业之一。
富士电机目前是世界第二大IGBT器件制造商。在1987年就成为松下电磁炉的首个IGBT供应商，为丰田混合动力车提供IGBT器件使其又成为世界上最早进入汽车领域的IGBT供应商。富士还是日立的IGBT芯片供应商。富土在IGBT器件上积累了20多年的研发经验，拥有全世界最多的IGBT器件方面的技术专利，总数达500件。
富士电机与中国市场已有40多年的联系。1993年，富士电机在中国大陆建立了第一个生产基地一——大连富士马达有限公司；2006年，富士电机在浙江大学设立了研发中心，并于2010年成立了“浙江大学富士电机创新中心”。迄今，富士电机在中国已拥有25家企业。2012年，富士电机占据中国IGB’I’芯片市场份额的6.4%，排位第五。
国内IGBT技术进展
近几年国内IGBT技术发展也比较快，国外厂商垄断状况逐渐被打破，已取得一定的突破。主要亮点有：
中车集团的株洲时代电气已建成全球第二条、国内首条8英寸IGBT芯片专业生产线，具备年产12万片芯片、并配套形成年产100万只IGBT模块的自动化封装测试能力，芯片与模块电压范围实现从650V到6500V的全覆盖。
中车集团的西安永电电气有限责任公司生产的6500V/600A IGBT功率模块已成功下线，使其成为全球第四个、国内第一个能够封装6500V以上电压等级IGBT的厂家。
上海北车永电电子科技有限公司与上海先进半导体制造股份有限公司联合开发的国内首个具有完全知识产权的6500V高铁机车用IGBT芯片通过高铁系统上车试验，实现产品化应用，技术达到世界先进水平，标志着国内机车用高压、大电流6500V IGBT芯片设计、芯片工艺研发制造技术的重大突破，特别是攻克了6500V IGBT关断安全工作区，短路工作区等关键技术瓶颈。
华润上华和华虹宏力基于6英寸和8英寸的平面型和沟槽型1700V、2500V和3300V IGBT芯片已进入量产。
深圳比亚迪微电子有限公司、国家电网与上海先进半导体制造股份有限公司建立战略产业联盟，将具有自主知识产权的IGBT核心关键技术和半导体芯片制造技术进行“强强联合”，共同打造IGBT国产化产业链。2015年8月，上海先进半导体正式进入比亚迪新能源汽车用IGBT的供应链。
2015年底，中车株洲所旗下时代电气公司与北汽集团旗下的北汽新能源签署协议，全面启动汽车级IGBT、电机驱动系统等业务的合作，并宣布未来共同打造自主新能源汽车品牌。这被业界视为高铁技术与汽车行业的一次深度“联姻”，有望推动IGBT等汽车半导体产业的国产化进程。
国内IGBT产业链主要厂商
我国的IGBT厂商主要包含IDM厂商株洲中车时代电气、深圳比亚迪、杭州士兰微、吉林华微、中航微电子、中环股份等；模组厂商西安永电、西安爱帕克、威海新佳、江苏宏微、嘉兴斯达、南京银茂、深圳比亚迪等；芯片设计厂商中科君芯、西安芯派、宁波达新、无锡同方微、无锡新洁能、山东科达等；芯片制造厂商华虹宏力、上海先进、深圳方正微、中芯国际、华润上华等。
中车时代电气
株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车旗下股份制企业，其前身及母公司——中车株洲电力机车研究所有限公司创立于1959年，其现已形成了集IGBT产品设计、芯片制造等成套技术研究、开发、集成于一体的大功率IGBT产业化基地。
2008年，中车时代电气（当时名为“南车时代电气”）收购全球IBGT厂商丹尼斯，2009年建成国内首条高压IGBT模块封装线，自2010年开始着手筹建国内首条专注于IGBT芯片的先进生产线。目前，中车时代电气IGBT产品已从650V覆盖至6500V，并批量应用于高铁、电网、电动汽车、风电等领域，2017年其高压IGBT模块在电力系统收获订单，并成功研制世界最大容量压接型IGBT。
比亚迪微电子
2003年，比亚迪成立深圳比亚迪微电子有限公司（即其“第六事业部”），致力于集成电路及功率器件的开发并提**品应用的整套解决方案，其IGBT的研发制造主要由比亚迪微电子负责。2005年，比亚迪正式组建IGBT研发团队，并于2007年建立IGBT模块生产线，完成首款电动汽车IGBT模块样品组装。
目前，比亚迪已相继掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造、大功率器件测试应用平台、电源及电控等环节，拥有IGBT完整产业链。2018年底，比亚迪正式发布其自研车规级IGBT 4.0技术。全球市场研究机构集邦咨询报告指出，比亚迪微电子凭借拥有终端的优势，在车用IGBT市场快速崛起，取得中国车用IGBT市场超过两成的市占率，一跃成为中国销售额前三的IGBT供应商。
士兰微
杭州士兰微电子股份有限公司成立于1997年，从集成电路芯片设计业务开始，逐步搭建了特色工艺的芯片制造平台，并已将技术和制造平台延伸至功率器件、功率模块和MEMS传感器的封装领域，建立了较为完善的IDM经营模式。
目前，士兰微5英寸、6英寸芯片生产线已稳定运行，8英寸芯片生产线也顺利投产，陆续完成了高压BCD、超薄片槽栅IGBT、超结高压MOSFET、高密度沟槽栅 MOSFET、快回复二极管、MEMS传感器等工艺的研发。今年4月，士兰微推出了应用于家用电磁炉的1350V RC-IGBT系列产品，据悉其所开发的IGBT已在多个领域通过了客户的严格测试并导入量产。
华微电子
吉林华微电子股份有限公司成立于1999年，集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试及产品营销为一体，官网信息显示其拥有4英寸、5英寸与6英寸等多条功率半导体分立器件及IC芯片生产线，芯片加工能力为每年400万片，封装资源为24亿只/年，模块360万块/年。
华微电子主要生产功率半导体器件及IC，目前已形成IGBT、MOSFET、SCR、SBD、IPM、FRD、BJT等为营销主线的系列产品，其650V~1200V的Trench-FS IGBT平台产品已通过客户验证。今年4月，华微电子拟募投8英寸生产线项目，600V-1700V各种电压、电流等级IGBT芯片是该项目的重点之一。
华润微
华润微电子（重庆）有限公司，即原中航（重庆）微电子有限公司，集半导体设计、研发、制造与服务一体化，以功率半导体器件、功率/模拟集成电路为产业基础，面向工业电子、消费电子、汽车电子、5G通讯市场。具备功率器件、GaN、MEMS传感器等技术开发和制造平台。
重庆华润微拥有国内第一条全内资8英寸专注功率器件晶圆生产线，月产能5.1万片，工艺能力0.18微米，以及一条8英寸特种工艺生产线。目前该公司已启动12英寸晶圆生产线及相关配套封测线建设规划，主要生产MOSFET、IGBT、电源管理芯片等功率半导体产品。
台基股份
湖北台基半导体股份有限公司成立于2004年，是是国内大功率半导体器件领域为数不多的掌握前道（扩散）技术、中道（芯片制成）技术、后道（封装测试）技术，并掌握大功率半导体器件设计、制造核心技术并形成规模化生产的企业。
台基股份主营产品为功率晶闸管、整流管、IGBT 模块、电力半导体模块等功率半导体器件，其早于5年前开始了IGBT模块的研发，目前基本具备IGBT设计、封装测试的能力。近期，台基股份定增募投“新型高功率半导体器件产业升级项目”，其中包含了月产4万只IGBT模块(兼容MOSFET等)封测线。
扬杰科技
扬州扬杰电子科技股份有限公司成立于2006年8月，致力于功率半导体芯片及器件制造、集成电路封装测试等领域的产业发展，主营产品为各类电力电子器件芯片、功率二极管、整流桥、大功率模块、DFN/QFN产品、SGT MOS及碳化硅SBD、碳化硅JBS等。
据了解，在IGBT方面扬杰科技于2018年3月控股了一条位于宜兴的6英寸晶圆线，目前该生产线已经量产IGBT芯片，主要应用于电磁炉等小家电领域。扬杰科技在互动平台上表示，2018年度，公司IGBT芯片实际产出近6000片。
科达半导体
科达半导体有限公司成立于2007年，是由科达集团投资成立的高新技术企业，主要从事IGBT、FRD、MOSFET等新型功率半导体器件（电力电子器件）的设计、生产和销售，在深圳、浙江、山东等地区均设有销售中心。
科达半导体官方介绍，其拥有功率器件设计中心、性能测试实验室和可靠性实验室以及省级设计中心，省级功率半导体工程中心，在IGBT、FRD、MOSFET等多个产品领域开发出拥有自主知识产权的多种规格产品，其中1200V IGBT被国家科技部列为国家重点新产品，产品广泛应用于电磁炉、小功率变频器、逆变焊机、无刷马达控制器、UPS等领域。
类型 | 厂商 | 概况 | 实力 |
设计 | 中科君芯 | 成立于2011年，中外合资，专注研发IGBT、FRD等新型电力电子芯片。 | 国内率先开发出沟槽栅场截止型技术并真正实现量产，公司推出的IGBT芯片、单管和模块产品从600V至6500V已批量应用于感应加热、逆变焊机、工业变频、新能源等领域，并得到客户的广泛认可。 |
达新半导体 | 成立于2013年，中外合资，以海归博士为主，从事IGBT、MOSFET、FRD等功率半导体芯片与器件的设计、制造和销售 | 在8英寸和6英寸晶圆制造平台上同时开发成功平面型NPT、平面型FS、沟槽型NPT、沟槽型FS等IGBT芯片技术，能够制造从600V至1700V， 可满足大部分应用领域的IGBT芯片产品。 | |
紫光微电子 | 成立于2006年，由紫光同芯微电子有限公司投资，专注于先进半导体功率器件和集成电路的设计研发、芯片加工、封装测试及产品销售。 | 其IGBT使用NPT（非穿通型）和沟槽型FS（场终止型）IGBT技术为大功率应用客户提供优质可靠的系统解决方案。 | |
无锡新洁能 | 成立于2013年，主营业务为MOSFET、IGBT等半导体功率器件的研发设计及销售。 | 产品包括12V~200V沟槽型功率MOSFET（N沟道和P沟道）、30V~300V屏蔽栅功率MOSFET（N沟道和P沟道）、500V~900V超结功率MOSFET、600V~1350V沟槽栅场截止型IGBT，相关核心技术已获得多项专利授权，四大系列产品均获得江苏省高新技术产品认定。 | |
芯派科技 | 成立于2008年，产品包含低压至高压全系列MOSFET、IGBT、二极管、桥堆以及电源管理IC等。总部位于西安，拥有省级重点实验室西安半导体功率器件测试应用中心。 | 自2016年研发出应用于1200V/900V/650V的IGBT功率器件，产品性能指标达到和国外同类产品的技术性能。目前其600V/1200V FS系列IGBT产品在工业类电源中批量使用，450V的IGBT产品适用于闪光灯应用与点火应用，NPT工艺的1200V/3300V IGBT系列产品适用于汽车行业。 | |
制造 | 华虹宏力 | 由原上海华虹NEC电子有限公司和上海宏力半导体制造有限公司新设合并而成，是全球首家提供场截止型绝缘栅双极型晶体管（FS IGBT）量产技术的8英寸集成电路芯片制造厂。 | 自2011年起就已成功量产了1200V非穿通型（NPT）IGBT；2013年600V-1200V FS IGBT实现量产，随后与多家合作单位陆续推出了600V、1200V、1700V等IGBT器件工艺，成功解决了IGBT的关键工艺问题，包括硅片翘曲及背面工艺能力等。 |
上海先进（积塔半导体） | 前身为1988年由中荷合资成立的上海飞利浦半导体公司，拥有5英寸、6英寸、8英寸晶圆生产线，自2004年开始提供IGBT国内、外代工业务。 | 2008年在国内建立IGBT背面工艺线，具备IGBT正面、背面、测试等完整的IGBT工艺能力，其6英寸晶圆厂专注于平面IGBT和FRD工艺平台，电压覆盖1200V~6500V，8英寸晶圆厂专注于Trench Field Stop IGBT工艺平台，电压覆盖450V~1700V。 | |
中芯国际 | 中国内地技术最全面、配套最完善、规模最大、跨国经营的集成电路制造企业，提供0.35微米到28纳米8寸和12寸芯片代工与技术服务。 | 2015年开始建立IGBT平台，着眼于最新一代场截止型IGBT结构，采用业界最先进及主流的背面加工工艺，包括Taiko背面减薄工艺、湿法刻蚀工艺、离子注入、背面激光退火及背面金属沉积工艺等，已完成整套深沟槽+薄片+场截止技术工艺的自主研发，并相应推出600V~1200V等器件工艺，技术参数可达到业界领先水平。 | |
方正微电子 | 成立于2003年，由方正集团联合其他投资者共同创办，专注于为客户提供功率分立器件和功率集成电路等领域的晶圆制造技术。 | 拥有两条6英寸晶圆生产线，月产能达6万片，产能规模居国内6英寸线前列。IGBT方面目前支持430V、600V Trench PT IGBT以及1200V、1700V Planar NPT IGBT等工艺及时。 | |
华润上华 | 隶属于华润集团旗下负责半导体业务的华润微电子有限公司。华润上华向客户提供广泛的晶圆制造技术，包括MOSFET、IGBT、SOI、MEMS等标准工艺及一系列客制化工艺平台。 | 拥有国内最大的6英寸代工线和一条8英寸代工线，6英寸月产能逾11万片，八英寸生产线目前月产能已达3.5万片，未来整体月产能规划为6万片，制程技术将提升至0.11微米。IGBT方面，华润上华于2012年已宣布开发完成600V和1700V Planar NPT IGBT以及600V Trench PT IGBT工艺平台。 | |
模组 | 斯达半导体 | 成立于2005年，专业功率半导体元器件尤其是IGBT模块研发、生产和销售服务的国家级高新技术企业。 | 已开发出平面栅NPT型1200V全系列IGBT芯片和沟槽栅场中止650V、750V、1200V及1700V全系列IGBT芯片，产品销量在全球前十名。 |
芯能半导体 | 成立于2013年，致力于IGBT芯片、IGBT驱动芯片以及大功率智能功率模块的研发、应用和销售。 | 聚焦600V和1200V中小功率IGBT产品，IGBT单管、IPM、IGBT模块和HVIC四个领域都有完善的产品序列，产品性能国内领先，广泛应用于工业变频器、伺服驱动器、变频家电、电磁炉、工业电源、逆变焊机等领域 | |
西安永电 | 成立于2005年，是中车永济电机有限公司全资控股的专门从事电力电子产品的研发、生产、销售、服务的高技术企业。 | 产品包括IGBT模块、IPM模块、整流管、晶闸管、组合元件等电力半导体器件，以及变流器、功率模块、城轨地面整流装置、地铁单向导通装置、充电机等装置。6500V/600A、3300V/1200A和1700V/1200AIGBT模块三种产品技术参数整体达到国际先进水平，其中6500V/600A产品指标达到国内水平。 | |
宏微科技 | 成立于2006年8月，业务范围包括设计、研发、生产和销售新型电力半导体芯片、分立器件及模块，如FRED、VDMOS、IGBT芯片、分立器件、标准模块及用户定制模块。 | 2018年，宏微科技与北汽新能源成立宏微－北汽新能源IGBT联合实验室，计划从芯片设计到模块设计与封装再到电机控制器设计与生产，联合打造电机控制器产业链。宏微科技年报显示，2018年其电动汽车用IGBT模块在SVG行业应用中逐步放量，同时客户定制化产品也开始批量销售。 | |
威海新佳 | 成立于2004年，专业从事新型电力电子器件及其应用整机产品设计、研发、生产、销售的国家高新技术企业。 | 是IGBT国家标准和交流固态继电器行业标准起草单位之一，建有“国家高技术产业化示范工程”IGBT生产线、山东省电力电子器件工程技术研究中心，并先后承担过国家发改委新型电力电子器件产业化专项项目、工信部电子发展基金项目等多项国家和省部级项目。 | |
银茂微电子 | 成立于2007年，是江苏银茂（控股）集团有限公司控股公司，专注于工业和其他应用的功率IGBT和MOSFET模块产品的设计和制造。 | 具备年产通用功率模块65万件和高压大功率模块10万件以上的生产能力，是目前国内最大的电力电子功率模块生产基地之一。 |
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