电的发现是人类历史的革命,由它产生的动能每天都在源源不断的释放,人对电的需求不亚于人类世界的氧气,如果没有电,人类的文明还会在黑暗中探索。
然而在电力电子里面,最重要的一个元件就是IGBT。没有IGBT就不会有高铁的便捷生活。 IGBT是国际上公认的电力子技术第三次革命具代表性的产品,是工业控制和自动化领域的核心器件。 IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor),由 BJT(双极结型晶体三极管) 和 MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征简单讲是一个非通即断的开关。
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1691426468628_g7mgs7.jpg?imageView2/0)
IGBT兼具BJT和MOSFET两者的优点既有MOSFET 的开关速度高输入阻抗高控制功率小驱动电路简单开关损耗小的优点又有BJT 导通电压低通态电流大损耗小的优点因而是电力电子领域较为理想的开关器件是未来应用发展的主要方向
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1691426472626_ncnhkk.jpg?imageView2/0)
现在的新能源汽车很火新基建的航空航天也很重要变频家电越来越普及这些领域都离不开IGBT 模块的应用。
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1691426471294_6evifl.jpg?imageView2/0)
IGBT市场竞争格局较为集中,主要竞争者包括英飞凌、三菱、富士电机、安森美、瑞士ABB等
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1691426470486_os5bdi.jpg?imageView2/0)
国内企业产业化起步较晚,IGBT模块至今仍几乎全部依赖进口,市场主要由欧洲、日本及美国企业占领。 相比排名第一的英飞凌22.4%的市场份额,斯达半导体占全球市场份额比率约为2.2%,差距还是比较大。
如果要实现国产替代,那么这个想象空间是否够大?
国产替代空间广阔。目前国内IGBT模块打入全球前10的只有斯达半导,但也仅仅是占全球IGBT模块市场份额2.2%,由于IGBT的下游应用新能源车、光伏、风电等这些新兴领域,我国在世界上的话语权高于过去的传统燃油车领域和工控领域,因此在IGBT的增量空间中有一半以上需求都在中国,未来几年我国的IGBT市场需求占比将从2019年不35%提升到2025年的50%或以上。
目前,IGBT国产化已成为国家关键半导体器件的发展重点之一,IGBT也被列为国家“02专项”的重点扶持项目,相关产业进入高速发展阶段。
同时,广阔的IGBT市场中也涌现出一批包括中车时代电气、比亚迪、斯达半导等在内的掌握IGBT核心技术的企业,在产业政策和市场需求的驱动下,IGBT国产化进程加速启动
根据博思数据研究中心的统计,2020年全球IGBT市场规模将达57.67亿美元,同比增长6.40%,并且未来市场规模有望保持稳定增长。根据中国产业信息网的数据,2018年中国 IGBT市场规模为161.9亿元,同比增长22.19%,增速显著高于全球水平。
在国际节能环保的大趋势下,IGBT下游的新能源汽车、变频家电、新能源发电等领域发展迅速,对IGBT模块需求逐步扩大,新兴行业的加速发展将持续推动IGBT市场的高速增长。 以新能源汽车为例:2019年全球每卖出40台汽车,其中就有1台新能源汽车,新能源汽车取代燃油汽车,这点大家应该是无异议的,那么IGBT作为其核心零部件,需求量提升那就是板上钉钉的事情。 IGBT的产业链包括了上游的IC设计,中游的制造和封装,下游则包括了工控、新能源、家电、电气高铁等领域;IGBT企业有三种业务模式:
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1691426468959_82xayc.jpg?imageView2/0)
IDM:IDM模式即垂直整合制造商,是指包含电路设计、晶圆制造、封装测试以及投向消费市场全环节业务的企业模式,IGBT芯片、快恢复二极管芯片设计只是其中的一个部门,同时企业拥有自己的晶圆厂、封装厂和测试厂。该模式对企业技术、资金和市场份额要求极高,目前仅有英飞凌、三菱等少数国际巨头采用此模式;
Fabless模式:Fabless是指"没有制造业务、只专注于设计"的集成电路设计的一种运作模式,即企业自身专注于芯片设计,而将芯片制造外协给代工厂商生产制造的模式,而芯片代工厂商负责采购硅片和加工生产。Fabless模式的企业无需投资建立晶圆制造生产线,减小了投资风险,能够快速开发出终端需要的芯片。
模组:如丹佛斯、赛米控等;
国外巨头大多数均采用IDM模式,而国内典型公司如斯达半导采用的Fabless+模组的模式:Fabless的模式在中国比较流行的主要原因在于,功率半导体并不是需要特别高精尖的晶圆厂代工,而单独建产线资本回收期非常长,另外大陆有较多的成熟工艺代工厂产能足够支配,因此对于国内厂商大多是后进者来说,在快速追赶期Fabless也不失为一种比较好的模式。
功率半导体市场空间大、产品认证时间长、产品迭代慢且注重工程师经验和品牌口碑积累,是半导体里的优质赛道,同时功率半导体领域技术和产品在不断创新发展,最新一代典型产品IGBT受益于行业产品升级(应用场景和占比提升)+汽车电动化、清洁能源占比提升等带来的超高景气度+国产替代提升份额,预计未来5年国内IGBT行业会有非常好的成长性。 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。 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供 产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。 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。 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。 据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。 江苏中科君芯科技有限公司成立于2011年,是一家专注于IGBT、FRD等新型电力电子芯片研发的中外合资高科技企业。中科君芯前身是中国科学院微电子研究所、中国科学院微电子研究所、中国物联网研究与发展中心以及成都电子科大的三个研究团队,最早始于上世纪80年代。 中科君芯官网介绍称,公司目前形成具有市场竞争力的产品有650V、1200V、1700V系列IGBT芯片,并拥有222项专利,其中PCT专利12项。IGBT技术方面,中科君芯已开发出沟槽场终止(Trench -FS)电压650V-6500V、单芯片电流8A-400A全系列IGBT芯片,成功解决了沟槽栅沟槽成型技术、载流子增强技术、晶圆减薄技术、背面高能离子注入技术、背面激光退火技术等关键工艺技术。 宁波达新半导体有限公司成立于2013年,是以海归博士为主创立的一家中外合资的高科技公司,主要从事IGBT、MOSFET、FRD等功率半导体芯片与器件的设计、制造和销售,拥有IGBT、MOSFET和FRD等功率半导体芯片的设计和工艺集成技术,建有IGBT产品性能测试、应用及可靠性试验室,拥有一条测试和制造手段完备IGBT模块研发生产线。 达新半导体官网介绍称,其团队在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。此外,达新半导体已成功开发多种IGBT模块产品,电压等级涵盖600V~3300V、电流等级涵盖10A~1000A,可应用于逆变焊机、变频器、感应加热、大功率电源、UPS、新能源汽车、太阳能/风力发电、SVG等领域。 无锡紫光微电子有限公司(原无锡同方微电子有限公司)成立于2006年,是紫光同芯微电子有限公司投资的一家高新技术企业,是一家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的集成电路设计企业。 据紫光微电子官网介绍,该公司开发和生产的SJ MOSFET、DT MOSFET、HV VDMOS、IGBT、IGTO、Half Bridge Gate Driver等半导体功率器件以及相关的电源管理集成电路等产品广泛应用于节能、绿色照明、风力发电、智能电网、混合动力\电动汽车、仪器仪表、消费电子等领域。IGBT方面,其以IGBT实际应用为设计基础,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。 ▌华虹宏力
上海华虹宏力半导体制造有限公司由原上海华虹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。 华虹宏力自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。据悉目前华虹宏力是国内唯一拥有IGBT全套背面加工工艺的晶圆代工企业,同时正在加速研发6500V超高压IGBT技术。 上海先进半导体制造股份有限公司,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,专注于模拟电路、功率器件的制造,自2004年开始提供IGBT国内、外代工业务。 上海先进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,IGBT/FRD的电压范围覆盖650V、1200V、1700V、3300V、4500V、6500V,技术能力包括PT、NPT、Field Stop,以及平面、沟槽IGBT等。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。 中芯国际集成电路制造有限公司是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。 根据中芯国际官网介绍,其IGBT平台从2015年开始建立,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。 深圳方正微电子有限公司成立于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(如DMOS、IGBT、SBD和FRD)和功率集成电路(如BiCMOS、BCD和HV CMOS)等领域的晶圆制造技术。 根据官网介绍,方正微电子拥有两条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,0.5微米/6英寸工艺批量生产能力跃居国内行业第二,未来月产能规划将达8万片。IGBT方面目前支持430V、600V Trench PT IGBT以及1200V、1700V Planar NPT IGBT等工艺。 ▌嘉兴斯达
嘉兴斯达半导体股份有限公司成立于2005年4月,是一家专业从事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,其主要产品为功率半导体元器件,包括IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC等,已成功开发近600种IGBT模块产品,电压等级涵盖100V~3300V,电流等级涵盖10A~3600A。 在技术方面,嘉兴斯达已开发出平面栅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,解决了包括8英寸晶圆减薄技术、背面高能离子注入技术、背面激光退火激活技术以及沟槽栅挖槽成型技术等关键工艺技术。有数据显示,2017年嘉兴斯达在IGBT模块领域的市场占有率排全球第9位。 深圳芯能半导体技术有限公司成立于2013年,由深圳正轩科技、深圳国资委、深圳人才创新基金、达晨创投、方广资本、厦门猎鹰等知名机构联合投资,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。 目前芯能聚焦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。产品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;针对中大功率产品,芯能也能提供系统化解决方案:650V/450A和1200V/450A EconoDUAL智能IGBT功率模块、34mm模块、62mm模块等产品均得到终端客户的一致认可。 西安中车永电电气有限公司成立于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,主要产品包括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。 2011年12月,陕西省工业和信息化厅在西安经济技术开发区北车永济研发中心主持召开了西安永电“6500V/600A、3300V/1200A、1700V/1200AIGBT模块”新产品新技术鉴定会。与会专家一致认为,其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,一致同意通过省级新产品鉴定。