自主可控，2020年中国IGBT超180亿元 - 全文

　　IGBT作为电能变换的关键部件，是现代科学、工业和国防的重要核心技术。近几年中国IGBT产业在国家政策及重大项目的推动及市场牵引下得到迅速发展，已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链，IGBT国产化的进程加快，有望摆脱进口依赖。

　　IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件，为世界公认的电力电子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”。

　　中国IGBT市场需求大

　　IGBT的特性使其非常适用于轨道交通、智能电网、电动汽车与新能源等战略性新兴产业的应用。轨道交通对IGBT的需求主要是高压系列，应用在高铁、干线机车等。高铁等轨道交通使用的IGBT模块， 电力机车一般需要500个IGBT模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50-80个IGBT模块。这些高压应用领域市场容量还比较有限的，而中低压方面将支撑起未来IGBT的大发展。电动汽车正出现爆发式增长。IGBT模块是新能源汽车 电控系统和直流充电桩的核心器件，成本占到新能源整车成本的10%， 占到充电桩成本的20%。未来几年是新能源汽车及充电桩市场将进入爆发期， IGBT作为其核心器件也将迎来黄金发展期。另外，在风电、太阳能等新能源方面也有较大需求，预计每年风力发电领域大概需要32万只IGBT模块。

　　图1 Infineon IGBT 在电动汽车逆变器应用图

　　2014年全球IGBT市场规模为38.45亿美元，预计到2020年市场规模达65亿美元，年复合成长为9%。

　　图2 2014-2020年全球IGBT市场规模

　　中国 IGBT增长空间非常大， 2014年IGBT的销售额是88.7亿元，约占全球市场的1∕3。预计到2020，中国 IGBT将超180亿元，年复合成长率为13%。

　　图3 2014-2020年中国IGBT市场规模

　　中国IGBT市场竞争格局

　　中国是世界最大的功率半导体市场， 占世界市场的50%以上，但中高端MOSFET及IGBT做为功率半导体主流器件，基本被国外厂商垄断。欧美和日本企业凭借着产品质量好、技术领先，在IGBT市场中占据绝对优势地位，也是中国IGBT市场的主要供应商。

　　国外研发IGBT器件的公司主要有英飞凌、ABB、三菱、西门康、日立、富士、TOSHIBA、IXYS和APT公司等，其IGBT技术成熟，已实现了大规模商品化生产，IGBT产品电压规格涵盖600V-6500V，电流规格涵盖2A-3600A，形成了完善的IGBT产品系列。其中，西门康、仙童 （Fairchild）等企业在1700V及以下电压等级的消费级IGBT领域处于优势地位;ABB、英飞凌、三菱电机在1700V-6500V电压等级的工业级IGBT领域占绝对优势，3300V以上电压等级的高压IGBT技术更是被英飞凌、ABB、三菱三家公司所垄断，它们代表着国际IGBT技术最高水平。

　　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。

　　中车集团上海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。

　　天津中环半导体股份有限公司研制的6英寸FZ单晶材料已批量应用，8英寸FZ单晶材料已取得重大突破。

　　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。

　　图4中国IGBT市场竞争格局

　　国内IGBT完整产业链

　　近几年中国IGBT产业在国家政策及重大项目的推动及市场牵引下得到迅速发展，已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链。图5呈现了我国在IGBT产业链上从设计、芯片、分立元件到模组的主要厂商。设计有比亚迪、中科院微电子所、中车株洲时代电气等；芯片有比亚迪、中车株洲时代电气、华虹宏力、上海先进半导体等；分立元件有华微电子、江阴长电、江苏宏微等；模组厂有南京银茂微电子、科达半导体、嘉兴斯达半导体等；他们在国产IGBT打破国外垄断，填补国内空白上做出了杰出贡献，取得了傲人的成绩。

　　图5国内IGBT产业链

　　三大动力助力IGBT国产化

　　政策上，国家意志推动半导体行业崛起，作为高铁、军工中关键的功率半导体器件，国家会给予政策和资金上的支持。

　　资金上，功率半导体采用特色工艺，属于超越摩尔定律范畴，不追求先进制程，资金投入仅为集成电路的1/10，国内厂商可以利用资本优势获得先进工艺，快速追赶海外巨头。

　　技术上，国内企业从低端功率器件起家，积累多年开始向高端器件进军，以中车、比亚迪为代表的厂商已实现技术突破，成功实现国产化IGBT在高铁和新能源汽车中的应用，未来会有更多的国内功率器件厂商切入这一蓝海市场。

　　国内外技术仍有差距， 国内企业仍需提升内力

　　中国IGBT技术虽然取得一定突破，但仍有几个方面的制约因素：

　　一是没有形成创新体系。IGBT的垂直整合至关重要，设计、制造、封测和系统应用紧密结合是关键，需要各个环节中有实力的企业加强合作，这也是IGBT发展门槛较高的原因之一。2008年中车集团的株洲时代电气成功收购英国丹尼克斯之后，国内企业才开始涉及IGBT芯片技术研发与产业化，大多数从事IGBT封装的企业仍完全依赖进口芯片，而且是低端、中小功率IGBT 封装。国内高校院所、集成电路企业针对IGBT芯片开展了一些研究，但未涉及到国际上最新技术。国内缺少既精通功率半导体器件机理、又懂微电子工艺的复合型专业人才，国内IGBT没有形成技术创新体系。

　　二是缺乏完整的生产线。近年来，国内部分微电子芯片企业试图利用一些正在失去芯片代工竞争力的芯片生产线 来加工IGBT等功率芯片，但由于集成电路芯片生产线与功率半导体芯片生产线工艺兼容性差，以及两套工艺对每个工序设备能力配套不尽相同，国内还没有一条代工线能完成IGBT芯片制造的全部工艺，因此进展缓慢，无法与国外公司竞争。

　　三是配套产业薄弱。目前包括8英寸区融单晶硅、铝碳化硅基板、氮化铝衬板、封装外壳、有机硅灌封材料等在内的IGBT关键材料主要来自欧洲、日本等国。国内厂商虽有能力提供样品，但离产业化标准较远，关键材料的国产化已成为我国IGBT产业快速发展的一大制约因素。

　　小结：IGBT是中国2016～2020年的十三五计划中的增长支柱之一。据中国工程院院士、中国中车株洲电力机车研究所董事长丁荣军介绍，如果将IGBT技术应用到全国20%的电机中，每年可节约用电2000亿千瓦时，相当于两个三峡电站的年发电量。同时，中国自主研发的高功率等级的IGBT对涉及国家经济安全、国防安全等战略性产业至关重要。

　　我国在IGBT领域已取得了很大成绩，下一步要取得更大的发展，就要从整个IGBT产业链方面，加强和提升IGBT器件的水平，如原材料、制造工艺、制造设备、测试和可靠性技术，以及应用拓展、人才培养等，逐步完善中国IGBT产业链，摆脱对国外的进口依赖，力争实现中国IGBT产业真正“自主可控”的目标。