據Yole報道，2017年，電池電動車(BEV)和插電式混合動力車(PHEV)出貨達120萬輛，較2016年增加52%。歐洲一些汽車制造商也在2017年推出了48V輕度混合動力車型。這種為汽車輔助系統供電同時減少二氧化碳排放量的高性價比解決方案，將在2018~2019年間在所有歐洲汽車制造商中擴散，其次是中國汽車制造商。

　　48V系統將迅速推動市場，市調機構Yole Développement(Yole)預測2017~2023年期間輕度混合動力汽車的復合年成長率將達到50%，因為這些低成本的電動汽車具有吸引力。他們的方法可以輕松應用于任何汽車，從城市汽車到高端豪華車型。

　　在評估了各類電動汽車市場的發展趨勢之后，Yole預估2018至2023年年復合年成長率將達到兩位數。在2020年左右廣義電動車EV/HEV市場規模將突破1000萬輛，到2023年將進一步成長到1800萬輛。電動車的發展同時也將帶動IGBT功率元件市場，2017年相關元件市場規模約10億美元，預計到2023年，電動汽車/混合動力汽車領域的IGBT市場規模將近23億美元。

　　IGBT技術進展

　　IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)發明于 80 年代初，多家公司幾乎同時并獨立地發明了這種器件，剛開始各公司對其稱謂也不同。GE 公司剛開始稱其為 IGR（Insulated-Gate Rectifer），其論文于 1982 年 12 月 14 日在 IEDM（國際電子器件會議）上發表。RCA 公司稱其為 COMFET（Conductivity-Modulated FET）并在同一天得到美國專利局的專利批準，接著向 IEDM 提交了正式論文。

　　Motorola 公司也獨立發明了該器件，稱為 GEMFET（Gain-Enhanced MOSFET）。加州伯克利分校發明了類似器件，稱為 BMT（Bipolar MOS Transistor）及 IBT（Insulated-Base Transistor）。GE 公司后來將他們的發明從整流器改稱 IGT（Insulated-Gate Transistor）。德國西門子稱其為 IGBT，由于西門子的 IGBT 發展迅猛，研究生產的 IGBT 性能優良，所以人們認同了 IGBT 的稱謂。

　　至今，IGBT經歷了六代技術的發展演變，面對的是大量的結構設計調整和工藝上的難題。回顧IGBT的發展歷程，其主要從三方面發展演變：器件縱向結構，柵極結構以及硅片的加工工藝。

　　最新的IGBT經歷了上述四次技術改進實踐后對各種技術措施的重新組合。第五代IGBT是第四代產品“透明集電區技術”與“電場中止技術”的組合。第六代產品是在第五代基礎上改進了溝槽柵結構，并以新的面貌出現。尤其是承受工作電壓水平從第四代的3300V提高到6500V，這是一個極大的飛躍。

　　全球IGBT的市場發展現狀

　　從市場競爭格局來看，美國功率器件處于世界領先地位，擁有一批具有全球影響力的廠商，例如 TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay 等廠商。歐洲擁有 Infineon、ST 和 NXP 三家全球半導體大廠，產品線齊全，無論是功率 IC 還是功率分離器件都具有領先實力。

　　日本功率器件廠商主要有 Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、Toshiba、Rohm、Matsushita、Fuji Electric 等等。日本廠商在分立功率器件方面做的較好，但在功率芯片方面，雖然廠商數量眾多，但很多廠商的核心業務并非功率芯片，從整體市場份額來看，日本廠商落后于美國廠商。但是全球有近70%的IGBT模塊市場被三菱、東芝及富士等日系企業控制。德系的英飛凌也是全球IGBT龍頭企業之一，其獨立式 IGBT 功率晶體以24.7%的市場占有率位居第一，IGBT 模塊則以20.5%的市場占有率位居第二。

　　近年來，中國臺灣的功率芯片市場發展較快，擁有立锜、富鼎先進、茂達、安茂、致新和沛亨等一批廠商。臺灣廠商主要偏重于 DC/DC 領域，主要產品包括線性穩壓器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC，脈寬調制集成電路)和功率MOSFET，從事前兩種 IC 產品開發的公司居多。總體來看，臺灣功率廠商的發展較快，技術方面和國際領先廠商的差距進一步縮小，產品主要應用于計算機主板、顯卡、數碼產品和 LCD 等設備。

　　據調研機構IHS于2016年公布的報告，英飛凌以24.5%的份額高居榜首，日本三菱電機則以24.4%的份額屈居第二，另一日系大廠富士電機則以12.2%的占有率排行第三。

　　國產IGBT廠商差距明顯

　　每日經濟新聞報道，在高壓大功率IGBT芯片方面，由于對IGBT芯片可靠性要求非常高，此前，我國還沒有一個廠家能夠實現6500V IGBT芯片本土產業化，為此，國內企業每年需花費數億元從國外采購IGBT產品。

　　他們進一步指出，由于國外采購周期長達數月甚至一年以上，嚴重制約了我國軌道交通裝備的自主創新和民族品牌創立，大大降低了國內動車、機車裝備在國際市場的競爭力。因此發展國內的IGBT產業迫在眉睫。根據統計顯示，我國IGBT產業鏈廠商如下圖所示：

　　而從技術上上看，中國IGBT和國外的差距主要體現在以下幾個方面。

　　（1）IGBT技術與工藝

　　我國的功率半導體技術包括芯片設計、制造和模塊封裝技術目前都還處于起步階段。功率半導體芯片技術研究一般采取“設計+代工”模式，即由設計公司提出芯片設計方案，由國內的一些集成電路公司代工生產。

　　由于這些集成電路公司大多沒有獨立的功率器件生產線，只能利用現有的集成電路生產工藝完成芯片加工，所以設計生產的基本是一些低壓芯片。與普通IC芯片相比，大功率器件有許多特有的技術難題，如芯片的減薄工藝，背面工藝等。解決這些難題不僅需要成熟的工藝技術，更需要先進的工藝設備，這些都是我國功率半導體產業發展過程中急需解決的問題。

　　從80年代初到現在IGBT芯片體內結構設計有非穿通型(NPT)、穿通型(PT)和弱穿通型(LPT)等類型，在改善IGBT的開關性能和通態壓降等性能上做了大量工作。但是把上述設計在工藝上實現卻有相當大的難度。尤其是薄片工藝和背面工藝。工藝上正面的絕緣鈍化，背面的減薄國內的做的都不是很好。

　　薄片工藝，特定耐壓指標的IGBT器件，芯片厚度也是特定的，需要減薄到200-100um，甚至到80um，現在國內可以將晶圓減薄到175um，再低就沒有能力了。比如在100~200um的量級，當硅片磨薄到如此地步后，后續的加工處理就比較困難了，特別是對于8寸以上的大硅片，極易破碎，難度更大。

　　背面工藝，包括了背面離子注入，退火激活，背面金屬化等工藝步驟，由于正面金屬的熔點的限制，這些背面工藝必須在低溫下進行(不超過450°C)，退火激活這一步難度極大。背面注入以及退火，此工藝并不像想象的那么簡單。國外某些公司可代加工，但是他們一旦與客戶簽訂協議，就不再給中國客戶代提供加工服務。

　　在模塊封裝技術方面，國內基本掌握了傳統的焊接式封裝技術，其中中低壓模塊封裝廠家較多，高壓模塊封裝主要集中在南車與北車兩家公司。與國外公司相比，技術上的差距依然存在。國外公司基于傳統封裝技術相繼研發出多種先進封裝技術，能夠大幅提高模塊的功率密度、散熱性能與長期可靠性，并初步實現了商業應用。

　　高端工藝開發人員非常缺乏，現有研發人員的設計水平有待提高。目前國內沒有系統掌握IGBT制造工藝的人才。從國外先進功率器件公司引進是捷徑。但單單引進一個人很難掌握IGBT制造的全流程，而要引進一個團隊難度太大。國外IGBT制造中許多技術是有專利保護。目前如果要從國外購買IGBT設計和制造技術，還牽涉到好多專利方面的東西。

　　（2）IGBT工藝生產設備

　　國內IGBT工藝設備購買、配套十分困難。每道制作工藝都有專用設備配套。其中有的國內沒有，或技術水平達不到。如：德國的真空焊接機，能把芯片焊接空洞率控制在低于1%，而國產設備空洞率高達20%到50%。外國設備未必會賣給中國，例如薄片加工設備。

　　又如：日本產的表面噴砂設備，日本政府不準出口。好的進口設備價格十分昂貴，便宜設備又不適用。例如：自動化測試設備是必不可少的，但價貴。如用手工測試代替，就會增加人為因素，測試數據誤差大。IGBT生產過程對環境要求十分苛刻。要求高標準的空氣凈化系統，世界一流的高純水處理系統。

　　要成功設計、制造IGBT必須有集產品設計、芯片制造、封裝測試、可靠性試驗、系統應用等成套技術的研究、開發及產品制造于一體的自動化、專業化和規模化程度領先的大功率IGBT產業化基地。投資額往往需高達數十億元人民幣。

　　國產IGBT，任重而道遠！