近年來IGBT大火，許多廠商紛紛入局，但IGBT的價格一直都很貴，而且整體處于緊缺狀態。
以英飛凌的型號為FF600R17ME4的IGBT舉例，2020年2月份在正能量電子網的報價為650元左右，但從2020年4月份開始暴漲，現在已經高達1400元，英飛凌其余型號的IGBT，也均有不同漲幅。
前段時間，富昌電子發布了2021年Q4芯片供應的市場報告，報告中顯示IGBT交期仍沒有回落跡象，如英飛凌的IGBT交期長達39周－50周，ST的IGBT交期為36周－42周，仙童（被安森美收購）的IGBT交期為26周－52周，動輒四五十周的交期，和常態下IGBT芯片7－8周的交期相差甚遠。
近年來，我國不斷推行碳中和政策，受碳中和的節能減排目標影響，能源生產方面的光伏、風電等領域市場不斷擴大，從能源消費等領域來看，新能源汽車、電氣化鐵路、節能家電等方面市場也在不斷走高，而這些領域全都離不開IGBT。
在這種情況下，IGBT發展前景一片大好，需求不斷擴大，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，你會了解到：
IGBT是何方神圣？
國內外IGBT廠商的對比
制約國內IGBT廠商發展的因素
01
IGBT是何方神圣？
IGBT是一種功率半導體器件，它的中文名叫“絕緣柵雙極晶體管”，是由BJT（雙極結型晶體管）和MOSFET（絕緣柵場效應管）組成的。IGBT按封裝劃分可以分為單管分立器件、IGBT模塊、IPM。通常市場上的IGBT指的是IGBT模塊，也就是由IGBT和FWD通過特定電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品，也是我們本文主要探討的內容。
相信很多朋友看到這已經懵了，但通俗的講，其實可以將IGBT理解成一個開關，通過不斷的通斷讓交流電與直流電可以相互轉換，驅動電力電子裝置運行，具有節約能源的特點，俗稱電力電子裝置的“CPU”。在交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域都能看見它的身影。
根據工作環境的電壓不同，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、新能源汽車零部件等領域；中壓IGBT常用于工業控制、新能源汽車等領域；高壓IGBT常用于軌道交通、電網等領域。
就我國來說，IGBT的下游應用市場中新能源汽車占比最大（市場占比為30％）；之后是工業控制（市場占比為27％）、消費電子（市場占比為22％）。
但目前IGBT主流器件市場上，大部分IGBT都依賴進口，基本被如英飛凌、富士電機等國外歐美、日本企業壟斷，從全球市場份額來看，2020年全球前十IGBT廠商大多數為國外企業，而中國僅有斯達半導體一家上榜。
排名前十的公司分別為英飛凌（市場占比36．5％）、富士電機（市場占比11．4％）、三菱電機（市場占比9．7％）、Semikron（市場占比5．8％）、Vincotech（三菱電機控股，市場占比3．3％）、斯達半導體（市場占比2．8％）、日立（市場占比2．7％）、Danfoss（市場占比2．5％）、ABB（市場占比2．3％）、Bosch（市場占比2．1％），我國IGBT的發展進程雖然不如國外，但我國的IGBT市場還是有很大前景。
從上圖看出2010年時，全球IGBT市場規模為210．4億元，我國僅有50．5億元，但在2018年時，全球IGBT規模為408．5億元，而我國已經達到261．9億元，中國市場規模同期增速為18．2％。
金智創新預測，未來幾年我國的IGBT市場需求占比將從2019年不到35％提升到2025年的50％或以上，巨大的需求將為我國IGBT廠商提供良好的機會，但目前來看，國內IGBT廠商相比國外IGBT廠商，仍有不小差距。
02
國內外IGBT廠商的對比
國內廠商和國外廠商存在差距的原因主要是因為國外廠商成立時間早，技術領先、產品成熟、市場占比大、利潤高、用戶反饋豐富，自然有先發優勢。
比如富士電機成立于1923年，三菱電機成立于1921年，英飛凌雖然成立于1999年，但它脫胎于西門子集團的半導體事業部，在成立之前就積累了許多的技術和經驗。
再反觀幾大國內廠商，比亞迪半導體成立于2004年、中車時代成立于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，無論是技術、經驗，還是用戶反饋，相比國外都有不足，這么一看，國產IGBT廠商確實有點難：
1．設計難
2．生產線難
3．制造難
4．工藝難
5．下游認證周期長，門檻高
首先說說IGBT的設計，這是IGBT生產中極為重要的一環，前文提到過，IGBT就是將BJT和MOSFET組合成的新器件，按理說應該不難才對，但事實并沒有那么簡單。
很多朋友表示，這個電路只要有一些基礎，就很容易看懂，但是具體操作起來，卻有著很高的難度。
因為IGBE需要工作在大電流、高電壓、高頻率的工作環境中，因此進行芯片設計時的具體參數十分復雜，對技術水平有很高的要求。
第二點就是生產線的問題，IGBT的主流生產線是8英寸和12英寸，像英飛凌等國外大廠，早就已經有了12英寸生產線，但我國早期多數IGBT生產線還停留在6英寸和8英寸，導致單位芯片制造成本高，產出芯片少。不過目前士蘭微等許多企業也已經建立了12英寸生產線，情況已經要好轉許多。
第三點就是IGBT的制造方面，IGBT分為IDM模式（有晶圓廠）和Fabless模式（無晶圓廠），其中國外大廠主要以IDM模式為主，如英飛凌、三菱電機等，有自己有生產線，產能自己說了算，工藝自己方便調整，最核心的技術都在自己手里，自給自足。目前國內能把IGBT芯片的IDM模式做好的，主要有比亞迪半導體、株洲中車時代等廠商。
第四點是工藝難，IGBT對背面工藝和減薄工藝要求很高，但對多數國內企業來說，這兩項工藝和英飛凌等國外大廠相比仍比較落后。
第五點，是因為IGBT芯片屬于電力電子核心器件，本身就有很高的門檻，因此下游廠商在采購時，也會經過多重測試環節，才敢大批量投入，因此下游的認證周期本身就很長。
而IGBT廠商本就不多，老牌廠商和下游長期合作，尤其是國外IGBT大廠和部分國內IGBT廠商，已經和客戶建立了一定的信任基礎，此時國內新玩家入場，很難短時間內贏得客戶信任，因此就算大廠缺貨，下游也不敢輕易使用替換，所以IGBT市場門檻高、替換難，也在一定程度上制約了國內IGBT的發展。
03
國產IGBT“芯”機會
在以前，國內終端企業對國產芯片替代的意愿并不強，但隨著中美貿易摩擦的不斷加劇，國內終端們開始主動嘗試芯片國產替代，為IGBT在內的國產芯片的發展打開了切口。
要知道過去90％以上IGBT器件都依賴進口，尤其是3300V以上高電壓等級的IGBT更是長期由少數國外半導體廠商壟斷，一旦我們被國外IGBT“卡脖子”，對我國的IGBT下游應用端將造成嚴重的影響，因此為了實現IGBT的自主可控，中國的IGBT發展勢在必行。
而且中國IGBT的發展還有著很客觀前景，《全球新能源汽車市場中長期發展展望（2025）》顯示，2019年中國新能源汽車銷量達109萬輛，占全球新能源汽車銷量的49．3％，預計2025年中國新能源汽車銷量約達到550萬輛左右。
而一輛新能源汽車一般需要多個IGBT模塊，約占整車成本的7％－10％，因此，隨著新能源汽車需求的爆發式增長，IGBT模塊也會也會迎來巨大的市場。
其次在光伏領域，近年來，國家倡導節能減排，支持“碳中和”概念，國內光伏逆變器廠商在過去幾年內增長迅速，2017年時，中國逆變器的出貨量僅有10GW，但中商產業研究院預測2022年中國逆變器的出貨量將達到173GW之多。
而IGBT是逆變器的核心器件之一，占整體逆變器價值量的20％—30％，這意味著IGBT的需求只會越來越大，是國產IGBT的新增進點。
第二個機會點是因為市場上IGBT缺貨情況嚴重，前文已經提到國外IGBT大廠交期動輒四五十周的交期，和常態下IGBT芯片7－8周的交期相差甚遠，供給嚴重不足的情況下，對于國產廠商來說，就到了攻市占，拼技術的重要時刻，網上關于IGBT國產替代的話題也逐漸火熱了起來。
國家也對此進行了布局，將IGBT列為國家16個重大技術突破專項中的第二位，簡稱“02專項”，前段時間，國家電網的IGBT也有了新突破，為我國的IGBT發展吹響了“沖鋒號”。
“10月30日22時，國家電網自主研發生產的3300伏IGBT器件經過連續兩天2次12小時40萬千瓦功率大負荷連續試運行，在福建廈門柔直鷺島換流站完成調試！這標志著我國已完全掌握IGBT器件設計、工藝、生產、應用等核心技術，打破了國外廠家對該領域的技術壟斷，解決了電網核心功率期間卡脖子問題，具有里程碑意義。”——電網頭條
縱觀現在的國內IGBT市場，有不斷入局的國產廠商，積極研發的國家電網，前景大好的新能源汽車，大勢所趨的碳中和，現貨緊缺的芯片市場……總的來說，發展國內IGBT，是一條前景無限好的道路。
但這條路，注定是充滿荊棘的。
參考資料：
【1】《IGBT！國家電網做到了！》電網頭條，2021
【2】《盤點國內IGBT企業，23家！》，旺財芯片，2021
【3】《IGBT的發展為什么這么難？》，科創之道，2020
【4】《IGBT國內替代國外》，ittbank，2020
