“在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)，IGBT正在高速增長，而供應(yīng)鏈也正在調(diào)整其戰(zhàn)略并進(jìn)行大規(guī)模投資”，Yole Développement (Yole)電力電子與化合物半導(dǎo)體技術(shù)與市場分析師Ana Villamor 博士斷言。

　　她補(bǔ)充道：“IGBT 是眾多電力電子應(yīng)用的關(guān)鍵。在 EV/HEV 普及的大力推動(dòng)下，Yole 預(yù)期，在 2020 年至 2026 年間，IGBT的復(fù)合年增長率為 7.5%，屆時(shí)將達(dá)到 84 億美元。在 EV/HEV 普及的推動(dòng)下，2026 年同期，IGBT 模塊細(xì)分市場將占總市場的 81%。

　　”除了 EV/HEV 之外，分立式 IGBT 和 IGBT 功率模塊還可以在工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、光伏裝置、火車、UPS、EV 充電基礎(chǔ)設(shè)施和家用電器等應(yīng)用中找到。

　　據(jù)Yole的報(bào)道，2020年，IGBT最大的細(xì)分市場是工業(yè)應(yīng)用和家用電器。緊隨其后的是 EV/HEV，該市場在 2020 年的市場規(guī)模為 5.09 億美元，并將在 2020 年至 2026 年間以驚人的 23% 復(fù)合年增長率增長。這是因?yàn)槠囀袌稣谟捎趶?ICE 轉(zhuǎn)向 EV/HEV ，這是受到政府二氧化碳減排目標(biāo)的強(qiáng)烈推動(dòng)。這一轉(zhuǎn)變正在進(jìn)一步加速。

　　在Yole看來，在系統(tǒng)層面，新的 IGBT 電壓等級(jí)涵蓋了新的電壓范圍：例如，EV 逆變器從 400V 移動(dòng)到 800V，PV 逆變器移動(dòng)到 1,500V。分析師還看到了許多技術(shù)創(chuàng)新：新一代 IGBT 芯片、更高的效率、更低的 IGBT 器件成本;IGBT 封裝也正在尋求高可靠性、低成本、低電感的電氣互連。與此同時(shí)，IGBT 正在推進(jìn) SiC 封裝的發(fā)展;在晶圓級(jí)，分析師則看到了 300mm IGBT 晶圓制造趨勢和向 MCZ 硅材料的轉(zhuǎn)變。

　　因此，Yole 電子電源系統(tǒng)技術(shù)與市場分析師 Abdoulaye Ly解釋說：“充電基礎(chǔ)設(shè)施也受到政府決策的影響，因?yàn)槌潆娖鞯牟渴饘?duì)于擴(kuò)大電動(dòng)汽車的普及至關(guān)重要?！? “雖然充電基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)IGBT來說仍然是一個(gè)小市場，但預(yù)計(jì)未來五年將增長300%以上?！?/p>

　　據(jù)Yole介紹，IGBT的主要制造商遍布全球，歷史上的大玩家在歐洲、美國和日本。

　　其中，最大的 IGBT 制造商包括英飛凌科技、Littelfuse、富士電機(jī)……他們都提供分立式 IGBT 和 IGBT 功率模塊。垂直集成到系統(tǒng)中的大型 IDM 基本上提供 IGBT 模塊。它包括Danfoss、三菱電機(jī)、中國中車等等……大多數(shù)產(chǎn)品定位在較低電壓范圍內(nèi)的公司也提供分立式 IGBT。

　　為了瞄準(zhǔn)最大的 IGBT 市場，所有制造商都提供 600V – 1,200V 的組件，以及一系列新的產(chǎn)品(從 800 到 1,000V)。包括三菱電機(jī)、東芝和安森美在內(nèi)的一些制造商正在通過提供具有“中間”標(biāo)稱電壓水平(例如 1,300V、1,350V、2,000V)的 IGBT 器件來尋求與競爭對(duì)手的差異化。

　　Yole 的分析師深入分析了 IGBT 供應(yīng)鏈及其演變。即使 Top3 自上次報(bào)告以來沒有太大變化，但I(xiàn)GBT 供應(yīng)鏈也在強(qiáng)勁發(fā)展。目標(biāo)顯然是為了應(yīng)對(duì)市場演變，尤其是推動(dòng) EV/HEV 細(xì)分市場。他們指出，許多 IGBT 廠商是垂直整合的，尤其是在器件制造和封裝方面。對(duì) IGBT 的快速增長的需求正在推動(dòng)并購。整個(gè)供應(yīng)鏈正在重塑，尤其是參與者試圖在市場上找到最佳位置。

　　“英飛凌、富士電機(jī)、三菱電機(jī)、日立、安森美半導(dǎo)體和東芝等公司已經(jīng)從事 IGBT 業(yè)務(wù)多年，許多產(chǎn)品已經(jīng)商業(yè)化，”Yole 首席分析師Milan Rosina評(píng)論道，他補(bǔ)充說：“然而，重要的是要關(guān)注中國 IGBT 制造商的增長，它們在開發(fā)、生產(chǎn)和產(chǎn)能方面都在快速追趕?！?/p>

　　此外，由于功率器件的200mm晶圓廠產(chǎn)能相對(duì)充足，300mm晶圓制造可以實(shí)現(xiàn)更高的器件產(chǎn)能，以滿足不斷增長的IGBT市場需求。毫不奇怪，為了在未來 10 年增加產(chǎn)量，所有主要參與者都在投資于 IGBT 制造能力擴(kuò)張，因?yàn)橄?300mm 晶圓的過渡使更好的成本結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)對(duì)與中國制造商日益激烈的競爭。不過，也有如華虹宏力和CanSemi等幾家中國廠商通過擴(kuò)大自己的工廠，或通過收購?fù)鈬?，?00mm擴(kuò)張。

　　國內(nèi)IGBT軍團(tuán)崛起

　　IGBT是事關(guān)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)品，如此重要的IGBT，長期以來我國卻不得不面對(duì)依賴進(jìn)口的尷尬局面，市場主要被英飛凌、三菱、富士電機(jī)為首的國際巨頭壟斷。自2005年開始，大量海外IGBT人才紛紛歸國投入國產(chǎn)IGBT芯片和模塊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是以美國國際整流器公司(IR)回國人員最多。

　　從IR歸國主要從事芯片開發(fā)的專家有斯達(dá)半導(dǎo)湯藝博士、達(dá)新半導(dǎo)體陳智勇博士、陸芯科技張杰博士等，以上幾家公司都已成為以自產(chǎn)IGBT芯片為主的產(chǎn)品公司。另外IR歸國從事模塊開發(fā)的專家還有銀茂微電子莊偉東博士。中科院微電子所較早涉足IGBT行業(yè)，主要由無錫中科君芯承擔(dān)IGBT研發(fā)工作，中科君芯的研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后有微電子所、IR、日本電裝、成電等技術(shù)團(tuán)隊(duì)的加入。

　　斯達(dá)半導(dǎo)作為國內(nèi)IGBT行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，成立于2005年，于2020年2月4日在上交所主板成功上市。公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的IGBT芯片和快恢復(fù)二極管芯片是公司的核心競爭力之一。據(jù)IHSMarkit報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，在2018年度IGBT模塊供應(yīng)商全球市場份額排名中，斯達(dá)半導(dǎo)排名第8位，在中國企業(yè)中排名第1位，成為世界排名前十中唯一一家中國企業(yè)。其中斯達(dá)半導(dǎo)自主研發(fā)的第二代芯片(國際第六代芯片F(xiàn)S-Trench)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，成功打破了國外企業(yè)常年對(duì)IGBT芯片的壟斷。

　　成立于2013年的寧波達(dá)新，主要從事IGBT、MOSFET、FRD等功率半導(dǎo)體芯片與器件的設(shè)計(jì)、制造和銷售。公司在8寸及6寸晶圓制造平臺(tái)成功開發(fā)600V-3300V IGBT芯片產(chǎn)品，芯片電流等級(jí)涵蓋10A～200A。采用自主IGBT芯片，達(dá)新推出了系列化的滿足工業(yè)應(yīng)用、消費(fèi)電子、新能源的IGBT模塊，模塊電壓涵蓋600V～1700V，電流等級(jí)涵蓋10A ～ 800A。

　　上海陸芯電子科技聚焦于功率半導(dǎo)體(IGBT、SJMOS & SiC)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，包括芯片、單管和模塊。具有以下優(yōu)勢：通過優(yōu)化耐壓終端環(huán)，實(shí)現(xiàn)IGBT高阻斷電壓，有效減少芯片面積，達(dá)到工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)可靠性標(biāo)準(zhǔn);通過控制少子壽命，優(yōu)化飽和壓降和開關(guān)速度;實(shí)現(xiàn)安全操作區(qū)(SOA)和短路電流安全操作區(qū)域SCSOA性能最優(yōu);改善IGBT有源區(qū)元胞設(shè)計(jì)可靠性，抑制IGBT的閂鎖效應(yīng);調(diào)節(jié)背面減薄、注入、退火、背金等工藝;實(shí)現(xiàn)60um~180um晶圓厚度的大規(guī)模量產(chǎn)。

　　南京銀茂微電子(SilverMicro)成立于2007年，專注于工業(yè)和其他應(yīng)用的功率IGBT和MOSFET模塊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。通過采用現(xiàn)代化的設(shè)備來處理和表征高達(dá)3.3kV的電源模塊，南京銀茂微已經(jīng)建立了先進(jìn)的電源模塊制造能力，還能夠執(zhí)行電源模塊鑒定測試。產(chǎn)品已廣泛用于工業(yè)逆變器，焊接機(jī)，UPS，電源和新能源應(yīng)用。

　　江蘇中科君芯科技有限公司是一家專注于IGBT、FRD等新型電力電子芯片研發(fā)的中外合資高科技企業(yè)，成立于2011年底。君芯科技是國內(nèi)率先開發(fā)出溝槽柵場截止型(Trench FS)技術(shù)并真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)。公司推出的IGBT芯片、單管和模塊產(chǎn)品從600V至6500V，覆蓋了目前主要電壓段及電流段，已批量應(yīng)用于感應(yīng)加熱、逆變焊機(jī)、工業(yè)變頻、新能源等領(lǐng)域。君芯科技獨(dú)創(chuàng)的DCS技術(shù)將應(yīng)用于最新的汽車級(jí)IGBT芯片中。

　　隨著行業(yè)景氣度逐漸好轉(zhuǎn)和政策的推動(dòng)，亦有不少新進(jìn)入者搶奪市場。據(jù)集邦咨詢分析，目前市場新入者主要有三類，一是向IGBT等高端產(chǎn)品擴(kuò)展業(yè)務(wù)的功率半導(dǎo)體企業(yè)，如揚(yáng)杰科技、華微電子等;二是出于為滿足自身需求及出于供應(yīng)鏈安全考慮向上游涉足的，如中車時(shí)代和比亞迪等;三是看好市場而進(jìn)場的新公司，如瑞能半導(dǎo)體、廣東芯聚能以及富能半導(dǎo)體等。

　　在IGBT方面揚(yáng)杰科技于2018年3月控股了一條位于宜興的6英寸晶圓線，目前該生產(chǎn)線已經(jīng)量產(chǎn)IGBT芯片，主要應(yīng)用于電磁爐等小家電領(lǐng)域。另外揚(yáng)杰科技也在積極推進(jìn)IGBT新模塊產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程，50A/75A/100A-1200V半橋規(guī)格的IGBT開發(fā)成功。此外公司也積極規(guī)劃8英寸線建設(shè)，儲(chǔ)備8英寸線晶圓和IGBT技術(shù)人才。

　　老牌功率半導(dǎo)體器件廠商吉林華微電子于2019年4月，發(fā)布配股說明書，擬募投建設(shè) 8 英寸生產(chǎn)線項(xiàng)目。此次募投項(xiàng)目的主要產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，達(dá)到了英飛凌、ABB 等廠家的水平。華微電子于2001年上市，為國內(nèi)功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域首家上市公司。目前已形成IGBT、MOSFET、SCR、SBD、IPM、FRD、BJT等為營銷主線的系列產(chǎn)品，產(chǎn)品種類基本覆蓋功率半導(dǎo)體器件全部范圍。公司的IGBT薄片工藝、Trench工藝、壽命控制和終端設(shè)計(jì)技術(shù)等國內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國際同行業(yè)先進(jìn)水平。

　　在IDM模式廠商中，中國中車和比亞迪分別依靠高鐵和新能源汽車取得了一定的成績。

　　株洲中車時(shí)代半導(dǎo)體有限公司(簡稱：中車時(shí)代半導(dǎo)體)作為中車時(shí)代電氣股份有限公司下屬全資子公司，全面負(fù)責(zé)公司半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)營。從1964年開始投入功率半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，2008年戰(zhàn)略并購英國丹尼克斯公司，目前已成為國際少數(shù)同時(shí)掌握大功率晶閘管、IGCT、IGBT及SiC器件及其組件技術(shù)的IDM(集成設(shè)計(jì)制造)模式企業(yè)代表，擁有芯片—模塊—裝置—系統(tǒng)完整產(chǎn)業(yè)鏈。

　　中車時(shí)代半導(dǎo)體擁有國內(nèi)首條、全球第二條8英寸IGBT芯片線，全系列高可靠性IGBT產(chǎn)品已全面解決軌道交通核心器件受制于人的局面，基本解決了特高壓輸電工程關(guān)鍵器件國產(chǎn)化的問題，并正在解決我國新能源汽車核心器件自主化的問題。

　　比亞迪是在2005年進(jìn)入IGBT產(chǎn)業(yè)，于2009年推出首款車規(guī)級(jí)IGBT 1.0技術(shù)，打破了國際廠商壟斷，實(shí)現(xiàn)了我國在車用IGBT芯片技術(shù)上零的突破。2018年其推出的IGBT 4.0產(chǎn)品在電流輸出、綜合損耗及溫度循環(huán)壽命等許多關(guān)鍵指標(biāo)上超越了英飛凌等主流企業(yè)的產(chǎn)品，且產(chǎn)能已達(dá)5萬片，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)外供應(yīng)。公司也是中國唯一一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企，包括IGBT芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝等部分，還有仿真測試以及整車測試。好消息是，據(jù)長沙晚報(bào)近日?qǐng)?bào)道，長沙比亞迪IGBT項(xiàng)目日前已正式啟動(dòng)建設(shè)，計(jì)劃建設(shè)集成電路制造生產(chǎn)線。

　　在IGBT新進(jìn)玩家中，振華科技參股20%的成都森未科技有限公司是一家由清華大學(xué)和中國科學(xué)院博士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立的高科技企業(yè)，公司成立于2017年，主要從事IGBT等功率半導(dǎo)體芯片及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)、銷售。森未科技IGBT芯片產(chǎn)品性能已可以對(duì)標(biāo)英飛凌產(chǎn)品。公司主營產(chǎn)品電壓等級(jí)為600V-1700V，單顆芯片電流規(guī)格5A-200A，覆蓋工業(yè)控制、變頻家電、電動(dòng)汽車、風(fēng)電伺服驅(qū)動(dòng)、光伏逆變器等領(lǐng)域。

　　據(jù)了解，出身于恩智浦功率產(chǎn)品線的瑞能半導(dǎo)體，也有意進(jìn)入IGBT的賽道。其實(shí)瑞能也非常有做IGBT的優(yōu)勢，首先，瑞能是所有重要白電制造商的供應(yīng)商，對(duì)市場應(yīng)用及客戶需求有深刻的理解，產(chǎn)品未來會(huì)在性價(jià)比上有優(yōu)勢;再者，瑞能也是國內(nèi)唯一家分銷網(wǎng)絡(luò)遍布全球的中國功率半導(dǎo)體公司;最后，瑞能有著50多年的功率器件技術(shù)積累，IGBT最講究可靠性，依托瑞能南昌國家級(jí)可靠性及失效分析實(shí)驗(yàn)室，未來會(huì)形成在質(zhì)量可靠性的競爭優(yōu)勢。

　　成立于2018年11月的廣東芯聚能半導(dǎo)體，也看重了IGBT這個(gè)市場。芯聚能半導(dǎo)體于2019年9月20日在廣州南沙舉行了奠基儀式，項(xiàng)目總投資達(dá)25億元。據(jù)了解，其項(xiàng)目第一階段將建設(shè)用于新能源汽車的IGBT和SiC功率器件與模塊生產(chǎn)基地，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)功率器件規(guī)模化生產(chǎn)。第二階段將面向新能源汽車和自動(dòng)駕駛的汽車功率模塊、半導(dǎo)體器件和系統(tǒng)產(chǎn)品，延伸并形成從芯片到封裝、模塊的產(chǎn)業(yè)鏈聚集。

　　除了上述提到的企業(yè)，國內(nèi)的IGBT在芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈基本都已有布局。整體來看，中國IGBT產(chǎn)業(yè)鏈正逐步具備國產(chǎn)替代能力。

國內(nèi)的IGBT整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?制表：半導(dǎo)體行業(yè)觀察)

　　IGBT產(chǎn)業(yè)鏈配套還不足，與國外差距明顯

　　目前中國IGBT行業(yè)已經(jīng)能夠具備一定的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力，但國內(nèi)IGBT技術(shù)在芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝等環(huán)節(jié)目前均處于起步階段。晶圓制造、背板減薄和封裝工藝是IGBT制造技術(shù)的主要難點(diǎn)，在這些方面我們與國外企業(yè)差距較為明顯。

　　目前IGBT發(fā)展面臨的最大問題是上游對(duì)IGBT的技術(shù)和產(chǎn)能支持的不足，且下游對(duì)國產(chǎn)IGBT的信任度不高。而且國內(nèi)IGBT企業(yè)規(guī)模偏小，投入也不足。

　　IGBT從業(yè)人士表示，目前國內(nèi)IGBT主要受制于晶圓生產(chǎn)的瓶頸，首先是沒有專業(yè)的代工廠進(jìn)行IGBT的代工，原8寸溝槽IGBT產(chǎn)品主要在華虹代工，但是IGBT并非華虹主營業(yè)務(wù)，產(chǎn)品配額極其匱乏，且價(jià)格偏高。但是隨著中芯國際紹興工廠和青島芯恩半導(dǎo)體的晶圓廠的落成，相信這個(gè)局面會(huì)有很大改觀。

　　其次，與國外廠商相比，國內(nèi)公司在大尺寸晶圓生產(chǎn)商工藝仍落后于全球龍頭，晶圓越大，單片晶圓產(chǎn)出的芯片就越多，在制造加工流程相同的條件下，單位芯片的制造成本會(huì)更低。目前，IGBT 產(chǎn)品最具競爭力的生產(chǎn)線是8英寸和12英寸，最為領(lǐng)先的廠商是英飛凌，國內(nèi)晶圓生產(chǎn)企業(yè)此前絕大部分還停留在6英寸產(chǎn)品的階段。目前國內(nèi)實(shí)現(xiàn)8英寸產(chǎn)品量產(chǎn)的有比亞迪、株洲中車時(shí)代、上海先進(jìn)、華虹宏力、士蘭微，并且士蘭微12寸晶圓產(chǎn)線預(yù)計(jì)2020年底量產(chǎn)。

　　IGBT對(duì)背面工藝和減薄工藝技術(shù)要求高。其中背面工藝中的退火激活難度極大;在減薄工藝上，我國還相對(duì)落后，目前國內(nèi)普遍可以將晶圓減薄到175μm，2018年12月份比亞迪公布能將晶圓減薄到120μm。而英飛凌制造的IGBT芯片最低可減薄到40um。在同尺寸產(chǎn)線橫向比較上，國內(nèi)的晶圓產(chǎn)線良率與國際龍頭相比還存在一定差距。

　　除了晶圓生產(chǎn)方面，在封裝方面也存在制約。車用IGBT的散熱效率要求比工業(yè)級(jí)要高得多，逆變器內(nèi)溫度最高可達(dá)120℃，同時(shí)還要考慮強(qiáng)振動(dòng)條件。因此封裝要求遠(yuǎn)高于工業(yè)級(jí)別。而IGBT封裝的主要目的是散熱，其關(guān)鍵是材料。在IGBT封裝材料方面，日本在全球遙遙領(lǐng)先，德國和美國處于跟隨態(tài)勢，我國的材料科學(xué)則相對(duì)落后。

　　所以，可以看出，IGBT是一個(gè)對(duì)產(chǎn)線工藝細(xì)節(jié)依賴性極強(qiáng)的公司，以英飛凌自己報(bào)告為例，同樣的設(shè)計(jì)，在6寸和8寸晶圓生產(chǎn)線上產(chǎn)出的產(chǎn)品性能差異極大，同樣兩條8寸晶圓生產(chǎn)線上產(chǎn)出的產(chǎn)品同樣性能差異極大。這就意味著設(shè)計(jì)公司不能跳出代工廠的支持獨(dú)立存在。所以，最好的路線就是IDM，這也是IGBT企業(yè)走向大而強(qiáng)的必經(jīng)之路。