在電力電子行業有一個東西，是目前功率電子器件裡技術最先進的產品，應用領域非常廣泛，小到家電、大到飛機、艦船、交通、電網等戰略性產業，被稱為電力電子裝置的“CPU”，也被稱為新能源汽車的“最強大腦”。
這究竟是何方神聖？下面我們一起來了解一下。
IGBT知多少？
IGBT是什麼？IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的複合全控型電壓驅動式功率半導體器件。簡單來說，它是一個非通即斷的開關，IGBT沒有放大電壓的功能，導通時可以看做導線，斷開時即為開路。
相較於早期的各種電力電子器件相比，IGBT融合了MOSFET以及BJT兩種器件的優點，如驅動功率小，飽和壓降低等。採用IGBT進行功率變換，能夠提高用電效率和質量，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關鍵技術。
IGBT在綜合性能方面佔有明顯優勢，適合於中、大功率應用的電力電子器件，非常適合應用於直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
IGBT從產品類型來看分為三類：IGBT單管、IGBT模組和IPM模組。IBGT單管中封裝了單個的IGBT芯片；IGBT模塊可以看成是多個IGBT單管集成的模塊，產品性能更可靠；而IPM模組的封裝集成度更高，通過把門級驅動和保護電路都封裝進IGBT模塊內部提高模組的易用性，但是隨之而來的缺點就是工作頻率較低。
市場中最常見的類型是IGBT模塊，平時在實際中使用的IGBT模塊是由IGBT與FWD（續流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品，具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點。
IGBT的應用領域和市場格局
IGBT作為新型功率半導體器件的主流器件，廣泛應用於工業、4C(通信、計算機、消費電子、汽車電子)、航空航天、國防軍工等傳統產業領域，以及新能源汽車、智能電網、軌道交通等戰略性新興產業領域。
受益於新興產業領域和工業市場的良好發展態勢，IGBT增長勢頭迅猛，根據集邦諮詢資料顯示，2018年中國IGBT市場規模預計為153億人民幣，相較2017年同比增長19.91%。隨著中國IGBT市場規模將持續增長，預計到2025年，中國IGBT市場規模將達到522億人民幣，年複合增長率達19.11%。
下面針對IGBT在新興產業中的情況做一下簡單介紹。
（1）新能源汽車
IGBT模塊在電動汽車中發揮著至關重要的作用，是電動汽車電機控制系統和空調系統及充電樁等設備的核心技術部件。IGBT模塊佔電動汽車成本將近10%，佔充電樁成本約20%。
（2）智能電網
IGBT廣泛應用於智能電網的發電端、輸電端、變電端及用電端。從發電端來看，風力發電、光伏發電中的整流器和逆變器都需要使用IGBT模塊；從輸電端來看，特高壓直流輸電中FACTS柔性輸電技術需要大量使用IGBT等功率器件；從變電端來看，IGBT是電力電子變壓器（PET）的關鍵器件；從用電端來看，家用白電、 微波爐、 LED照明驅動等都對IGBT有大量的需求。
（3）軌道交通
IGBT器件已成為軌道交通車輛牽引變流器和各種輔助變流器的主流電力電子器件。交流傳動技術是現代軌道交通的核心技術之一，在交流傳動系統中牽引變流器是關鍵部件，而IGBT又是牽引變流器最核心的器件之一。
回到我們熟悉的新能源汽車市場，近年來，全球新能源汽車發展如火如荼。據瞭解，全球的新能源車企中，除特斯拉和國內少數低速電動外，大部分品牌的新能源汽車都在使用IGBT模塊。
電動化、智能化、網聯化、共享化代表著未來新能源汽車的發展趨勢。而IGBT作為新能源汽車動力、電源系統中的核心器件，也將迎來黃金髮展期。
有分析稱，未來的新能源汽車市場變革中，中國會承擔引領者的角色。隨著新能源汽車對內燃機汽車在成本方面逐漸建立起領先優勢，到2025年全球新能源汽車的銷量有望增至1100萬輛。其中，中國佔全球市場份額中將接近50%，新能源汽車用IGBT的市場規模佔IGBT市場的17%。在新能源汽車快速發展的大勢下，GGII預估，國內新能源汽車和充電樁市場將出現200億IGBT模塊的需求量。
然而，面對如此龐大的市場需求，一個不得不提的業內現實是，IGBT作為如此重要的功率器件，在國內市場，中高端IGBT產能嚴重不足，長期依賴進口，中高端市場被英飛凌、三菱、富士電機、安森美等國外巨頭壟斷全球市場。
根據數據顯示，傳統IGBT市場90%被歐美、日本國際巨頭佔據，大多數IGBT廠商都涉足該領域有數十年之久。國外研發IGBT器件的公司主要有英飛凌、ABB、三菱、西門康、日立、富士、TOSHIBA、IXYS和APT等公司，其IGBT技術成熟，已實現了大規模商品化生產。
IGBT產品電壓規格涵蓋600V-6500V，電流規格涵蓋2A-3600A，形成了完善的IGBT產品系列。其中，西門康、安森美等企業在1700V及以下電壓等級的消費級IGBT領域處於優勢地位；ABB、英飛凌、三菱在1700V-6500V電壓等級的工業級IGBT領域佔絕對優勢，3300V以上電壓等級的高壓IGBT技術更是被英飛凌、ABB、三菱三家公司所壟斷，代表著國際IGBT技術最高水平。在大功率溝槽技術方面，英飛凌與三菱公司處於國際領先水平。其中，三菱電機的HVIGBT已經成為業內默認的標準，中國的高速機車用IGBT由三菱完全壟斷，同時歐洲的阿爾斯通、西門子、龐巴迪也是一半以上採用三菱電機的IGBT。
國際市場供應鏈已基本成熟，但隨著新能源等市場需求增長，市場鏈條正逐步演化。如今，這種“外資寡頭壟斷”的市場格局和技術壁壘正在被逐漸瓦解。隨著以比亞迪為代表的本土新能源汽車廠商在IGBT領域實現技術的突破，中國的新能源汽車配套產業格局正在悄然生變。
目前，新能源車用IGBT方面，比亞迪研發出的全新車規級產品IGBT4.0，其芯片損耗、模塊溫度循環能力、電流輸出能力等關鍵指標，達到了全球領先水平。
比亞迪打破國際大廠在車用IGBT芯片領域的壟斷，率先使用自研自制的IGBT產品，體現出比亞迪在車規級芯片領域的領先優勢。目前國內只有中國中車和比亞迪實現了在高鐵和電動汽車領域IGBT芯片的製造，比亞迪IGBT4.0技術的推出，標誌著全球車用IGBT大廠中開始出現國內廠商的身影。
我國目前IGBT領域相關企業統計如下：
國產IGBT芯片如何追趕？
目前，IGBT產品最具競爭力的生產線是8英寸和12英寸，目前國際最為領先的是英飛凌，已在12英寸生產線量產IGBT產品。國內目前晶圓代工廠的產能增量主要來源於新增8寸廠的產能釋放和現有廠商的產品結構改變。從集邦諮詢最新數據顯示，目前我國在建的8寸廠共有8座，達產後總釋放產能超過30萬片。 國內8寸線實現IGBT產品量產的有株洲中車和上海華虹宏力，而士蘭微電子在剛剛建成的8英寸生產線上投資上億元，購買了IGBT產品工藝專業研發的高能離子注入設備，激光退火設備和薄片Taiko設備，預計在未來的3-5年內，會大力發展和提高IGBT產品的設計和工藝研發水平。
而對於外資IDM廠商來說，目前主要在IGBT模塊封裝環節佈局，晶圓製造部分僅有德州儀器、萬國半導體、羅姆半導體等幾家國際廠商佈局。外資IDM產能增量主要來自於現有廠商的產能提升和在建廠的產能釋放，後續也不排除仍會有製造產線投資，但產能增量相對於內資企業來講較小。
IGBT目前已經發展到7.5代，第7代由三菱電機在2012年推出，三菱電機目前的水平可以看作7.5代，同時IGBT的下一代SiC技術已經在日本全面普及，無論三菱這樣的大廠還是富士機電、羅姆等小廠都有能力製造出SiC元件，我國目前剛由比亞迪突破到第四代水平，還存在較大的差距。
國內IGBT在設備、材料、芯片設計和晶圓製造上與國際大廠有一定差距，國內功率半導體芯片企業一般採取“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。而國際主要的IGBT廠商多采用IDM模式，IGBT芯片設計製造、模塊封裝、失效分析、測試等IGBT產業核心技術仍掌握在發達國家企業手中，一定程度上支撐了國際廠商的技術優勢。
國產IGBT芯片的主要工藝設備、襯底片都還要從國外採購，特別是在大功率模塊封裝方面，在產品的功率密度、散熱性能、長期可靠性以及模塊設計創新方面，技術差距仍然較大。同時IGBT作為關鍵設備上的核心部件，設備廠商更換國產產品風險較大，這也是制約國內企業產品進入高端市場的重要障礙。
此外，之所以形成較大差距的局面，另一部分原因也是國際廠商起步早，研發投入大，形成了較高的專利和技術壁壘。
所以中國功率半導體產業要想追趕或縮小與國際領先水平差距，必須改變目前技術處於劣勢的局面，特別是要在產業鏈上游層面取得突破。國產IGBT設計企業需要充分發揮上下游企業合作和“產、學、研、用”聯合優勢，提升我國IGBT領域的研發、製造、應用水平，形成我國自主IGBT器件及裝置的發展和產業化標準，做更加適合中國市場的IGBT器件。
近幾年中國IGBT產業在國家政策推動及市場牽引下得到較快發展，也已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整產業鏈，有助於IGBT國產化進程的加快，從而有望擺脫進口依賴。
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