近年来IGBT大火，许多厂商纷纷入局，但IGBT的价格一直都很贵，而且整体处于紧缺状态。
来源：芯世相读者
以英飞凌的型号为FF600R17ME4的IGBT举例，2020年2月份在正能量电子网的报价为650元左右，但从2020年4月份开始暴涨，现在已经高达1400元，英飞凌其余型号的IGBT，也均有不同涨幅。
前段时间，富昌电子发布了2021年Q4芯片供应的市场报告，报告中显示IGBT交期仍没有回落迹象，如英飞凌的IGBT交期长达39周－50周，ST的IGBT交期为36周－42周，仙童（被安森美收购）的IGBT交期为26周－52周，动辄四五十周的交期，和常态下IGBT芯片7－8周的交期相差甚远。
近年来，我国不断推行碳中和政策，受碳中和的节能减排目标影响，能源生产方面的光伏、风电等领域市场不断扩大，从能源消费等领域来看，新能源汽车、电气化铁路、节能家电等方面市场也在不断走高，而这些领域全都离不开IGBT。
在这种情况下，IGBT发展前景一片大好，需求不断扩大，但有很多朋友可能还是不够了解IGBT，那么今天芯世相就给大家科普一下IGBT，阅读这篇文章，你会了解到：
IGBT是何方神圣？
国内外IGBT厂商的对比
制约国内IGBT厂商发展的因素
01
IGBT是何方神圣？
IGBT是一种功率半导体器件，它的中文名叫“绝缘栅双极晶体管”，是由BJT（双极结型晶体管）和MOSFET（绝缘栅场效应管）组成的。IGBT按封装划分可以分为单管分立器件、IGBT模块、IPM。通常市场上的IGBT指的是IGBT模块，也就是由IGBT和FWD通过特定电路桥接封装而成的模块化半导体产品，也是我们本文主要探讨的内容。
相信很多朋友看到这已经懵了，但通俗的讲，其实可以将IGBT理解成一个开关，通过不断的通断让交流电与直流电可以相互转换，驱动电力电子装置运行，具有节约能源的特点，俗称电力电子装置的“CPU”。在交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域都能看见它的身影。
根据工作环境的电压不同，IGBT可以分为低压（600V以下）、中压（600V－1200V）、高压（1700V－6500V）。
一般低压IGBT常用于变频白电、新能源汽车零部件等领域；中压IGBT常用于工业控制、新能源汽车等领域；高压IGBT常用于轨道交通、电网等领域。
就我国来说，IGBT的下游应用市场中新能源汽车占比最大（市场占比为30％）；之后是工业控制（市场占比为27％）、消费电子（市场占比为22％）。
但目前IGBT主流器件市场上，大部分IGBT都依赖进口，基本被如英飞凌、富士电机等国外欧美、日本企业垄断，从全球市场份额来看，2020年全球前十IGBT厂商大多数为国外企业，而中国仅有斯达半导体一家上榜。
排名前十的公司分别为英飞凌（市场占比36．5％）、富士电机（市场占比11．4％）、三菱电机（市场占比9．7％）、Semikron（市场占比5．8％）、Vincotech（三菱电机控股，市场占比3．3％）、斯达半导体（市场占比2．8％）、日立（市场占比2．7％）、Danfoss（市场占比2．5％）、ABB（市场占比2．3％）、Bosch（市场占比2．1％），我国IGBT的发展进程虽然不如国外，但我国的IGBT市场还是有很大前景。
从上图看出2010年时，全球IGBT市场规模为210．4亿元，我国仅有50．5亿元，但在2018年时，全球IGBT规模为408．5亿元，而我国已经达到261．9亿元，中国市场规模同期增速为18．2％。
金智创新预测，未来几年我国的IGBT市场需求占比将从2019年不到35％提升到2025年的50％或以上，巨大的需求将为我国IGBT厂商提供良好的机会，但目前来看，国内IGBT厂商相比国外IGBT厂商，仍有不小差距。
02
国内外IGBT厂商的对比
国内厂商和国外厂商存在差距的原因主要是因为国外厂商成立时间早，技术领先、产品成熟、市场占比大、利润高、用户反馈丰富，自然有先发优势。
比如富士电机成立于1923年，三菱电机成立于1921年，英飞凌虽然成立于1999年，但它脱胎于西门子集团的半导体事业部，在成立之前就积累了许多的技术和经验。
再反观几大国内厂商，比亚迪半导体成立于2004年、中车时代成立于2005年、士兰微成立于1997年、华微电子成立于1999年，整体入局较晚，无论是技术、经验，还是用户反馈，相比国外都有不足，这么一看，国产IGBT厂商确实有点难：
1．设计难
2．生产线难
3．制造难
4．工艺难
5．下游认证周期长，门槛高
首先说说IGBT的设计，这是IGBT生产中极为重要的一环，前文提到过，IGBT就是将BJT和MOSFET组合成的新器件，按理说应该不难才对，但事实并没有那么简单。
很多朋友表示，这个电路只要有一些基础，就很容易看懂，但是具体操作起来，却有着很高的难度。
因为IGBE需要工作在大电流、高电压、高频率的工作环境中，因此进行芯片设计时的具体参数十分复杂，对技术水平有很高的要求。
第二点就是生产线的问题，IGBT的主流生产线是8英寸和12英寸，像英飞凌等国外大厂，早就已经有了12英寸生产线，但我国早期多数IGBT生产线还停留在6英寸和8英寸，导致单位芯片制造成本高，产出芯片少。不过目前士兰微等许多企业也已经建立了12英寸生产线，情况已经要好转许多。
第三点就是IGBT的制造方面，IGBT分为IDM模式（有晶圆厂）和Fabless模式（无晶圆厂），其中国外大厂主要以IDM模式为主，如英飞凌、三菱电机等，有自己有生产线，产能自己说了算，工艺自己方便调整，最核心的技术都在自己手里，自给自足。目前国内能把IGBT芯片的IDM模式做好的，主要有比亚迪半导体、株洲中车时代等厂商。
第四点是工艺难，IGBT对背面工艺和减薄工艺要求很高，但对多数国内企业来说，这两项工艺和英飞凌等国外大厂相比仍比较落后。
第五点，是因为IGBT芯片属于电力电子核心器件，本身就有很高的门槛，因此下游厂商在采购时，也会经过多重测试环节，才敢大批量投入，因此下游的认证周期本身就很长。
而IGBT厂商本就不多，老牌厂商和下游长期合作，尤其是国外IGBT大厂和部分国内IGBT厂商，已经和客户建立了一定的信任基础，此时国内新玩家入场，很难短时间内赢得客户信任，因此就算大厂缺货，下游也不敢轻易使用替换，所以IGBT市场门槛高、替换难，也在一定程度上制约了国内IGBT的发展。
03
国产IGBT“芯”机会
在以前，国内终端企业对国产芯片替代的意愿并不强，但随着中美贸易摩擦的不断加剧，国内终端们开始主动尝试芯片国产替代，为IGBT在内的国产芯片的发展打开了切口。
要知道过去90％以上IGBT器件都依赖进口，尤其是3300V以上高电压等级的IGBT更是长期由少数国外半导体厂商垄断，一旦我们被国外IGBT“卡脖子”，对我国的IGBT下游应用端将造成严重的影响，因此为了实现IGBT的自主可控，中国的IGBT发展势在必行。
而且中国IGBT的发展还有着很客观前景，《全球新能源汽车市场中长期发展展望（2025）》显示，2019年中国新能源汽车销量达109万辆，占全球新能源汽车销量的49．3％，预计2025年中国新能源汽车销量约达到550万辆左右。
而一辆新能源汽车一般需要多个IGBT模块，约占整车成本的7％－10％，因此，随着新能源汽车需求的爆发式增长，IGBT模块也会也会迎来巨大的市场。
其次在光伏领域，近年来，国家倡导节能减排，支持“碳中和”概念，国内光伏逆变器厂商在过去几年内增长迅速，2017年时，中国逆变器的出货量仅有10GW，但中商产业研究院预测2022年中国逆变器的出货量将达到173GW之多。
而IGBT是逆变器的核心器件之一，占整体逆变器价值量的20％—30％，这意味着IGBT的需求只会越来越大，是国产IGBT的新增进点。
第二个机会点是因为市场上IGBT缺货情况严重，前文已经提到国外IGBT大厂交期动辄四五十周的交期，和常态下IGBT芯片7－8周的交期相差甚远，供给严重不足的情况下，对于国产厂商来说，就到了攻市占，拼技术的重要时刻，网上关于IGBT国产替代的话题也逐渐火热了起来。
国家也对此进行了布局，将IGBT列为国家16个重大技术突破专项中的第二位，简称“02专项”，前段时间，国家电网的IGBT也有了新突破，为我国的IGBT发展吹响了“冲锋号”。
“10月30日22时，国家电网自主研发生产的3300伏IGBT器件经过连续两天2次12小时40万千瓦功率大负荷连续试运行，在福建厦门柔直鹭岛换流站完成调试！这标志着我国已完全掌握IGBT器件设计、工艺、生产、应用等核心技术，打破了国外厂家对该领域的技术垄断，解决了电网核心功率期间卡脖子问题，具有里程碑意义。”——电网头条
纵观现在的国内IGBT市场，有不断入局的国产厂商，积极研发的国家电网，前景大好的新能源汽车，大势所趋的碳中和，现货紧缺的芯片市场……总的来说，发展国内IGBT，是一条前景无限好的道路。
但这条路，注定是充满荆棘的。
参考资料：
【1】《IGBT！国家电网做到了！》电网头条，2021
【2】《盘点国内IGBT企业，23家！》，旺财芯片，2021
【3】《IGBT的发展为什么这么难？》，科创之道，2020
【4】《IGBT国内替代国外》，ittbank，2020
