作为复合功率半导体器件，IGBT具备控制功率小、输入阻抗高以及损耗小等诸多优点，已经成为电力电子领域开关器件的主流发展方向，在新能源汽车、轨道交通、航空航天等多个领域有着广泛的应用。而在全球“碳中和、碳达峰”的大趋势下，新能源汽车、新能源发电以及储能等节能产品市场，将进一步推动IGBT市场的蓬勃发展。

然而，IGBT芯片却受制于人，95%产品靠海外进口，困局该如何打破？

工业万金油

IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOSFET（绝缘 栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。正因如此，IGBT的应用非常广泛。

工控领域是IGBT的重要应用场景。

根据Trendforce统计，2018年我国IGBT下游应用领域中，新能源汽车、消费电子以及工业控制是最主要的应用领域，占比分别为31%、27%以及20%。IGBT 在工业控制领域应用场景主要包括变频器、逆变焊机以及UPS电源等。

变频器能够对运行状态下设备的电流频率进行调节，从而降低设备运行能耗，达到节能的效果。根据英威腾官网披露的信息，抽油机起动初始状态要求拖动电 机的起动力矩是抽油机实际负载的3-4倍。起动力矩适用则负载功率必然匹配不佳，运行负载功率远小于电机的额定功率，会出现所谓的“大马拉小车” 现象。过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加，造成油井开采电费成本居高不下，能源浪费严重。通过对抽油机进行变频改造，可实现 30%以上的节电率。

在碳中和、碳达峰背景下，变频器在冶金、煤炭、石油化工等工业领域的应用范围将不断扩大。同时我国城市化进程的加快也推动变频器在市政、轨道交通等公共事业领域的需求持续增长。

逆变电焊机是IGBT在工业领域的又一重要应用。

根据中国电器工业协会数据，2019年我国电焊机产量为950.06万台，同比增加96.76万台，电焊机市场的持续升温将进步推动IGBT需求量的不断增长。同时，逆变式弧焊电源凭借优异的电源特性在电焊机市场持续渗透，推动逆变式弧焊电源的应用市场规模逐步扩大。预计到2025年，我国逆变焊机市场规模将达414亿元，2020-2025年年均复合增速为7.22%。假设逆变电焊机行业平均毛利率为30%，IGBT在逆变电焊机成本比重为10%，则2025年我国逆变焊机用 IGBT市场规模将达29亿元。

UPS电源是一种含有储能装置的不间断电源，主要用于对电源稳定性要求较高的设备提供不间断的电源。使用UPS电源为计算机系统供电，可以有效避免由于电网突然断电导致计算机系统数据丢失问题的发生，对计算机系统以及现代化设备的稳定运行具有重要意义。

根据前瞻产业研究院数据，我国UPS电源2025年预计市场规模为191亿元，2020-2025 年年均复合增速为12.97%。假设UPS电源行业平均毛利率为30%，IGBT在UPS电源成本占比为15%，那么到2025年我国UPS电源用IGBT市场规模将达20亿元。

IGBT受制于人

从上述来看，IGBT芯片不仅应用广泛，而且，对于相关产业的发展极为重要。不过，如此重要的半导体器件，国内IGBT市场长期以来被外企垄断。

数据显示，我国IGBT市场主要被英飞凌、三菱、富士电机以及ABB等国际厂商所垄断，尤其是在高端IGBT芯片市场上，95%主要依赖进口。

其实，我国IGBT受制于人的原因有很多，首先，IGBT芯片涉及的技术壁垒较高，根据笔者了解，这类产品在研究过程中，需要应用到诸多学术内容，如电磁学、热学、力学等等，加上我国本身存在高端人才匮乏的情况，所以，长期以来，IGBT芯片的研究严重落后于其他外企。

其次，我国在IGBT器件方面未形成完整的产业链。纵观IGBT赛道的竞争，头部效应集中的现象极为明显，如英飞凌、富士电机，他们从设计、制造以及设备等方面，都已经实现了自主可控，其中英飞凌在IGBT芯片的研发方面，已经进行了7次技术迭代，达到了顶尖的技术水平。

值得一提的是，在“十四五”规划中，IGBT已经被我国列为未来重点攻克的技术之一，毫无疑问，在市场和政策的双加持下，国内IGBT企业将迎来巨大的发展机遇。

国产IGBT迎来“猛兽”

可以说我国拥有着最大的功率半导体市场，国内厂商在IGBT等高端器件在技术上与国际大公司相比还有着一些差距。从市场上看，虽然英飞凌、 三菱和富士电机等国际厂商目前占有绝对的市场优势，但国内IGBT也在国产进程中呈现出强势崛起的姿态。

宏微科技IGBT模块

宏微科技成立时间稍晚于斯达半导，但也是国内第一批IGBT公司，产品涵盖IGBT、FRED芯片及单管产品100 余种，IGBT、FRED、整流二极管及晶闸管等模块产品400余种。其中IGBT单管芯片全部来自自研，模块产品芯片自研外购并举，IGBT、FRED芯片相关技术指标与行业领袖英飞凌同规格产品关键参数较为接近，处于行业先进水平。

从下游应用领域的分布来看，产品主要用于工控领域并开始布局新能源。

2020年公司来自工业控制、新能源及变频白色家电领域收入分别为3.02亿元、1866.83万元以及812.79万元，占收入比重分别为91.10%、5.63%以及2.45%。

工控领域，公司主要客户包括台达集团、汇川技术、合康新能等多家变频器行业领军企业，以及佳士科技、奥太集团、上海沪工等多家知名电焊机行业企业。2020年2月，宏微科技与华为技术签订了《关于光伏 IGBT 产品的合作协议》，合同期限至2025年12月31日。中国企业在全球光伏逆变器市场占据主导地位，华为市占率全球第一。2020年全球逆变器出货量排名前10的厂商中有6家中国企业，光伏逆变器对IGBT芯片可靠性要求严苛，公司产品获华为认可，有望进一步打开其他国内企业市场空间。

斯达半导IGBT模块

斯达半导作为国内IGBT行业的领军企业，其自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是核心竞争力之一。其中斯达半导自主研发的第二代芯片FS-Trench已实现量产，成功打破了国外企业常年对IGBT芯片的垄断。

目前斯达半岛的产品矩阵覆盖600V-3300V级别。主要优势在于超低的传导损耗和短路强度。

可以说全系列都是为高功率转换器等应用而设计。在设计上采用了低VCE（sat），沟槽式IGBT技术，低VCE（sat）的同时具备正温度系数，短路强度仅为10μs。同时外壳采用了低电感设计，并用低热阻氮化铝衬底。AlSiC基板设计让旗下IGBT产品具有高功率循环能力。

使用SiC设计的确会让IGBT具有更高的效率、更高的频率、更高的工作温度。但是它的高价格，低鲁棒性以及还有一些其他问题在现阶段实际上还未全部解决。但毫无疑问的是在IGBT随着新能源汽车的需求升级，SiC会在IGBT有着广阔的应用场景。

比亚迪半导体IGBT模块

比亚迪半导体09年的车规级IGBT 1.0技术，实现了我国在车用IGBT芯片技术上零的突破。其后一直到IGBT 4.0技术，比亚迪IGBT产品在电流输出、综合损耗及温度循环寿命等许多关键指标上超越了国际主流企业产品。比亚迪目前可提供包含裸芯片、单管、功率模块等不同形式的IGBT产品，产品覆盖750V、1200V电压平台，广泛应用于工控领域、变频家电领域、新能源汽车领域等。比亚迪功率半导体产业在IGBT及SiC芯片上看重模块性能表现，高效率、高集成、高可靠性是旗下IGBT产品的突破方向。

IGBT4.0芯片通过精细化平面栅设计，电机的扭矩与输出功率会非常高，在无需高功率输出的工况中能够大大降低能耗，综合损耗较市场主流产品降低了约20%。同时采用新一代自主研发的高密度沟槽栅技术，在可靠性及产品性能上同样有很大突破。

中车时代电气 IGBT模块

株洲中车时代电气是国内唯一自主掌握了高铁动力IGBT芯片及模块技术的企业，在1200V-6500V高压模块上优势明显。中车时代半导体拥有国内首条、全球第二条8英寸IGBT芯片线。

TIM750ASM65-PSA是中车时代的6500V级的IGBT模块，在高压工况下，该模块的VCE(SAT)仍不超过2.8V。同时，RthJC IGBT不超过0.095 K/W。基板材料同样选择了AlSiC。4500V级的TIM1200ASM45-PSA同样拥有极低的RthJC，仅为0.008 K/W，压降不超过2.3V。

从IGBT研发到生产全面能力来看，中车时代电气的产品系列很齐全。车规级IGBT的量产装车能力也很强。随着IGBT模块功率密度要求的不断提升和成本的不断下降，中车时代已经开始从从封装，散热等角度开始着手，在平面封装方式上推出新产品和技术。

国内还有许多实力强劲的IGBT厂商，如士兰微在300-600V传统型IGBT工艺上就首屈一指，中科君芯则全面掌握650V-6500V全电压段IGBT芯片技术，宁波达新采用自主IGBT芯片也推出了涵盖600V～1700V的系列化模块。国内IGBT在芯片设计、晶圆制造、模块封装等整个产业链基本都已有布局，每个环节均有不少实力强劲的企业。整体来看，中国IGBT产业链正逐步具备国产替代能力。

在碳中和及节能减排的推动下，IGBT需求将进一步扩张，作为电能转换核心器件，IGBT国产化替代迎来黄金发展期。

本文来源：芯片观察室，每日财报，电子发烧友观察