什么是IGBT？所谓IGBT(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)是由BJT (bipolar junction transistor，双极结型晶体管)和MOS(insulated gate field effect transistor，绝缘栅场效应晶体管)组成的复合型全控压驱动功率半导体器件，具有自关断的特性。

简单来说就是一个通断开关。IGBT没有放大电压的功能。开着的时候可以看作是电线，关着的时候可以看作是开路。IGBT结合了BJT和MOSFET的优点，如低驱动功率和低饱和电压。

通常，我们在实践中使用的IGBT模块是一种模块化的半导体产品，通过特定的电路将IGBT和FWD(续流二极管芯片)桥接起来进行封装。具有节能、安装维护方便、散热稳定等特点。

国内IGBT企业的崛起

IGBT是关系国民经济发展的基础产品。作为如此重要的IGBT，中国不得不面临长期依赖进口的尴尬局面。市场主要被以英飞凌、三菱、富士电机为首的国际巨头垄断。2005年以来，大量海外IGBT人才回国投资发展国内IGBT芯片和模组产业，尤其是美国国际整流器公司(IR)。

从IR回国主要从事芯片开发的专家有斯达半导体唐毅博士、大新半导体陈志勇博士、卢鑫科技Jason博士等。这些公司已经成为主要生产IGBT芯片的产品公司。另外，银茂微电子庄伟东博士是从事IR方面模组开发的专家。中科院微电子所较早涉足IGBT产业，无锡中科君芯主要负责IGBT的研发。中科君芯RD团队先后有微电子所、IR、电装、成电等技术团队加入。

作为中国IGBT行业的龙头企业，明星半导体成立于2005年，并于2020年2月4日在上交所主板成功上市。公司自主研发的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是公司的核心竞争力之一。IHSMarkit报告数据显示，在2018年IGBT模组供应商全球市场份额排名中，斯达半导体排名第8，中国企业排名第1，成为全球前十中唯一的中国企业。其中，斯达半导体自主研发的第二代芯片(FS-Trench，国际第六代芯片)已实现量产，成功打破了国外企业对IGBT芯片的常年垄断。

宁波大信成立于2013年，主要从事IGBT、MOSFET、FRD等功率半导体芯片和器件的设计、制造和销售。公司在8英寸和6英寸晶圆制造平台上成功开发了600V-3300V IGBT芯片产品，目前芯片水平覆盖10A ~ 200 A，凭借自主IGBT芯片，大新推出了一系列IGBT模块，可满足工业应用、消费电子和新能源的需求。模块的电压范围为600V ~ 1700V，电流范围为10 A ~ 800 A。

上海卢鑫电子科技有限公司专注于功率半导体(IGBT、SJMOS SiC)的设计和应用，包括芯片、单晶体管和模块。它具有以下优点:通过优化耐压端环，实现IGBT高阻断电压，有效减小芯片面积，达到工业和汽车可靠性标准；通过控制少数载流子寿命来优化饱和压降和开关速度；实现安全运行区(SOA)和短路电流安全运行区(SCSOA)的最佳性能；提高IGBT有源区单元设计的可靠性，抑制IGBT的闩锁效应；调整背部减薄、注入、退火、金背衬等工艺；实现60um~180um晶圆厚度的量产。

南京银微成立于2007年，专注于工业和其他应用的功率IGBT和MOSFET模块产品的设计和制造。通过使用现代设备处理和表征高达3.3kV的功率模块，南京银茂威建立了先进的功率模块制造能力，并且还可以执行功率模块资格测试。产品已广泛应用于工业逆变器、焊机、UPS、电源和新能源应用领域。

江苏中科君芯科技有限公司是一家专注于IGBT、FRD等新型电力电子芯片研发的中外合资高新技术企业，成立于2011年底。君芯科技是国内第一家研发Trench FS技术并实现量产的企业。公司推出的IGBT芯片、单管、模块产品从600V到600V，覆盖了目前主要的电压和电流段，并已批量应用于感应加热、逆变焊机、工业变频、新能源等领域。君芯科技独创的DCS技术将应用于最新的汽车IGBT芯片。

随着行业景气度的逐渐提升和政策的推动，很多新进入者抢市场。据集邦咨询分析，目前市场新进入者主要有三类。一是向等高端产品拓展业务的功率半导体企业，如科技、华微电子等；二是满足自身需求，出于供应链安全考虑涉足上游，如CRRC时代、比亚迪等。三是看好市场的新公司，如瑞能半导体、广东新炬能源、福能半导体等。

IGBT方面，杨洁科技于2018年3月在宜兴举行了6英寸晶圆生产线。目前生产线已量产IGBT芯片，主要用于电磁炉等小家电。此外，杨洁科技也在积极推进IGBT模块新产品的研发进程，50A/75A/100A-1200V半桥IGBT已经研发成功。此外，公司还积极规划8英寸线建设，储备8英寸线晶圆和IGBT技术人才。

老牌功率半导体器件制造商吉林华微电子于2019年4月发布配股说明书，拟募集资金建设8英寸生产线项目。本次募投项目主要产品技术先进，达到英飞凌、ABB等厂商水平。华微电子于2001年上市，是中国第一家功率半导体器件领域的上市公司。目前有IGBT、MOSFET、SCR、SBD、IPM、FRD、BJT等系列产品。，这是主要的营销线，已经形成，产品类别基本上涵盖了整个范围的功率半导体器件。公司的IGBT芯片技术、沟槽技术、生命控制和终端设计技术国内领先，达到国际同行业先进水平。

在IDM模式的厂商中，CRRC和比亚迪分别依靠高铁和新能源汽车取得了一定的成绩。

株洲CRRC时代半导体有限公司(简称CRRC时代半导体)作为CRRC时代电气股份有限公司的全资子公司，全面负责公司的半导体产业运营。自1964年以来，它一直投资于功率半导体技术的RD和产业化。2008年，战略性收购英国Dannix公司。目前已成为全球少数掌握大功率晶闸管、IGCT、IGBT、SiC器件及其组件技术的IDM(集成设计制造)模式企业，拥有芯片、模块、器件、系统的完整产业链。

中汽时代半导体拥有国内首条、全球第二条8英寸IGBT芯片生产线。全系列高可靠性IGBT产品彻底解决了轨道交通核心部件受制于人的局面，基本解决了UHV输电工程关键部件的国产化问题，正在解决我国新能源汽车核心部件的自主化问题。

比亚迪2005年进入IGBT行业，2009年推出首个IGBT 1.0技术，打破国际厂商垄断，实现中国汽车IGBT芯片技术零突破。2018年，其IGBT 4.0产品在当前产量、综合损耗、温度循环寿命等多项关键指标上超越英飞凌等主流企业，产能已达5万片，并已对外供货。该公司也是中国唯一一家拥有完整IGBT产业链的车企，包括IGBT芯片设计、晶圆制造、模块封装等零部件，以及模拟测试和整车测试。好消息是，据《长沙晚报》近日报道，位于长沙的比亚迪IGBT项目已正式开工建设，拟建设集成电路制造生产线。

在IGBT的新玩家中，振华科技持股20%的成都韦森科技有限公司是由清华大学和中国科学院的博士团队创办的高科技企业。公司成立于2017年，主要从事IGBT及其他功率半导体芯片和产品的设计、开发和销售。NSN IGBT芯片产品的性能已经可以作为英飞凌产品的基准。公司主要产品电压等级600V-1700V，单片电流规格5A-200A，覆盖工业控制、变频家电、电动汽车、风电伺服驱动、光伏逆变器等领域。

据了解，来自恩智浦电源产品线的瑞能半导体也有意进入IGBT轨道。事实上，瑞能还有一个IGBT的优势。首先，瑞能是所有重要白色家电厂商的供应商，对市场应用和客户需求有着深刻的理解，未来产品在性价比上更有优势；此外，瑞能是中国唯一一家拥有全球分销网络的中国电力半导体公司。最后，瑞能积累了50多年的功率器件技术，IGBT最注重可靠性。依托瑞能南昌国家可靠性与失效分析实验室，未来将在质量可靠性方面形成竞争优势。

广东芯能半导体成立于2018年11月，同样看重IGBT市场。芯能半导体于2019年9月20日在广州南沙举行奠基仪式，总投资25亿元。据了解，该项目一期将建设新能源汽车用IGBT和碳化硅功率器件及模块生产基地，实现工业功率器件的规模化生产。第二阶段，延伸新能源汽车和自动驾驶汽车的电源模块、半导体器件和系统产品，形成从芯片到封装、模块的产业链。

除了上述企业，国内IGBT在芯片设计、晶圆制造、模组封装等全产业链上基本已经有所布局。总体而言，中国IGBT产业链正逐渐具备国内替代能力。

国内IGBT和国外IGBT的差距

让我们来谈谈IGBT的全球发展。从市场竞争来看，美国功率器件处于世界领先地位，拥有一批具有全球影响力的厂商，如TI、飞兆、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS、Vishay等。欧洲有英飞凌、ST、NXP三家全球半导体厂商，产品线齐全，功率IC和功率分离器件都有领先实力。

日本电源器件厂商主要有东芝、瑞萨、NEC、理光、三科、精工、三洋、夏普、富士通、东芝、罗门、松下、富士电机等。日本厂商在分立功率器件方面做的很好，但是在功率芯片方面，虽然厂商很多，但是很多厂商的核心业务并不是功率芯片。

就整体市场份额而言，日本制造商落后于美国制造商。近年来，中国台湾省的功率芯片市场发展迅速，出现了一批制造商，如力成、福鼎先进、茂达、安茂、志信和裴恒。台湾地区厂商主要集中在DC/DC领域，主要产品有线性稳压器、PWMIC(脉宽调制IC)和功率MOSFET。大多数公司从事前两种IC产品的开发。

总体来看，台湾省电力厂商发展迅速，技术与国际领先厂商的差距进一步缩小。他们的产品主要用于电脑主板、显卡、数码产品和液晶设备。

而中国大陆的功率半导体市场占世界市场的50%以上，90%的中高端MOSFET和IGBT主流器件主要依赖进口，基本被国外欧美日企业垄断。

2015年国际IGBT市场规模约为48亿美元，预计到2020年市场规模将达到80亿美元，年复合增长率约为10%。

2014年，国内IGBT销售额为88.7亿元，约占全球市场的1∕3。预计2020年中国IGBT市场规模将超过200亿元人民币，年复合增长率约为15%。

目前，IGBT器件的规格由英飞凌、ABB、三菱等国外公司开发。涵盖了600V-6500V的电压和2A-3600A的电流，形成了完整的IGBT系列产品。根据不同的细分，各大公司有以下特点:

(1)英飞凌、三菱、ABB在1700V以上电压等级的工业IGBT领域具有绝对优势；在3300V V以上电压等级的高压IGBT技术领域几乎处于垄断地位，在大功率沟槽技术方面，英飞凌、三菱处于国际领先水平；

(2)西门康、仙童等。在1700伏及以下电压等级的IGBT领域处于主导地位。

国际市场供应链已经基本成熟，但随着新能源等市场需求的增长，市场链也在逐渐演变。

在国内，虽然中国拥有最大的功率半导体市场，但国内功率半导体产品的RD与国际公司仍有很大差距，尤其是与IGBT等高端器件的差距。核心技术掌握在发达国家企业手中，IGBT技术的高度集成导致市场集中度高。与国内厂商相比，英飞凌、三菱、富士电机等国际厂商具有绝对的市场优势。造成这种情况的主要原因是:

(1)国际厂商起步早，在RD投资大，形成了很高的专利壁垒。

(2)国外高端制造业水平远高于国内，一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。

因此，中国功率半导体产业的发展必须改变技术处于劣势的现状，尤其是在产业链上游层面取得突破，改变功率器件领域封装强于芯片的现状。

技术差距还体现在以下两个方面:

(1)用于高铁、智能电网、新能源、高压变频器的IGBT模块规格在6500V以上，技术壁垒较强；

(2)IGBT产业的核心技术，如IGBT芯片设计制造、模块封装、失效分析测试等，仍然掌握在发达国家的企业手中。

中国发展IGBT面临的具体问题

(1)IGBT技术与工艺中国的功率半导体技术，包括芯片设计、制造和模块封装技术，还处于起步阶段。功率芯片技术的研究一般采用“设计+代工”的模式，即设计公司提出芯片设计方案，国内部分集成电路公司代工生产。

目前，国内IGBT主要受到晶圆生产瓶颈的制约。首先，IGBT没有专业的OEM。原来的8寸海沟IGBT产品主要是在华虹贴牌生产，而IGBT在华虹不是主营业务，产品配额极度匮乏，价格高。不过，随着SMIC绍兴工厂和青岛新恩半导体晶圆厂的建成，我相信这种情况会得到很大的改善。

其次，与国外厂商相比，国内企业在大尺寸晶圆厂商的技术上仍然落后于世界领先水平。晶片越大，单个晶片生产的芯片就越多。在相同的制造工艺下，每个芯片的制造成本会更低。目前，IGBT产品最具竞争力的生产线是8英寸和12英寸，英飞凌是领先的制造商。国内大部分晶圆厂商之前都停留在6寸产品的阶段。目前，比亚迪、株州CRRC时代、上海先进、华虹李鸿、士兰威已在国内实现8英寸产品量产，士兰威12英寸晶圆生产线预计2020年底量产。

因为这些集成电路公司大多没有独立的功率器件生产线，只能利用现有的集成电路生产技术完成芯片加工，所以基本都是设计生产一些低压芯片。与普通集成电路芯片相比，大功率器件有许多独特的技术问题，如芯片减薄工艺、背面工艺等。要解决这些问题，不仅需要成熟的工艺技术，还需要先进的工艺设备。这些都是我国功率半导体产业发展中亟待解决的问题。

自20世纪80年代初以来，IGBT芯片的内部结构被设计成非穿通型(NPT)、穿通型(PT)和弱穿通型(LPT)。为了提高IGBT的开关性能和通态压降，人们已经做了大量的工作。然而，在技术上实现上述设计是相当困难的。尤其是板材工艺和背面工艺。正面的绝缘钝化和工艺背面的减薄在国内都不是很好。

技术上，IGBT器件有特定的耐压指标，芯片厚度也是特定的，需要薄到200-100um，甚至80um。现在国内能把晶圆薄到175um，再低也没有能力。比如100~200um量级，硅片薄到这种程度，后续加工难度更大，尤其是8寸以上的大硅片，容易破碎，难度更大。

背面工艺包括背面离子注入、退火活化、背面金属化和其他工艺步骤。由于正面金属熔点的限制，这些背面工艺必须在低温(不超过450℃)下进行，退火活化步骤极其困难。背注和退火，这个过程没有想象的那么简单。有些国外公司可以代客户做加工，但一旦和客户签订协议，就不再向国内客户提供加工服务。

模块封装技术方面，国内基本掌握传统的焊接封装技术，其中中低压模块封装的厂商较多，高压模块封装主要集中在南车和北车。与国外公司相比，技术差距依然存在。国外公司在传统封装技术的基础上，相继开发出多种先进封装技术，可大幅提高模块的功率密度、散热性能和长期可靠性，并已初步实现商业化应用。

高端工艺开发人员短缺，现有RD人员的设计水平有待提高。目前，国内还没有系统掌握IGBT制造工艺的人才。从外国公司进口先进的电力设备是一条捷径。但是，只引进一个人很难掌握IGBT制造的全过程，引进一个团队太难了。IGBT在国外制造的许多技术都受到专利保护。目前，如果我们想从国外购买IGBT的设计和制造技术，有许多专利涉及。(2)IGBT工艺设备很难购买和匹配国内的IGBT工艺设备。每道生产工序都配有专用设备。有些是国内没有的，或者技术水平不达标。比如德国的true 空焊接机可以将芯片焊接空的开孔率控制在1%以下，而国产设备空的开孔率高达20%到50%。外国设备不得出售给中国，如板材加工设备。

再比如:日本政府不允许出口日本制造的表面喷砂设备。好的进口设备很贵，便宜的设备不适用。例如，自动化测试设备是必不可少的，但它是昂贵的。如果改为人工测试，会增加人为因素，测试数据误差较大。IGBT的生产过程对环境要求很高。需要高标准空气体净化系统和世界一流的高纯水处理系统。

要成功设计制造IGBT，必须有一个自动化、专业化、规模化领先的大功率IGBT产业化基地，集产品设计、芯片制造、封装测试、可靠性测试、系统应用等成套技术的研发和产品制造于一体。投资额往往高达数十亿元。

摘要:

由于IGBT工业技术门槛高、人才缺乏、市场开拓困难、资金投入大等困难，国内企业在工业化进程中进展缓慢。随着全球制造业向中国转移，中国功率半导体市场占全球最大IGBT市场的50%以上。但IGBT产品严重依赖进口，中高端领域的IGBT器件90%以上依赖进口。因此，IGBT本土化势在必行。