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在电力电子行业有一个东西，是目前功率电子器件里技术最先进的产品，应用领域非常广泛，小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业，被称为电力电子装置的“CPU”，也被称为新能源汽车的“最强大脑”。
这究竟是何方神圣？下面我们一起来了解一下。
IGBT 知多少？
IGBT 是什么？IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是由 BJT（双极型三极管）和 MOS（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。简单来说，它是一个非通即断的开关，IGBT 没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时即为开路。
相较于早期的各种电力电子器件相比，IGBT 融合了 MOSFET 以及 BJT 两种器件的优点，如驱动功率小，饱和压降低等。采用 IGBT 进行功率变换，能够提高用电效率和质量，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键技术。
IGBT 在综合性能方面占有明显优势，适合于中、大功率应用的电力电子器件，非常适合应用于直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT 从产品类型来看分为三类：IGBT 单管、IGBT 模组和 IPM 模组。IBGT 单管中封装了单个的 IGBT 芯片；IGBT 模块可以看成是多个 IGBT 单管集成的模块，产品性能更可靠；而 IPM 模组的封装集成度更高，通过把门级驱动和保护电路都封装进 IGBT 模块内部提高模组的易用性，但是随之而来的缺点就是工作频率较低。
市场中最常见的类型是 IGBT 模块，平时在实际中使用的 IGBT 模块是由 IGBT 与 FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。
IGBT 的应用领域和市场格局
IGBT 作为新型功率半导体器件的主流器件，广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及新能源汽车、智能电网、轨道交通等战略性新兴产业领域。
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受益于新兴产业领域和工业市场的良好发展态势，IGBT 增长势头迅猛，根据集邦咨询资料显示，2018 年中国 IGBT 市场规模预计为 153 亿人民币，相较 2017 年同比增长 19.91%。随着中国 IGBT 市场规模将持续增长，预计到 2025 年，中国 IGBT 市场规模将达到 522 亿人民币，年复合增长率达 19.11%。
下面针对 IGBT 在新兴产业中的情况做一下简单介绍。
（1）新能源汽车
IGBT 模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用，是电动汽车电机控制系统和空调系统及充电桩等设备的核心技术部件。IGBT 模块占电动汽车成本将近 10%，占充电桩成本约 20%。
（2）智能电网
IGBT 广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端。从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用 IGBT 模块；从输电端来看，特高压直流输电中 FACTS 柔性输电技术需要大量使用 IGBT 等功率器件；从变电端来看，IGBT 是电力电子变压器（PET）的关键器件；从用电端来看，家用白电、 微波炉、 LED 照明驱动等都对 IGBT 有大量的需求。
（3）轨道交通
IGBT 器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一，在交流传动系统中牵引变流器是关键部件，而 IGBT 又是牵引变流器最核心的器件之一。
回到我们熟悉的新能源汽车市场，近年来，全球新能源汽车发展如火如荼。据了解，全球的新能源车企中，除特斯拉和国内少数低速电动外，大部分品牌的新能源汽车都在使用 IGBT 模块。
电动化、智能化、网联化、共享化代表着未来新能源汽车的发展趋势。而 IGBT 作为新能源汽车动力、电源系统中的核心器件，也将迎来黄金发展期。
有分析称，未来的新能源汽车市场变革中，中国会承担引领者的角色。随着新能源汽车对内燃机汽车在成本方面逐渐建立起领先优势，到 2025 年全球新能源汽车的销量有望增至 1100 万辆。其中，中国占全球市场份额中将接近 50%，新能源汽车用 IGBT 的市场规模占 IGBT 市场的 17%。在新能源汽车快速发展的大势下，GGII 预估，国内新能源汽车和充电桩市场将出现 200 亿 IGBT 模块的需求量。
然而，面对如此庞大的市场需求，一个不得不提的业内现实是，IGBT 作为如此重要的功率器件，在国内市场，中高端 IGBT 产能严重不足，长期依赖进口，中高端市场被英飞凌、三菱、富士电机、安森美等国外巨头垄断全球市场。
根据数据显示，传统 IGBT 市场 90%被欧美、日本国际巨头占据，大多数 IGBT 厂商都涉足该领域有数十年之久。国外研发 IGBT 器件的公司主要有英飞凌、ABB、三菱、西门康、日立、富士、TOSHIBA、IXYS 和 APT 等公司，其 IGBT 技术成熟，已实现了大规模商品化生产。
IGBT 产品电压规格涵盖 600V-6500V，电流规格涵盖 2A-3600A，形成了完善的 IGBT 产品系列。其中，西门康、安森美等企业在 1700V 及以下电压等级的消费级 IGBT 领域处于优势地位；ABB、英飞凌、三菱在 1700V-6500V 电压等级的工业级 IGBT 领域占绝对优势，3300V 以上电压等级的高压 IGBT 技术更是被英飞凌、ABB、三菱三家公司所垄断，代表着国际 IGBT 技术最高水平。在大功率沟槽技术方面，英飞凌与三菱公司处于国际领先水平。其中，三菱电机的 HVIGBT 已经成为业内默认的标准，中国的高速机车用 IGBT 由三菱完全垄断，同时欧洲的阿尔斯通、西门子、庞巴迪也是一半以上采用三菱电机的 IGBT。
国际市场供应链已基本成熟，但随着新能源等市场需求增长，市场链条正逐步演化。如今，这种“外资寡头垄断”的市场格局和技术壁垒正在被逐渐瓦解。随着以比亚迪为代表的本土新能源汽车厂商在 IGBT 领域实现技术的突破，中国的新能源汽车配套产业格局正在悄然生变。
目前，新能源车用 IGBT 方面，比亚迪研发出的全新车规级产品 IGBT4.0，其芯片损耗、模块温度循环能力、电流输出能力等关键指标，达到了全球领先水平。
比亚迪打破国际大厂在车用 IGBT 芯片领域的垄断，率先使用自研自制的 IGBT 产品，体现出比亚迪在车规级芯片领域的领先优势。目前国内只有中国中车和比亚迪实现了在高铁和电动汽车领域 IGBT 芯片的制造，比亚迪 IGBT4.0 技术的推出，标志着全球车用 IGBT 大厂中开始出现国内厂商的身影。
我国目前 IGBT 领域相关企业统计如下：
国产 IGBT 芯片如何追赶？
目前，IGBT 产品最具竞争力的生产线是 8 英寸和 12 英寸，目前国际最为领先的是英飞凌，已在 12 英寸生产线量产 IGBT 产品。国内目前晶圆代工厂的产能增量主要来源于新增 8 寸厂的产能释放和现有厂商的产品结构改变。从集邦咨询最新数据显示，目前我国在建的 8 寸厂共有 8 座，达产后总释放产能超过 30 万片。 国内 8 寸线实现 IGBT 产品量产的有株洲中车和上海华虹宏力，而士兰微电子在刚刚建成的 8 英寸生产线上投资上亿元，购买了 IGBT 产品工艺专业研发的高能离子注入设备，激光退火设备和薄片 Taiko 设备，预计在未来的 3-5 年内，会大力发展和提高 IGBT 产品的设计和工艺研发水平。
而对于外资 IDM 厂商来说，目前主要在 IGBT 模块封装环节布局，晶圆制造部分仅有德州仪器、万国半导体、罗姆半导体等几家国际厂商布局。外资 IDM 产能增量主要来自于现有厂商的产能提升和在建厂的产能释放，后续也不排除仍会有制造产线投资，但产能增量相对于内资企业来讲较小。
IGBT 目前已经发展到 7.5 代，第 7 代由三菱电机在 2012 年推出，三菱电机目前的水平可以看作 7.5 代，同时 IGBT 的下一代 SiC 技术已经在日本全面普及，无论三菱这样的大厂还是富士机电、罗姆等小厂都有能力制造出 SiC 元件，我国目前刚由比亚迪突破到第四代水平，还存在较大的差距。
国内 IGBT 在设备、材料、芯片设计和晶圆制造上与国际大厂有一定差距，国内功率半导体芯片企业一般采取“设计+代工”模式，即由设计公司提出芯片设计方案，由国内的一些集成电路公司代工生产。而国际主要的 IGBT 厂商多采用 IDM 模式，IGBT 芯片设计制造、模块封装、失效分析、测试等 IGBT 产业核心技术仍掌握在发达国家企业手中，一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。
国产 IGBT 芯片的主要工艺设备、衬底片都还要从国外采购，特别是在大功率模块封装方面，在产品的功率密度、散热性能、长期可靠性以及模块设计创新方面，技术差距仍然较大。同时 IGBT 作为关键设备上的核心部件，设备厂商更换国产产品风险较大，这也是制约国内企业产品进入高端市场的重要障碍。
此外，之所以形成较大差距的局面，另一部分原因也是国际厂商起步早，研发投入大，形成了较高的专利和技术壁垒。
所以中国功率半导体产业要想追赶或缩小与国际领先水平差距，必须改变目前技术处于劣势的局面，特别是要在产业链上游层面取得突破。国产 IGBT 设计企业需要充分发挥上下游企业合作和“产、学、研、用”联合优势，提升我国 IGBT 领域的研发、制造、应用水平，形成我国自主 IGBT 器件及装置的发展和产业化标准，做更加适合中国市场的 IGBT 器件。
近几年中国 IGBT 产业在国家政策推动及市场牵引下得到较快发展，也已形成了 IDM 模式和代工模式的 IGBT 完整产业链，有助于 IGBT 国产化进程的加快，从而有望摆脱进口依赖。
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