国产igbt品牌 国产高铁IGBT芯片技术崛起,打破国外多年垄断 - 百度...

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国产高铁IGBT芯片技术崛起,打破国外多年垄断 - 百度...

在视频开始之前，小鲸先问问大家：

你们觉得电动车里面，最核心的部件是什么？

给大家几个选项

1.电池

2.电机

3.其他部件

我目测选2的人会比较多，那么先恭喜你们答对了！

但是电机里面最核心的部件，你知道是什么？

嗯，它就是咱们这一期视频的主角-IGBT芯片。

那么IGBT究竟是何方神圣？

所谓IGBT就是绝缘栅双极型晶体管。

它是由BJT，也就是双极结型晶体三极管 和MOS，也就是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。

是不是听的有点晕？

首先小鲸先给大家科普下，半导体器件分类。

它主要有两种分类方法，是否可控和驱动方式。

是否可控里面又细分：

不可控型，也就是不能用控制信号控制其通断，比如普通功率二极管。

半控型，也就是可以控制导通，但是不能控制关断，比如普通晶闸管。

全控型，也就是可以控制其导通和关断，比如IGBT。

驱动方式方面，又分为电流驱动，也就是可以通过电流信号控制导通和关闭，比如三极管BJT。

电压驱动，也就是可以通过电压信号控制导通和关闭，比如IGBT。

细心的粉丝可能注意到，小鲸我前面说到IGBT是晶体管呀，那么它算不算芯片呢？

咱们拿华为麒麟990 5G芯片来举例。

它的芯片面积为113.31平方毫米，这么小的地方集成了多达103亿个晶体管。

可以看到芯片是由大规模晶体管组成的，所以严格来说，单个IGBT不能归为芯片，而是功率半导体器件。

现在一般说IGBT芯片，是指包括了IGBT功率器件和其他很多东西组成的。

IGBT的主要工作是控制和传输电能。

它可以处理6500W以上的功率，并且工作时可以在短短1秒的时间内，实现10万次电流开关动作。

千万不要小看它这个功能哦！

目前的电动车，之所以不需要设计复杂的发动机与变速箱等机械系统，IGBT的存在,可谓大功一件。

并且IGBT芯片，和咱们日常提到的7nm,5nm集成电路芯片一样，也是国家02专项的重点扶持项目。02专项就是指"十二五"期间国家16个重大技术突破专项中的第二位。

也就是说，这块芯片是目前功率电子器件里技术最先进的产品。

就拿我们常用的电脑举个例子。

电脑想要做高速运算的话，它需要CPU。

那像咱们高铁或者电动车这样的驱动，也是需要一种器件，去作为电流的变换，而IGBT就是作为电能变换的这么一个CPU。

据统计，我国发电总量的60%都用在了各类电机上。

如果采用IGBT器件对电机进行变频调速，电机耗费的电能可以节能大约1/3，即可节约全国总发电量的20%，相当于新建5个三峡大坝的效能。

根据工作电压的高低，IGBT 模块一般被划分为三类。

低压600V以下

中压600V-1200V

高压 1700V-6500V

低压IGBT模块一般用于消费电子、 汽车 零部件领域。

中压IGBT模块一般用于新能源 汽车 、工业控制、家用电器等领域。

高压IGBT模块一般用于轨道交通、新能源发电、智能电网等领域。

在电动车方面，IGBT成为电动车电驱系统的大头，成本直接占去了一半。

而电驱系统在电动车整车的成本占比约为15-20%，这意味着单单是IGBT就占去了整车成本的7-10%。

IGBT有多重要？

举个形象的比喻，它就好像管你寝室供电的宿管大爷。

什么时候给电，什么时候拉闸，大爷轻车熟路。具体给多少电大爷也管，你要是用电不规范，偷偷用大功率电器，通报批评没商量。

具体来说，IGBT可以直接控制直流、交流电的转换。决定了驱动系统的扭矩以及最大输出功率。所以你这车加速能力怎样，最高时速多少，能源效率如何全看它。

举个例子：

比如在电动 汽车 特斯拉Model 3上面，提供电源的是密密麻麻的电池，这些电池提供400伏直流电。

而电动车的电机转动必须用交流电，通过改变电机交流电的频率来改变电机的转速，从而精准的控制车辆行驶的速度和加速能力，这背后都是IGBT的功劳。

再比如高铁上面。

在火车运行中，要在短时间内将速度从零提升到300公里以上，或者在极短的时间内将正在高速行驶的列车平稳停下来。

这看似简单的加速、减速过程，背后需要一系列相关传动设备，牵引变流器以及其他电动设备的配合才行。而这就需要确保各种设备所需的电流、电压极为精准可靠。

在目前技术条件下，只有大功率的IGBT，才能满足这一苛刻要求。

而且在减速过程中，通过IGBT的作用，还可以将列车减速产生的能量转为电能回馈给电网。

可以说，IGBT的装置就是列车运行的"心脏"。

那么IGBT的研发难不难？

跟传统*芯片研发一样。

IGBT 行业的上游产业主要包括半导体材料，比如硅片、光刻胶等等。以及相关设备比如光刻机、刻蚀机等等。

IGBT行业根据芯片*的工序，又可依次划分为芯片设计、晶圆*、模块封装与测试三个环节。

不过，IGBT芯片相较于*芯片的*工艺及设备来说，要求没有这么高。

另外不同功率等级的IGBT芯片，也有不同的尺寸大小。一般来说，功率等级越高，芯片的尺寸就会越大。

目前IGBT 产品最具竞争力的生产线是8英寸和12 英寸。

世界最为领先的厂商是德国英飞凌，已经在12英寸生产线量产IGBT 产品。

国内晶圆的生产企业绝大部分，还停留在6 英寸产品的阶段。目前国内实现8英寸产品量产的有深圳比亚迪、株洲中车时代和华虹宏力。但其产品良率与国际龙头相比还存在一定差距。

最后是IGBT行业的下游产业。

它包括广泛的各细分应用市场，IGBT 在工业控制、新能源 汽车 ，消费电子、电力储能、轨道交通，家用电器等领域均有大量应用。

IGBT的技术，过去长期被极少数经济发达国家所垄断。

比如我国机车车辆使用的IGBT模块都要从德国、日本进口，特别是在高等级的IGBT器件上。

2008年我国的第一条高铁京津城际铁路开通，随后又开通了更多的高铁线路，对IGBT的需求成倍增加。

一个8列标准动车组就需要152个IGBT芯片，光这个芯片的成本就高达将近两百万元，每年中国高铁*需要向国外采购十万个以上IGBT模块，采购资金超过12亿元人民币。

2014年6月，经过6年的不懈努力，由我国自主研制并具有完全知识产权的8英寸IGBT芯片成功下线。

打破了大规模半导体没有自主芯片的 历史 ，预示着我们的高铁拥有了第一颗"中国芯"。

最后小鲸我想说：

十多年前，IGBT芯片基本是欧洲和日本的天下。

高铁用的IGBT被日本三菱重工垄断，电动车的IGBT被德国英飞凌垄断。

而如今国内各类企业开始加紧，对IGBT芯片进行自主研发。其中比较有名的就是深圳比亚迪，株洲中车时代电气，杭州士兰微等等。

目前复兴号所涉及的高速动车组的254项重要标准中，中国标准占到了84%。

高铁跑得快，全靠电机带。

其中复兴号的心脏也就是牵引电机。它拥有1152个IGBT芯片，这种能让高铁平稳运行的芯片，目前株洲中车自主研发的生产线，每年可以生产50万个。

中国中车生产的IGBT芯片，不仅可以满足自己的需求，还可以达到出口国外的标准，也已达到世界一流水平。

不得不说，中国标准的意义就在于每一项核心突破，拉动的都是整个体系的升级。而一个个体系的升级，最终使得中国*走向全球。

国产IGBT,快跑

《高工新 汽车 评论》获悉，受全球疫情影响，IGBT产品涨价+缺货的情况持续恶化，中高端IGBT产品甚至还出现了“一芯难求”的窘境。

IGBT是新能源 汽车 的“CPU”，涨价对终端厂商而言，只是利润降低，但拿不到货就是致命打击。

目前，英飞凌、三菱等IGBT供货商的供货周期普遍是13-30周，比之前交货期延长了6-22周，最长延长至52周。

业内人士表示，如果国产IGBT技术仍然不能突破，未来三到五年，车用IGBT产品将面临大缺货。届时，我国新能源 汽车 产业的发展也将受到“大影响”。

当前，中国已成为全球最大的新能源 汽车 市场，但国内车用IGBT技术尚开始起步，每年都要付给外商超百亿元。

数据显示，我国已经成为全球最大的IGBT市场，其中2018年中国IGBT市场就规模达到161.9亿元，占全球市场份额的40%；2019年市场规模接近200亿元。

目前我国车用IGBT产品90%都是依赖国外进口，也就是说百亿级IGBT市场基本由英飞凌、三菱、西门子等国外巨头把控，其中单是英飞凌就占了近6成的市场份额。而国内仅有少数几家企业生产。

由于车规级IGBT产品对功率密度、安全性、稳定性等要求较高，加上国内IGTB产品水平大部分还在第3、4代水平，而国际先进水平已经发展到了第七代。为此，国内新能源 汽车 厂商对IGBT国产化替代的意愿并不强烈。

《高工新 汽车 评论》获悉，一辆普通的纯电动车IGBT单车成本大约在1500元左右，而A级以上纯电动车IGBT单车价值量在2000~4000元，豪华车甚至高达5000元以上。

以特斯拉Model S车型为例，其使用的三相异步电机驱动系统，其中每一相的驱动控制都需要使用28颗IGBT芯片，三相共需要使用84颗IGBT芯片，IGTBT成本大约是5000元左右。

如今IGBT产品涨价，不仅电机驱动系统企业的成本压力凸显，整车厂商的采购成本也会大幅提升。然而，除了涨价之外，IGBT还面临了断供危机，这必然会影响了新能源 汽车 的生产与*。

到2025年，我国IGBT市场规模还将提升至522亿元。难道，百亿级市场，还要继续拱手让给外国人？

《高工新 汽车 评论》获悉， I GBT芯片和模块的技术门槛较高，并且难度大、周期长、投入高，涉及到芯片设计、晶圆*、模块与封装、测试等环节，其中最难的就是晶圆*和芯片*环节，是IGBT产品难度系数最高的环节。

晶圆是芯片的载体，其*过程是从砂子到晶圆的过程，对技术、工艺、设备等要求比较高，单是产线投入就需要数亿元，国内厂商还根本*不到先进的生产设备。

“ IGBT晶圆所需的生产、测试设备基本需要国外进口，不但设备成本高，而且真正好的设备并不会对外*，国内晶圆厂根本*不到 。”有业内人士透露，比如，在英飞凌的工厂中，很多设备都是专门针对其开发的。

其次芯片的*环节。 晶圆*完成后，需要将感光材料均匀涂抹在晶圆上，利用光刻机将复杂的电路结构转印到感光材料上，最后还需用刻蚀机多余的硅片部分刻蚀掉。

这个过程需要极为精细化的工艺和技术，还需要用到光刻机、感光材料、刻蚀机等等设备和材料，这些都源于国外进口。国外没有任何一家国际芯片巨头愿意转让该领域的相关技术，就连先进的生产设备也很难*到。

比亚迪相关技术人员曾表示，IGBT芯片仅人的指甲大小，却要蚀刻十几万甚至几十万的微观结构电路，并只能在显微镜下查看。

最后是IGBT模块设计与封装环节，不仅需要考虑材料匹配、散热、结构、功率密度、重量等诸多指标，车规级IGBT还需要额外添加高温、高湿、高振动等等测试指标。

总体来看，IGBT是技术壁垒高且又“烧钱”的领域，加上国外对这一块的工艺、技术、设备有一定程度的保护，加上我国起步较晚，导致我国在IGBT产品方面始终处于弱势地位。

例如，我国普遍可以将晶圆减薄到110-175μm，而英飞凌最低可减薄到40μm，还有很大的差距

经过了多年的快速发展，国产IGBT在工业控制、变频白色家电、逆变器等中低端市场国产化程度已经很高了，但在 汽车 电子、新能源、光伏等要求较高的领域还较少国内IGBT厂商参与。其中在新能源 汽车 领域，国内仅有比亚迪、中车时代（轨道交通为主）等极少数厂商可以通过车规级认证。

目前，国内涉及IGBT产业的企业共有四大类：第一类是专门做IGBT芯片设计的厂商，有中科君芯、西安芯派、无锡紫光微等；第二类是专门做晶圆*的厂商，有中芯国际、上海先进等；第三类是最多的模块封装厂商，斯达半导等等；

而第四类是IDM模式厂商，如比亚迪、中车时代等等，这类厂商掌握着从单晶、外延、芯片到封装的整个IGBT模块诞生的每个环节，英飞凌等国际巨头也是这类厂商。

根据相关数据显示，我国IGBT企业在全球排名较前的是斯达半导，这是国内最大的IGBT厂商，但仅做芯片设计和IGBT模块封装，其晶圆板块由于上海先进、华虹宏力负责，同时其IGBT产品在新能源 汽车 的占比还不高。

从市场层面来看，目前，包括联合电子、上海电驱动在内的大多数电机控制器厂商均采用英飞凌的IGBT模块。而国产IGBT厂商仅有比亚迪、中车时代（轨道交通为主）等少数几家企业，其中比亚迪凭借自身的造车优势，其IGBT在中国车规市场的份额已高达22.1%。

“比亚迪最早在2004年开始涉足IGBT领域，而英飞凌于1999年从西门子拆分出来，已经有很深的技术积累，技术差距短期内很难追平。”业内人士补充表示。不过国内扬杰 科技 、士兰微等等都在进行车用IGBT的研发和生产。

短期内国际半导体巨头们的地位仍难撼动，但不可否认的是，中国已经有一批半导体企业正在快速成长。

生产igbt模块的上市公司

列举生产igbt上市公司如下：
1.斯达半导。公司2021年上半年营收7.1亿，净利润1.5亿。公司以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产，并以IGBT模块形式对外实现*。公司拥有IGBT模块的设计和应用专家，并成立了专门的应用部，能够快速、准确地理解客户的个性化需求，并将这种需求转化成产品要求;同时，公司建立了将客户需求快速有效地转化成产品的新产品开发机制，目前公司已形成上百种个性化产品，这些个性化产品成为公司保持与现有客户长期稳定合作的重要基础;另外，与国际品牌厂商相比，作为IGBT模块的国产厂商，公司采用了直销模式，直接与客户对接，从而进一步提升了服务客户的效率。
2.新洁能。公司2021年上半年营收6.78亿，净利润1.75亿。公司的主营业务为MOSFET、IGBT等半导体芯片和功率器件的研发设计及*，公司*的产品按照是否封装可以分为芯片和功率器件。公司基于全球半导体功率器件先进理论技术开发领先产品，是国内率先掌握超结理论技术，并量产屏蔽栅功率MOSFET及超结功率MOSFET的企业之一，是国内最早同时拥有沟槽型功率MOSFET、超结功率MOSFET、屏蔽栅功率MOSFET及IGBT四大产品平台的本土企业之一。
3.华微电子。公司2021年上半年营收9.9亿，净利润2661万。公司主要从事功率半导体器件的设计研发、芯片*、封装测试、*等业务。公司发挥自身产品设计、工艺设计等综合技术优势，已建立从高端二极管、单双向可控硅、MOS系列产品到第六代IGBT国内最齐全、最具竞争力的功率半导体器件产品体系，正逐步由单一器件供应商向整体解决方案供应商转变;同时公司积极向新能源汽车、军工等领域快速拓展，并已取得明显效果，为公司发展奠定了坚实的基础。
4.台基股份。公司2021年上半年营收1.6亿，净利润3300万。IGBT模块是公司重点发展的主营业务之一，公司通过自主研发和外部引进，已经掌握了工业级IGBT模块的封测技术。公司IGBT模块封测的关键技术和产品指标处于行业先进水平，且具有完全自主的知识产权。公司大功率IGBT已经量产，并积极开展产学研合作，持续跟踪SiC、 GaN等第三代宽禁带半导体技术研发和应用。
5.宏微科技。公司2021年上半年营收2.334亿，净利润3100万。公司主要产品包括 IGBT、FRED 芯片、单管和模块。公司 IGBT 单管芯片全部来自自研，模块产品芯片自研外购并举。公司产品主要用于工业 控制、新能源和变频白色家电领域。
随着碳中和，新能源汽车和工业控制领域的发展，国内igbt的需求会越来越大，未来igbt是一个值得关注的领域。

国产IGBT有些什么厂家

新洁能IGBT基于沟槽电场截止型IGBT技术（Trench Field Stop）理论，进一步优化了器件结构，采用了先进超薄片工艺制程（Ultra Thin Wafer Process），大幅提高了器件的功率密度，显著改善了动态、静态性能。相比上一代新洁能IGBT，新一代（Trench FS II）新洁能IGBT模块面积更小，芯片厚度更薄；导通压降（VCEsat）降低约0.3V，开关损耗降低20%以上；器件可耐工作温度更高，使用寿命更长；且维持了较强的短路能力、较高的参数一致性；综合性能达到业内领先水平。

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