日前，長城汽車森林生態又一“碩果”落地，長城控股旗下芯動半導體自研自產的IGBT實現量產裝車，該項目從立項研發到裝車僅14個月，再次刷新了長城汽車自主研發技術成果落地速度。

IGBT是新能源汽車最核心零部件之一，重要性就相當于手機里的大型芯片，直接影響到整車的性能效率，曾一度是國外“卡脖子”技術之一，如今長城實現自研IGBT并量產裝車，標志著在自主研發成果上又一次打破國外技術壁壘，再上新臺階。

一直以來，長城汽車堅持深耕核心技術自主研發，并全面整合上中下游產業鏈核心資源，構建了一套由品類品牌、新能源產業、科技創新產業、基礎制造實力組成的森林式生態，全維度推動企業快速發展。

目前，芯動半導體無錫工廠已完成建設，自今年2月奠基以來，歷時8個月，工廠主體封頂，首條模塊產線于10月28日順利通線。工廠擁有國內一流測試環境，能夠滿足IGBT功率模塊的嚴苛質量管理要求，快速響應車型需求，定向開發產品。

目前，該模塊已經在哈弗梟龍MAX上完成裝車。


電動汽車IGBT技術的應用

電動汽車中，IGBT技術主要應用于電機控制、充電樁、DC/DC變換器、制動能量回收等方面。其中，電機控制是電動汽車中最重要的應用領域之一。

電動汽車的電機控制需要對電機進行高精度的控制，以達到最佳的性能和效率。IGBT作為電機控制中的關鍵元件，可以實現電機的高效控制。其工作原理是通過控制柵極信號的開關，控制電流通過晶體管。IGBT的開關速度和控制能力非常高，可以滿足電動汽車電機的高速、高功率和高效率要求。

除了電機控制之外，IGBT技術還應用于電動汽車的充電樁。充電樁需要對電池進行高效的充電，以保證電池壽命和使用時間。IGBT技術可以實現充電樁的高效能控制，同時可以保證充電樁的安全性和可靠性。

此外，電動汽車中的DC/DC變換器和制動能量回收也需要使用IGBT技術。DC/DC變換器用于將電池的高電壓轉換為低電壓，以供給汽車內部的電子設備使用。而制動能量回收則是通過將制動時產生的能量回收到電池中，提高了電池的使用效率。這些技術的實現都離不開IGBT技術的支持。


IGBT各世代的技術差異

回顧功率器件過去幾十年的發展，1950-60年代雙極型器件SCR,GTR,GTO，該時段的產品通態電阻很小；電流控制，控制電路復雜且功耗大；1970年代單極型器件VD-MOSFET。但隨著終端應用的需求，需要一種新功率器件能同時滿足：驅動電路簡單,以降低成本與開關功耗、通態壓降較低，以減小器件自身的功耗。1980年代初,試圖把MOS與BJT技術集成起來的研究，導致了IGBT的發明。

1985年前后美國GE成功試制工業樣品（可惜后來放棄）。自此以后， IGBT主要經歷了6代技術及工藝改進。

從結構上講，IGBT主要有三個發展方向：

1）IGBT縱向結構：非透明集電區NPT型、帶緩沖層的PT型、透明集電區NPT型和FS電場截止型；

2）IGBT柵極結構：平面柵機構、Trench溝槽型結構；

3）硅片加工工藝：外延生長技術、區熔硅單晶；

其發展趨勢是：①降低損耗 ②降低生產成本

總功耗＝ 通態損耗 (與飽和電壓 VCEsat有關)+開關損耗 (Eoff Eon)。同一代技術中通態損耗與開關損耗兩者相互矛盾,互為消長。

IGBT模塊按封裝工藝來看主要可分為焊接式與壓接式兩類。高壓IGBT模塊一般以標準焊接式封裝為主，中低壓IGBT模塊則出現了很多新技術，如燒結取代焊接，壓力接觸取代引線鍵合的壓接式封裝工藝。

隨著IGBT芯片技術的不斷發展，芯片的最高工作結溫與功率密度不斷提高， IGBT模塊技術也要與之相適應。未來IGBT模塊技術將圍繞 芯片背面焊接固定 與 正面電極互連 兩方面改進。模塊技術發展趨勢：

無焊接、 無引線鍵合及無襯板/基板封裝技術；

內部集成溫度傳感器、電流傳感器及驅動電路等功能元件，不斷提高IGBT模塊的功率密度、集成度及智能度。


整體IGBT國產化率已提升至約30%-35%

目前全球IGBT市場前五大廠商分別為海外的英飛凌、三菱、富士電機、安森美和賽米控。國內方面，有分析，2021年及以前，我國8、9成IGBT產品均需要進口，2022年整體IGBT國產化率提升至約30%-35%，車規級IGBT廠商在中國的市場份額已經從2021年的32%提升到2022年的45%—50%。目前中國 IGBT 行業已經能夠具備一定的產業鏈協同能力，士蘭微、斯達半導、新潔能、時代電氣、楊杰科技、聞泰科技等國內生產廠商已經IGBT國產替代方面取得了很大進展。士蘭微以IGBT單管和IPM模塊為主，2021年公司在全球IGBT單管/IPM模塊市占率達2.6%、2.2%，均位列國內品類第一。其重點應用在工控和家電領域。

值得注意的是，國內在IGBT制造工藝水平，模塊封裝的散熱效率上與國外英飛凌等廠商存在一定差距。

目前國產IGBT廠家產品在35KW以內的光伏應用場景性能指標已經基本滿足需求，可以應用于全球戶用光伏市場，但較大功率的逆變器所需的IGBT模塊仍存在國產替代空間。

從IGBT廠商產品電壓覆蓋范圍來看，英飛凌、三菱電機、意法半導體、安森美等海外廠商基本覆蓋600V—6500V全系列電壓，在1700V以上中高壓領域具有絕對優勢，而國內廠商多集中在中低壓領域，產品主要集中在1500V以下的IGBT市場。


IGBT國產迎來換擋加速

近年來受到風電、光伏、汽車等新能源優勢產業加持，中國已經是全球最大的IGBT需求市場，但并不是IGBT的供給市場。

從全球市場競爭格局來看，歐美日廠商資金實力雄厚、技術水平領先、產業經驗豐富，憑借先發優勢搶占了全球功率半導體絕大多數的市場份額，并且一直保持較大的領先優勢。英飛凌、三菱和富士電機等廠商貢獻了全球八成以上的產能。而國內廠商在全球競爭中不具備優勢，所占市場份額較低，國產化率低于 20%，且國產IGBT產品主要集中在中低壓市場。

按照使用電壓的情況，IGBT可以分為低壓、中壓和高壓三大類產品，不同的電壓范圍適用不同的應用場景。低壓IGBT一般電壓在1200V及以下，且適用于低消耗的消費電子和太陽能逆變器領域，中國本土廠商幾乎都有布局低壓領域。

中壓IGBT一般電壓在1200-2500V，適用于新能源汽車、風力發電等領域，由于碳中和計劃的持續推行以及新能源領域的高速發展，該領域是中國IGBT本土廠商未來主要發力的領域。

高壓IGBT一般電壓大于2500V，主要適用于高鐵、動車、智能電網等領域，中國本土廠商僅中車時代和斯達半導有所布局，中國高鐵里程數全球第一，需求量大，促進中上游技術發展，因此該領域率先實現了國產替代。

得益于IGBT產品更新迭代緩慢，給予本土IGBT廠商技術追趕時間。在2021-2023年間的IGBT擴產將由中國廠商主導，國內廠商趁機透過低售價、及時客戶服務與穩定的供應鏈，成功打進下游客戶，并逐漸拉升產能以提高市占率。

尤其是在車規級IGBT領域，由于國際IDM的IGBT交貨時間很長，國內電動汽車初創汽車制造商不斷轉向本地供應商。這導致許多中國IGBT廠商正在積極推進產能擴張項目，因為國內廠商已經從主機廠獲得了大量IGBT訂單。2022年上半年，斯達半導和比亞迪分別占據國內車規級IGBT市場份額的二、三名。而隨著越來越多的本土新能源車企導入國產IGBT，整個行業生態也有望快速發展！

而看好光儲高增長市場，賽晶科技、新潔能等功率半導體廠商紛紛加碼研發新產品，加大市場開拓，并在近期披露了最新進展。

在業績說明會上，賽晶科技對記者介紹，瞄準風光儲及工控市場，公司于今年1月正式推出i20系列1700V IGBT芯片、d20二極管芯片及ST封裝IGBT模塊。

新潔能在2022年年報中披露，公司在2022年推出了全球首款1200V 100A光伏IGBT單管，未來將陸續推出1200V 150A等大電流系列產品。目前，公司基于650V和1200V平臺的IGBT光儲模塊有望在2023年4月向客戶送樣，預計第三季度實現IGBT模塊產品的量產。

多家公司也已披露了最新研發情況。自新能源汽車市場爆發以來，國內新能源汽車市場直至目前仍然呈現出高端和低價車兩極分化的局面。相對而言，國產IGBT產品價格更低，在低價車市場上優勢更大。