中國IGBT不再“一芯難求”，本土廠商同歐日三分天下

國內(nèi)汽車界中，“一芯難求”的現(xiàn)狀被打破了。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)，是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?。采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關(guān)鍵技術(shù)。IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占整車成本的15-20%，也就是說，IGBT占整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率。

然而，一個(gè)不得不提的業(yè)內(nèi)現(xiàn)實(shí)是，這樣重要的功率器件，卻長期來基本被英飛凌、三菱、富士電機(jī)、仙童等國外巨頭壟斷全球場。在國內(nèi)市場，中高端IGBT產(chǎn)能嚴(yán)重不足，長期依賴國際巨頭，導(dǎo)致“一芯難求”。

現(xiàn)在，這種“外資寡頭壟斷”的市場格局正在被逐漸瓦解。隨著以比亞迪為代表的本土新能源汽車廠商在IGBT領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的突破，中國的新能源汽車配套產(chǎn)業(yè)格局正在悄然生變。據(jù)了解，截至2018年11月，比亞迪累計(jì)申請IGBT相關(guān)專利175件，其中授權(quán)專利114件。

“我們可以很自豪地說，在IGBT這個(gè)領(lǐng)域中國可以與歐洲、日本三分天下。” 比亞迪第六事業(yè)部總經(jīng)理陳剛?cè)缡钦f。一說起IGBT，有些制造半導(dǎo)體的人內(nèi)心并不十分重視，他們常想：不就是一個(gè)分立器件嗎?然而和28nm/16nm集成電路制造一樣，IGBT是國家“02專項(xiàng)(《極大規(guī)模集成電路制造技術(shù)及成套工藝》項(xiàng)目，因次序排在國家重大專項(xiàng)所列16個(gè)重大專項(xiàng)第二位，在業(yè)內(nèi)被稱為02專項(xiàng))”的重點(diǎn)扶持項(xiàng)目。

IGBT芯片只有人的指甲蓋那么大小，其上蝕刻十幾萬乃至幾十萬的微觀結(jié)構(gòu)電路，只有借助顯微鏡才能看清。然而，就是這個(gè)指甲蓋大小的東西，卻在能源轉(zhuǎn)換與傳輸中起著心臟般的重要作用，它被稱為電力電子裝置的“CPU”。

相較于早期的各種電力電子器件相比，IGBT具有高輸入阻抗、高速開關(guān)特性、導(dǎo)通狀態(tài)低損耗等特點(diǎn)。采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，其高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是解決能源短缺問題和實(shí)現(xiàn)低碳排放的關(guān)鍵技術(shù)支撐。

IGBT是什么?簡單來說，它是一個(gè)非通即斷的開關(guān)：導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線，斷開時(shí)即為開路。IGBT融合了MOSFET以及BJT兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，如驅(qū)動(dòng)功率小，飽和壓降低等。

雖然IGBT中文翻譯為“絕緣柵雙極型晶體管”，但其最常見的形式是模塊(Module)，并非單管。模塊是由多個(gè)IGBT芯片并聯(lián)，電流規(guī)格更大。

IGBT模塊在電動(dòng)汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它是電動(dòng)汽車及充電樁等設(shè)備的核心技術(shù)部件。例如，在電動(dòng)控制系統(tǒng)，大功率直流/交流(DC/AC)逆變后驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī);車載空調(diào)控制系統(tǒng)，小功率直流/交流(DC/AC)逆變，使用電流較小的IGBT和FRD;智能充電樁中，IGBT模塊被作為開關(guān)元件使用。

IGBT模塊的優(yōu)勢顯而易見，然而令人意外的是，全球電動(dòng)汽車龍頭特斯拉卻只使用IGBT單管。因?yàn)閱尉蛢r(jià)格而言，單管要遠(yuǎn)低于模塊。據(jù)了解，全球的新能源車企中，除特斯拉和國內(nèi)少數(shù)低速電動(dòng)外，大部分品牌的新能源汽車都在使用IGBT模塊。

IGBT有望迎來黃金發(fā)展期，中國市場卻被國外巨頭壟斷多年

近年來，全球新能源汽車發(fā)展如火如荼。業(yè)內(nèi)一致認(rèn)為，電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化會是未來新能源汽車的發(fā)展趨勢。電動(dòng)化平臺是這些技術(shù)的重要基礎(chǔ)。而IGBT作為新能源汽車動(dòng)力、電源系統(tǒng)中的核心器件，也將迎來黃金發(fā)展期。

數(shù)據(jù)顯示，2017年，全球共銷售新能源汽車超過120萬輛，占全球汽車銷量的1.2%。同時(shí)，新能源汽車用IGBT的市場規(guī)模占IGBT市場的17%，達(dá)到7億美元。

2016年全球電動(dòng)車銷量大約200萬輛，共消耗了大約9億美元的IGBT管，平均每輛車大約450美元，是電動(dòng)車?yán)锍姵赝庾畎嘿F的部件。其中，混合動(dòng)力和PHEV大約77萬輛，每輛車需要大約300美元的IGBT，純電動(dòng)車大約123萬輛，平均每輛車使用540美元的IGBT，大功率的純電公交車用的IGBT可能超過1000美元。

巨大的市場潛力，吸引了全球各路電子巨頭前來淘金。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球IGBT市場主要競爭者包括德國英飛凌、日本三菱、富士電機(jī)、美國安森美、瑞士ABB等，前五大企業(yè)的全球市場份額超過70%。

同時(shí)，這些國際巨頭的兼并重組正在加速。前年，恩智浦與飛思卡爾兩大巨頭合并，行業(yè)集中度進(jìn)一步提高。此外，高通、英特爾等電子巨頭都在競相進(jìn)軍汽車芯片市場。

有分析稱，未來的新能源汽車市場變革中，中國會承擔(dān)引領(lǐng)者的角色。據(jù)BNEF的長期預(yù)測顯示，隨著新能源汽車對內(nèi)燃機(jī)汽車在成本方面逐漸建立起領(lǐng)先優(yōu)勢，到2025年全球新能源汽車的銷量有望增至1100萬輛。其中，中國占全球市場份額中將接近50%。在新能源汽車快速發(fā)展的大勢下，GGII預(yù)估，國內(nèi)新能源汽車和充電樁市場將出現(xiàn)200億IGBT模塊的需求量。

然而，一個(gè)令人心酸的事實(shí)是，在國內(nèi)市場，中高端IGBT產(chǎn)能嚴(yán)重不足，汽車IGBT市場被英飛凌、意法半導(dǎo)體、瑞薩電子、恩智浦等國際巨頭所壟斷。“國內(nèi)用的芯片大多依靠進(jìn)口，尤其是核心汽車電子控制芯片基本都掌握在外國人手中，國內(nèi)的汽車電子芯片技術(shù)還差得很遠(yuǎn)。”中國汽車工程學(xué)會裝備部部長陳長年曾這樣感慨。

和中國形成鮮明對比的是日本。以豐田為例，盡管在已有本土IGBT巨頭，但其在開發(fā)混合動(dòng)力車時(shí)，還是選擇將IGBT管完全控制在自己手中，成為了全球唯一能夠自產(chǎn)IGBT管的汽車廠家。普銳斯也因此獲得強(qiáng)大的生命力，成為目前全球唯一的強(qiáng)混合動(dòng)力車。

突破技術(shù)壁壘，本土廠商發(fā)力IGBT市場

瀏覽器關(guān)鍵詞一搜，“中國IGBT技術(shù)到底有多落后?”諸如此類的言論總是鋪天蓋地，仿佛技術(shù)落后成了“一芯難求”的最根本因素。

事實(shí)上，國內(nèi)的技術(shù)壁壘正在被逐漸打破。知乎上一位高贊答主說：“作為一名IC民工，身處世界前三的儲存器工廠，明顯感覺近兩年業(yè)內(nèi)行情見好，國家開始大力扶持芯片產(chǎn)業(yè)了。確實(shí)，目前中國半導(dǎo)體技術(shù)還處于起步階段，但是有錢有人，還是能成功的。連我們公司的外國老大都說，中國的半導(dǎo)體行業(yè)肯定會起來，但是還需要幾年。這幾年就是交學(xué)費(fèi)的過程。良品率就是一點(diǎn)一點(diǎn)試出來的。路還是要靠我們這一批半導(dǎo)體工程師自己趟出來”。

這段回答，和陳剛在比亞迪IGBT4.0發(fā)布會上的講的一段話很像。陳剛說，比亞迪的團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了十三年的積累，才在2017年開始研發(fā)出了IGBT4.0。

目前，新能源車用IGBT方面，比亞迪研發(fā)出的全新車規(guī)級產(chǎn)品IGBT4.0，其芯片損耗、模塊溫度循環(huán)能力、電流輸出能力等關(guān)鍵指標(biāo)，達(dá)到了全球領(lǐng)先水平。具體體現(xiàn)在，產(chǎn)品的綜合損耗相比當(dāng)前市場主流產(chǎn)品降低了約20%，使得整車電耗降低;產(chǎn)品模塊的溫度循環(huán)壽命可以做到當(dāng)前市場主流產(chǎn)品的10倍以上;搭載IGBT4.0的V-315系列模塊在同等工況下較當(dāng)前市場主流產(chǎn)品的電流輸出能力提升15%。

瞄準(zhǔn)車用IGBT的車企不止比亞迪。2017年年底，江蘇宏微科技股份有限公司就與北汽新能源汽車股份公司聯(lián)合成立宏微-北汽新能源IGBT聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，以實(shí)現(xiàn)提高車用IGBT性能;今年3月，上汽集團(tuán)股份有限公司與英飛凌以51：49股比合資成立的上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體(上海)有限公司正式開業(yè);今年4月，針對新能源市場，中科君芯推出新能源汽車領(lǐng)域DCS-IGBT芯片。

據(jù)分析，2018-2025年期間，中國新能源汽車及相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)的IGBT市場規(guī)模共計(jì)超過1200億元。華虹宏力集成一部研發(fā)總監(jiān)楊繼業(yè)認(rèn)為，新能源汽車既是節(jié)能環(huán)保的迫切需求，也是我國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的一個(gè)突破口。IGBT作為新能源汽車動(dòng)力、電源系統(tǒng)中的核心器件，將隨之迎來絕佳的發(fā)展機(jī)遇。

新能源汽車帶給國產(chǎn)IGBT的發(fā)展機(jī)遇不言而喻，挑戰(zhàn)也不容小覷。

業(yè)內(nèi)專業(yè)人士分析稱，從應(yīng)用的角度出發(fā)，車用IGBT對其技術(shù)發(fā)起了更高的挑戰(zhàn)。首先，汽車的大眾消費(fèi)屬性對IGBT的使用壽命提出了更高要求，需要滿足使用壽命內(nèi)數(shù)十萬次甚至百萬次的功率循環(huán)要求;其次，汽車需要面臨著例如爬坡涉水、頻繁啟停等更為復(fù)雜的工況，這對其裝配體積和散熱效率都提出了更高的要求。

從行業(yè)的角度出發(fā)，據(jù)了解，目前國際主要的IGBT廠商采用的均為IDM模式。IDM商業(yè)模式是國際整合元件制造商模式。IDM廠商的經(jīng)營范圍涵蓋了IC設(shè)計(jì)、IC制造、封裝測試等各個(gè)環(huán)節(jié)，甚至也會延伸到下游電子終端。采用這一模式的一般有美國、日本和歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。例如，Intel、三星、TI、東芝、意法半導(dǎo)體等。IDM企業(yè)注重技術(shù)積累，具有領(lǐng)先優(yōu)勢的頭馬會不斷提高技術(shù)門檻，后來者追趕難度隨之增大。

對此，比亞迪IGBT產(chǎn)品中心產(chǎn)品總監(jiān)楊欽耀表示，做IGTB的研發(fā)團(tuán)隊(duì)要多跟下游溝通進(jìn)行融合，去做適合于應(yīng)用端的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，這樣才能實(shí)現(xiàn)IGBT產(chǎn)業(yè)化。

“人才培養(yǎng)和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化也是實(shí)現(xiàn)IGBT產(chǎn)業(yè)化的必需條件。” 楊欽耀分析。