一篇文章看懂国内外IGBT产业链

功率半导体器件（Power Electronic Device）又称为电力电子器件和功率电子器件，是用于电能变换和电能控制电路中的大功率电子器件。功率半导体大致可分为功率分立器件(Power Discrete)及功率集成电路(Power IC)两大类。其中功率分立器件包含金属氧化物半导体场效应晶体管(Power MOSFET)、双极型功率晶体管(Bipolar Power Transistor)及绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。

 

 

IGBT，绝缘栅双极型晶体管，是在金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和双极晶体管(Bipolar)基础上发展起来的一种新型复合功率器件，具有MOS输入、双极输出功能。IGBT集Bipolar器件通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身。

 

IGBT芯片在结构上是由数万个元胞(重复单元)组成，工艺上采用大规模集成电路技术和功率器件技术制造而成。每个元胞结构如下所示，可将其分成体结构、正面MOS结构及背面集电极区结构三部分。

 

IGBT是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品，具有高频率、高电压、大电流，易于开关等优良性能，被业界誉为功率变流装置的“CPU”，广泛应用于轨道交通、航空航天、船舶驱动、智能电网、新能源、交流变频、风力发电、电机传动、汽车等强电控制等产业领域。

 

功率半导体占到新能源汽车中半导体用量的50%，而IGBT是用于新能源汽车的主要功率半导体。新能源汽车动力总成系统电气化，使每辆汽车半导体元器件用量大幅提升。市调机构Yole表示，2015年是功率电子器件市场的辛苦年，包括电源IC、电源模块与离散组件营收总计下滑3%，由前一年的152亿美元来到157亿美元；主要原因是IGBT模块的平均销售价格(ASP)下滑。

 

电动车与混合动力车辆预期到2021年都会是IGBT模块的主要应用市场；而届时整体IGBT市场可望达到12亿美元的规模。各国政府政策有可能会在未来的EHV发展扮演重要角色，特别是关于可再生能源与电气化车辆的政策，并因此对功率电子器件市场带来影响。

 

从上世纪80年代至今，IGBT经历了六代技术的发展演变，这个过程是很艰苦的，面对的是大量的结构设计调整和工艺上的难题。

 

回顾IGBT的发展历程，其主要从三方面发展演变：

 

（1）器件纵向结构：非穿通型(NPT)结构→拥有缓冲层的穿通型(PT)结构→场终止型（FS）、软穿通型（SPT）结构

 

（2）栅极结构：平面栅结构→垂直于芯片表面的沟槽型结构

 

（3）硅片的加工工艺：外延生长技术→区熔硅单晶

 

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公司等，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、仙童（被安森美收购）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、三菱电机在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，它们代表着国际IGBT技术最高水平。

 

 

国内在功率半导体上还处于起步阶段，以下列举的是国内IGBT产业链上下游的概况。我国的IGBT厂商主要包含IDM厂商株洲中车时代电气、深圳比亚迪、杭州士兰微、吉林华微、中航微电子、中环股份等；模组厂商西安永电、西安爱帕克、威海新佳、江苏宏微、嘉兴斯达、南京银茂、深圳比亚迪等；芯片设计厂商中科君芯、西安芯派、宁波达新、无锡同方微、无锡新洁能、山东科达等；芯片制造厂商华虹宏力、上海先进、深圳方正微、中芯国际、华润上华等。

 

 

在电压结构中，仍然以600-1200V IGBT产品所占比重最大，占整个市场绝大部分市场份额。600V以下的产品主要应用在消费电子领域中，1200V以上的IGBT产品应用在高铁、动车、汽车电子及电力设备中。

 

相关事件

 

2016年9月底，8英寸功率半导体器件生产线建设工程在大连庄河开工

 

大连宇宙半导体有限公司8英寸功率半导体器件生产线项目2016年9月底在庄河市兰店乡金场村开工，项目投资24亿元，计划年产24万片8英寸功率半导体器件芯片，其中部分产品填补国内空白，5年内将在产品种类和技术能力上达到可与德国英飞凌科技公司、美国仙童公司等世界著名企业竞争的水平。该项目已被列入发改委和工信部联合制定的国家“十三五”集成电路生产力布局重大项目库。

 

大连宇宙半导体有限公司由大连通质微电子有限公司和大连北黄海临港投资有限公司共同出资2亿元成立，公司主要从事功率半导体（也称为电力电子）器件的芯片设计、制造工艺研发、芯片制造与封装测试。产品主要应用于新能源发电、储能、超级计算机、云计算网络、伺服器、个人电脑、ups电源、物联网等领域，项目投产后年销售收入可达30亿元。

 

2016年3月底，万国半导体12英寸功率半导体芯片制造及封测项目在重庆开工

 

全球技术领先的功率半导体企业万国半导体公司12英寸功率半导体芯片制造及封装测试生产基地在重庆市两江新区水土高新园开工。万国半导体公司具备芯片设计、晶圆制造、封装测试全产业链能力，此次与渝富集团、两江新区战略投资基金通过股权合作成立合资公司，共同投资10亿美元，分两期建设12英寸功率半导体芯片制造及封装测试生产基地，建成后将形成每月5万片芯片制造、1250KK单元芯片封装测试能力。

 

2016年5月，中车时代电气以11.2亿人币购母企IGBT生产线

 

中车时代电气及半导体事业部与母公司(中车株洲电力机车研究所有限公司)订立资产转让协议，收购母公司IGBT生产线，代价约为11.19亿元人民币(下同)，相等于约13.32亿港元，代价可进行税项调整。

 

集团表示，为实现IGBT生产线与其业务的合一，以及提升有关IGBT的制造能力及集团的产能，故向母公司购买IGBT生产线，以满足业务需求。

 

2015年11月，On Semi以24亿美元收购Fairchild

 

2015年11月，安森美半导体以约24亿美元总价收购Fairchild。以营收估计，合并之后的公司将成为电源半导体元件领域的第二大供应商。OnSemi此次收购的目的是提升该公司在中/高功率半导体领域的技术能力，并借此扩充在整体模拟与功率芯片市场的版图。