IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的缩写，即绝缘栅双极型晶体管。它是由BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件，既有MOSFET的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点，又有BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，在高压、大电流、高速等方面是其他功率器件不能比拟的，因而是电力电子领域较为理想的开关器件，是未来应用发展的主要方向。正是由于具有上述优点，IGBT自20世纪80年代末开始工业化应用以来发展迅速，不仅在工业应用中取代了MOSFET和GTR，甚至已扩展到SCR及GTO占优势的大功率应用领域，还在消费类电子应用中取代了BJT、MOSFET等功率器件的许多应用领域。

IGBT各世代的技术差异

回顾功率器件过去几十年的发展，-60年代双极型器件SCR,GTR,GTO，该时段的产品通态电阻很小；电流控制，控制电路复杂且功耗大；年代单极型器件VD-MOSFET。但随着终端应用的需求，需要一种新功率器件能同时满足：驱动电路简单,以降低成本与开关功耗、通态压降较低，以减小器件自身的功耗。年代初,试图把MOS与BJT技术集成起来的研究，导致了IGBT的发明。

从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了6代升级，从平面穿通型（PT）到沟槽型电场—截止型（FS-Trench），芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从V提高到V以上。

1）第一代：PT-IGBT，产品采用“辐照”手段，由于体内晶体结构本身原因造成“负温度系数”，各IGBT原胞通态压降不一致，不利于并联运行，第一代IGBT电流只有25A，且容量小，有擎住现象，速度低。

2）第二代：改进的PT-IGBT，采用“电场终止技术”，增加一个“缓冲层”，在相同的击穿电压下实现了更薄的晶片厚度，从而降低了IGBT导通电阻，降低了IGBT工作过程中的损耗。此技术在耐压较高的IGBT上运用效果明显。

3）第三代：Trench-IGBT，最大的改进是采用Trench结构，把沟道从表面变到垂直面，所以基区的PIN效应增强，栅极附近载流子浓度增大，从而提高了电导调制效应减小了导通电阻；同时由于沟道不在表面，栅极密度增加不受限制，工作时增强了电流导通能力。

4）第四代：NPT-IGBT，不再采用外延技术，而是采用离子注入的技术来生成P+集电极（透明集电极技术），可以精准的控制结深而控制发射效率尽可能低，增快载流子抽取速度来降低关断损耗，可以保持基区原有的载流子寿命而不会影响稳态功耗，同时具有正温度系数特点。

5）第五代：FS-IGBT，是第四代产品“透明集电区技术”与“电场终止技术”的组合。由于采用了先进的薄片技术并且在薄片上形成电场终止层，大大的减小了芯片的总厚度，使得导通压降和动态损耗都有大幅的下降，从而进一步降低IGBT工作中过程中的损耗。

6）第六代：FS-Trench-IGBT，是在第五代基础上改进了沟槽栅结构，进一步的增加了芯片的电流导通能力，极大地优化了芯片内的载流子浓度和分布。减小了芯片的综合损耗。

其发展趋势是：①降低损耗②降低生产成本

IGBT的主要应用领域

IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。作为工业控制及自动化领域的核心器件，IGBT模块在电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等诸多领域都有广泛的应用。随着新能源汽车的发展以及变频白色家电的普及，IGBT的市场热度持续升温。它不仅在工业应用中提高了设备的自动化水平、控制精度等，也大幅提高了电能的应用效率，同时减小了产品体积和重量，节约了材料，有利于建设节约型社会。

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%。IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面：

A）电动控制系统大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机；

B）车载空调控制系统小功率直流/交流(DC/AC)逆变，使用电流较小的IGBT和FRD；

C）充电桩智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件使用。

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。

IGBT的市场规模及供求状况

根据IHSMarkit年报告统计数据显示，年全球IGBT模块市场约为47.9亿美金。根据集邦咨询《中国IGBT产业发展及市场报告》显示，年中国IGBT市场规模预计为亿人民币，年中国IGBT市场规模预计为亿人民币，相较年同比增长19.91%。受益于新能源汽车和工业领域的需求大幅增加，中国IGBT市场规模仍将持续增长，到年，中国IGBT市场规模将达到亿人民币，年复合增长率达19.11%。近几年我国IGBT市场规模情况如下图所示：

IGBT市场竞争格局较为集中，主要竞争者包括英飞凌、三菱、富士电机、安森美、瑞士ABB等

国内IGBT行业竞争格局

1.外国企业占据绝大部分市场。目前国内外IGBT市场仍主要由外国企业占据，虽然我国IGBT市场需求增长迅速，但由于国内相关人才缺乏，工艺基础薄弱，国内企业产业化起步较晚，IGBT模块至今仍几乎全部依赖进口，市场主要由欧洲、日本及美国企业占领。同时，国内企业由于芯片供应主要源于国外，制约性较强，因此发展较为缓慢。

2.国内企业正力求突破。由于IGBT行业存在技术门槛较高、人才匮乏、市场开拓难度大、资金投入较大等困难，国内企业在产业化进程中一直进展缓慢。随着全球制造业向中国的转移，中国已逐渐成为全球最大的IGBT市场，IGBT国产化需求已是刻不容缓。在市场需求的吸引下，一批具备IGBT相关经验的海外华人归国投身IGBT行业，同时国家大量资金流入IGBT行业，我国IGBT产业化水平有了一定提升，部分企业已经实现量产。

进入IGBT行业的主要障碍

IGBT作为新兴的功率半导体器件，应用前景广阔，虽然国内政策上一直鼓励IGBT相关产业的发展，但是由于产品认证周期比较长，真正在产业化上取得突破，得到用户认可的国内企业目前还较少，主要是由于本行业存在较高的进入壁垒。

（1）技术壁垒

芯片设计。GBT芯片是IGBT模块的核心，其设计工艺极为复杂，不仅要保持模块在大电流、高电压、高频率的环境下稳定工作，还需保持开闭和损耗、抗短路能力和导通压降维持平衡。快恢复二极管芯片在IGBT模块中与IGBT芯片配合使用，需要承受高电压、大电流的同时，要求具有极短的反向恢复时间和反向恢复损耗。企业只有具备深厚的技术底蕴和强大的创新能力，积累丰富的经验和知识储备，才能在行业中立足。因此，行业内的后来者往往需要经历一段较长的技术摸索和积累，才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡。

模块设计及制造工艺。IGBT模块对产品的可靠性和质量稳定性要求较高，生产工艺复杂，生产中一个看似简单的环节往往需要长时间摸索才能熟练掌握，如铝线键合，表面看只需把电路用铝线连接起来，但键合点的选择、键合的力度、时间及键合机的参数设置、键合过程中应用的夹具设计、员工操作方式等等都会影响到产品的质量和成品率。IGBT模块作为工业产品的核心器件，需要适应不同应用领域中各种恶劣的工作环境，因此对产品质量的要求较高。如电焊机行业，考虑到逆变电焊机工作环境较为恶劣，使用负荷较重，在采购核心部件IGBT模块时会优先考虑模块的耐久性，因此芯片参数和模块制造工艺的可靠性是生产IGBT模块的核心。而且IGBT和下游应用结合紧密，往往需要研发人员对下游应用行业较为了解才能生产出符合客户要求的产品。目前国内具有相关实践、经验丰富的研发技术人才仍然比较缺乏，新进入的企业要想熟练掌握IGBT芯片或模块的设计、制造工艺，实现大规模生产，需要花费较长的时间培养人才、学习探索及技术积累。

（2）品牌和市场壁垒

IGBT模块是下游产品中的关键部件，其性能表现、稳定性和可靠性对下游客户来说至关重要，因此认证周期较长，替换成本高。对于新增的IGBT供应商，客户往往会保持谨慎态度，不仅会综合评定供应商的实力，而且通常要经过产品单体测试、整机测试、多次小批量试用等多个环节之后，才会做出大批量采购决策，采购决策周期较长。因此，新进入本行业者即使生产出IGBT产品，也需要耗费较长时间才能赢得客户的认可。

（3）资金壁垒

IGBT行业亦属于资本密集型行业，产业链涵盖芯片设计、芯片制造、模块制造及测试等环节，其生产、测试设备基本需要进口，设备成本较高，同时产品的研发和市场开拓都需要较长时间，客户往往要经过较长时间试用才会认可新的品牌，此外，本行业对流动资金需求量也较大，新进入者在前期往往面临投入大、产出少的情况，需要较强的资金实力作后盾，才能持续进行产品的研发、生产和销售。

国内企业正力求突破

国外企业仍占主要市场，国内企业自给率不断上升。从整体市场份额来看，目前国内功率半导体器件市场的主要竞争者仍主要为国外企业，年全球IGBT模块市场份额前五位的企业分别为英飞凌(InfineonTechnologies)、三菱(MitsubishiElectricCorporation)、富士(FujiElectric)、赛米控(SEMIKRON)和威科电子(Vincotech)，前五大企业合计占据全球68.80%的市场份额。根据Yole的数据推算，我国IGBT行业-年的自给率分别为14.12%、16.32%、18.36%，整体来说国内功率半导体企业相对业务规模较小、市场份额较低，但自给程度呈现上升态势。

由于IGBT行业存在技术门槛较高、人才匮乏、市场开拓难度大、资金投入较大等困难，国内企业在产业化进程中一直进展缓慢。随着全球制造业向中国的转移，中国已逐渐成为全球最大的IGBT市场，IGBT国产化需求已是刻不容缓。在市场需求的吸引下，一批具备IGBT相关经验的海外华人归国投身IGBT行业，同时国家大量资金流入IGBT行业，我国IGBT产业化水平有了一定提升，部分企业已经实现量产。如斯达半导是国内IGBT行业的领军企业，自主研发的第二代芯片（国际第六代芯片FS-Trench）已实现量产，成功打破了国外跨国企业长期以来对IGBT芯片

的垄断。

IGBT产业链

IGBT行业产业链包括芯片设计、芯片制造和模块的设计、制造和测试，其中IGBT芯片是IGBT行业的核心。

中国功率半导体产业的发展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，改变目前功率器件领域封装强于芯片的现状。总的来说，在技术差距方面有：高铁、智能电网、新能源与高压变频器等领域所采用的IGBT模块规格在V以上，技术壁垒较强；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。

IGBT是事关国家经济发展的基础性产品，如此重要的IGBT，长期以来我国却不得不面对依赖进口的尴尬局面。自年开始，大量海外IGBT人才纷纷归国投入国产IGBT芯片和模块产业的发展，尤其是以美国国际整流器公司（IR）回国人员最多。从IR归国主要从事芯片开发的专家有斯达半导汤艺博士、达新半导体陈智勇博士、陆芯科技张杰博士等，以上几家公司都已成为以自产IGBT芯片为主的产品公司。另外IR归国从事模块开发的专家还有银茂微电子庄伟东博士。中科院微电子所较早涉足IGBT行业，主要由无锡中科君芯承担IGBT研发工作，中科君芯的研发团队先后有微电子所、IR、日本电装、成电等技术团队的加入。

▌中车时代电气

株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车旗下股份制企业，其前身及母公司——中车株洲电力机车研究所有限公司创立于年，其现已形成了集IGBT产品设计、芯片制造等成套技术研究、开发、集成于一体的大功率IGBT产业化基地。

年，中车时代电气（当时名为“南车时代电气”）收购全球IBGT厂商丹尼斯，年建成国内首条高压IGBT模块封装线，自年开始着手筹建国内首条专注于IGBT芯片的先进生产线。目前，中车时代电气IGBT产品已从V覆盖至V，并批量应用于高铁、电网、电动汽车、风电等领域，年其高压IGBT模块在电力系统收获订单，并成功研制世界最大容量压接型IGBT。

▌比亚迪微电子

年，比亚迪成立深圳比亚迪微电子有限公司（即其“第六事业部”），致力于集成电路及功率器件的开发并提供产品应用的整套解决方案，其IGBT的研发制造主要由比亚迪微电子负责。年，比亚迪正式组建IGBT研发团队，并于年建立IGBT模块生产线，完成首款电动汽车IGBT模块样品组装。

目前，比亚迪已相继掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造、大功率器件测试应用平台、电源及电控等环节，拥有IGBT完整产业链。年底，比亚迪正式发布其自研车规级IGBT4.0技术。全球市场研究机构集邦咨询报告指出，比亚迪微电子凭借拥有终端的优势，在车用IGBT市场快速崛起，取得中国车用IGBT市场超过两成的市占率，一跃成为中国销售额前三的IGBT供应商。

▌士兰微

杭州士兰微电子股份有限公司成立于年，从集成电路芯片设计业务开始，逐步搭建了特色工艺的芯片制造平台，并已将技术和制造平台延伸至功率器件、功率模块和MEMS传感器的封装领域，建立了较为完善的IDM经营模式。

目前，士兰微5英寸、6英寸芯片生产线已稳定运行，8英寸芯片生产线也顺利投产，陆续完成了高压BCD、超薄片槽栅IGBT、超结高压MOSFET、高密度沟槽栅MOSFET、快回复二极管、MEMS传感器等工艺的研发。今年4月，士兰微推出了应用于家用电磁炉的VRC-IGBT系列产品，据悉其所开发的IGBT已在多个领域通过了客户的严格测试并导入量产。

▌重庆华润微

华润微电子（重庆）有限公司，即原中航（重庆）微电子有限公司，集半导体设计、研发、制造与服务一体化，以功率半导体器件、功率/模拟集成电路为产业基础，面向工业电子、消费电子、汽车电子、5G通讯市场。具备功率器件、GaN、MEMS传感器等技术开发和制造平台。

重庆华润微拥有国内第一条全内资8英寸专注功率器件晶圆生产线，月产能5.1万片，工艺能力0.18微米，以及一条8英寸特种工艺生产线。目前该公司已启动12英寸晶圆生产线及相关配套封测线建设规划，主要生产MOSFET、IGBT、电源管理芯片等功率半导体产品。

▌扬杰科技

扬州扬杰电子科技股份有限公司成立于年8月，致力于功率半导体芯片及器件制造、集成电路封装测试等领域的产业发展，主营产品为各类电力电子器件芯片、功率二极管、整流桥、大功率模块、DFN/QFN产品、SGTMOS及碳化硅SBD、碳化硅JBS等。

据了解，在IGBT方面扬杰科技于年3月控股了一条位于宜兴的6英寸晶圆线，目前该生产线已经量产IGBT芯片，主要应用于电磁炉等小家电领域。扬杰科技在互动平台上表示，年度，公司IGBT芯片实际产出近0片。

▌科达半导体

科达半导体有限公司成立于年，是由科达集团投资成立的高新技术企业，主要从事IGBT、FRD、MOSFET等新型功率半导体器件（电力电子器件）的设计、生产和销售，在深圳、浙江、山东等地区均设有销售中心。

据科达半导体官方介绍，其拥有功率器件设计中心、性能测试实验室和可靠性实验室以及省级设计中心，省级功率半导体工程中心，在IGBT、FRD、MOSFET等多个产品领域开发出拥有自主知识产权的多种规格产品，其中VIGBT被国家科技部列为国家重点新产品，产品广泛应用于电磁炉、小功率变频器、逆变焊机、无刷马达控制器、UPS等领域。

▌中科君芯

江苏中科君芯科技有限公司成立于年，是一家专注于IGBT、FRD等新型电力电子芯片研发的中外合资高科技企业。中科君芯前身是中国科学院微电子研究所、中国科学院微电子研究所、中国物联网研究与发展中心以及成都电子科大的三个研究团队，最早始于上世纪80年代。

中科君芯

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