日前，长城汽车森林生态又一“硕果”落地，长城控股旗下芯动半导体自研自产的IGBT实现量产装车，该项目从立项研发到装车仅14个月，再次刷新了长城汽车自主研发技术成果落地速度。

IGBT是新能源汽车最核心零部件之一，重要性就相当于手机里的大型芯片，直接影响到整车的性能效率，曾一度是国外“卡脖子”技术之一，如今长城实现自研IGBT并量产装车，标志着在自主研发成果上又一次打破国外技术壁垒，再上新台阶。

一直以来，长城汽车坚持深耕核心技术自主研发，并全面整合上中下游产业链核心资源，构建了一套由品类品牌、新能源产业、科技创新产业、基础制造实力组成的森林式生态，全维度推动企业快速发展。

目前，芯动半导体无锡工厂已完成建设，自今年2月奠基以来，历时8个月，工厂主体封顶，首条模块产线于10月28日顺利通线。工厂拥有国内一流测试环境，能够满足IGBT功率模块的严苛质量管理要求，快速响应车型需求，定向开发产品。

目前，该模块已经在哈弗枭龙MAX上完成装车。


电动汽车IGBT技术的应用

电动汽车中，IGBT技术主要应用于电机控制、充电桩、DC/DC变换器、制动能量回收等方面。其中，电机控制是电动汽车中最重要的应用领域之一。

电动汽车的电机控制需要对电机进行高精度的控制，以达到最佳的性能和效率。IGBT作为电机控制中的关键元件，可以实现电机的高效控制。其工作原理是通过控制栅极信号的开关，控制电流通过晶体管。IGBT的开关速度和控制能力非常高，可以满足电动汽车电机的高速、高功率和高效率要求。

除了电机控制之外，IGBT技术还应用于电动汽车的充电桩。充电桩需要对电池进行高效的充电，以保证电池寿命和使用时间。IGBT技术可以实现充电桩的高效能控制，同时可以保证充电桩的安全性和可靠性。

此外，电动汽车中的DC/DC变换器和制动能量回收也需要使用IGBT技术。DC/DC变换器用于将电池的高电压转换为低电压，以供给汽车内部的电子设备使用。而制动能量回收则是通过将制动时产生的能量回收到电池中，提高了电池的使用效率。这些技术的实现都离不开IGBT技术的支持。


IGBT各世代的技术差异

回顾功率器件过去几十年的发展，1950-60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；1970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。1980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。

1985年前后美国GE成功试制工业样品（可惜后来放弃）。自此以后， IGBT主要经历了6代技术及工艺改进。

从结构上讲，IGBT主要有三个发展方向：

1）IGBT纵向结构：非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型；

2）IGBT栅极结构：平面栅机构、Trench沟槽型结构；

3）硅片加工工艺：外延生长技术、区熔硅单晶；

其发展趋势是：①降低损耗 ②降低生产成本

总功耗＝ 通态损耗 (与饱和电压 VCEsat有关)+开关损耗 (Eoff Eon)。同一代技术中通态损耗与开关损耗两者相互矛盾,互为消长。

IGBT模块按封装工艺来看主要可分为焊接式与压接式两类。高压IGBT模块一般以标准焊接式封装为主，中低压IGBT模块则出现了很多新技术，如烧结取代焊接，压力接触取代引线键合的压接式封装工艺。

随着IGBT芯片技术的不断发展，芯片的最高工作结温与功率密度不断提高， IGBT模块技术也要与之相适应。未来IGBT模块技术将围绕 芯片背面焊接固定 与 正面电极互连 两方面改进。模块技术发展趋势：

无焊接、 无引线键合及无衬板/基板封装技术；

内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功能元件，不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。


整体IGBT国产化率已提升至约30%-35%

目前全球IGBT市场前五大厂商分别为海外的英飞凌、三菱、富士电机、安森美和赛米控。国内方面，有分析，2021年及以前，我国8、9成IGBT产品均需要进口，2022年整体IGBT国产化率提升至约30%-35%，车规级IGBT厂商在中国的市场份额已经从2021年的32%提升到2022年的45%—50%。目前中国 IGBT 行业已经能够具备一定的产业链协同能力，士兰微、斯达半导、新洁能、时代电气、杨杰科技、闻泰科技等国内生产厂商已经IGBT国产替代方面取得了很大进展。士兰微以IGBT单管和IPM模块为主，2021年公司在全球IGBT单管/IPM模块市占率达2.6%、2.2%，均位列国内品类第一。其重点应用在工控和家电领域。

值得注意的是，国内在IGBT制造工艺水平，模块封装的散热效率上与国外英飞凌等厂商存在一定差距。

目前国产IGBT厂家产品在35KW以内的光伏应用场景性能指标已经基本满足需求，可以应用于全球户用光伏市场，但较大功率的逆变器所需的IGBT模块仍存在国产替代空间。

从IGBT厂商产品电压覆盖范围来看，英飞凌、三菱电机、意法半导体、安森美等海外厂商基本覆盖600V—6500V全系列电压，在1700V以上中高压领域具有绝对优势，而国内厂商多集中在中低压领域，产品主要集中在1500V以下的IGBT市场。


IGBT国产迎来换挡加速

近年来受到风电、光伏、汽车等新能源优势产业加持，中国已经是全球最大的IGBT需求市场，但并不是IGBT的供给市场。

从全球市场竞争格局来看，欧美日厂商资金实力雄厚、技术水平领先、产业经验丰富，凭借先发优势抢占了全球功率半导体绝大多数的市场份额，并且一直保持较大的领先优势。英飞凌、三菱和富士电机等厂商贡献了全球八成以上的产能。而国内厂商在全球竞争中不具备优势，所占市场份额较低，国产化率低于 20%，且国产IGBT产品主要集中在中低压市场。

按照使用电压的情况，IGBT可以分为低压、中压和高压三大类产品，不同的电压范围适用不同的应用场景。低压IGBT一般电压在1200V及以下，且适用于低消耗的消费电子和太阳能逆变器领域，中国本土厂商几乎都有布局低压领域。

中压IGBT一般电压在1200-2500V，适用于新能源汽车、风力发电等领域，由于碳中和计划的持续推行以及新能源领域的高速发展，该领域是中国IGBT本土厂商未来主要发力的领域。

高压IGBT一般电压大于2500V，主要适用于高铁、动车、智能电网等领域，中国本土厂商仅中车时代和斯达半导有所布局，中国高铁里程数全球第一，需求量大，促进中上游技术发展，因此该领域率先实现了国产替代。

得益于IGBT产品更新迭代缓慢，给予本土IGBT厂商技术追赶时间。在2021-2023年间的IGBT扩产将由中国厂商主导，国内厂商趁机透过低售价、及时客户服务与稳定的供应链，成功打进下游客户，并逐渐拉升产能以提高市占率。

尤其是在车规级IGBT领域，由于国际IDM的IGBT交货时间很长，国内电动汽车初创汽车制造商不断转向本地供应商。这导致许多中国IGBT厂商正在积极推进产能扩张项目，因为国内厂商已经从主机厂获得了大量IGBT订单。2022年上半年，斯达半导和比亚迪分别占据国内车规级IGBT市场份额的二、三名。而随着越来越多的本土新能源车企导入国产IGBT，整个行业生态也有望快速发展！

而看好光储高增长市场，赛晶科技、新洁能等功率半导体厂商纷纷加码研发新产品，加大市场开拓，并在近期披露了最新进展。

在业绩说明会上，赛晶科技对记者介绍，瞄准风光储及工控市场，公司于今年1月正式推出i20系列1700V IGBT芯片、d20二极管芯片及ST封装IGBT模块。

新洁能在2022年年报中披露，公司在2022年推出了全球首款1200V 100A光伏IGBT单管，未来将陆续推出1200V 150A等大电流系列产品。目前，公司基于650V和1200V平台的IGBT光储模块有望在2023年4月向客户送样，预计第三季度实现IGBT模块产品的量产。

多家公司也已披露了最新研发情况。自新能源汽车市场爆发以来，国内新能源汽车市场直至目前仍然呈现出高端和低价车两极分化的局面。相对而言，国产IGBT产品价格更低，在低价车市场上优势更大。