中國(guó)IGBT發(fā)展的道路顯得艱難又曲折

中國(guó)軌道交通IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的發(fā)展進(jìn)程繞不開一個(gè)關(guān)鍵靈魂人物——中國(guó)工程院院士、原中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司（中車株洲）董事長(zhǎng)丁榮軍。

驅(qū)車沿株洲市境內(nèi)湘江右岸一路行駛，不久便會(huì)看到“田心工業(yè)區(qū)”的醒目標(biāo)志牌，工業(yè)區(qū)綿延十里，被譽(yù)為中國(guó)先進(jìn)軌道交通裝備研發(fā)和制造的“動(dòng)力之都”。而丁榮軍帶領(lǐng)的中車株洲電力機(jī)車研究所正是坐落于此。

2014年5月初，中國(guó)首條、世界第二條8英寸IGBT芯片生產(chǎn)線在中車株洲研究所投產(chǎn)，彼時(shí)也是丁榮軍落戶株洲、投身軌道交通機(jī)車“機(jī)芯”設(shè)計(jì)的第三十年。

這三十年對(duì)于他來(lái)說(shuō)是一條不斷挑戰(zhàn)的路。

作為軌道交通“機(jī)芯”技術(shù)中最為先進(jìn)、效能最為突出的高端產(chǎn)品，IGBT長(zhǎng)期被發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷技術(shù)。

丁榮軍在接受采訪時(shí)表示，他還記得第一次引進(jìn)的時(shí)候，外國(guó)公司很明確地在技術(shù)轉(zhuǎn)讓文件上注明，傳動(dòng)和控制電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的IGBT技術(shù)不能轉(zhuǎn)讓。

“當(dāng)時(shí)我看到這個(gè)很傷心，但反過(guò)來(lái)也激發(fā)了我們?nèi)ヅ??！?/p>

2017年，中車株洲的IGBT被用在行駛于京滬兩地的復(fù)興號(hào)上，中國(guó)高鐵在這一年真正實(shí)現(xiàn)了自主國(guó)產(chǎn)化。

然而縱觀歷史，中國(guó)對(duì)于IGBT的探索卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此，從變頻家電領(lǐng)域到工業(yè)級(jí)領(lǐng)域，從車規(guī)級(jí)到軌交級(jí)，IGBT都緊隨著中國(guó)前進(jìn)的腳步向前邁去。

只是相對(duì)于國(guó)外已經(jīng)發(fā)展了近半個(gè)世紀(jì)的成熟技術(shù)，中國(guó)IGBT發(fā)展的道路顯得艱難又曲折。

蹣跚

20世紀(jì)70年代，美國(guó)正處于油價(jià)高漲與石油緊缺的供需矛盾之下，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展都造成了許多影響，這背后是巨大的油耗量。

而造成油耗量巨大的原因是當(dāng)時(shí)汽車、工業(yè)產(chǎn)品的電機(jī)效率低下。

如果把電比作是血液，那么電機(jī)/電控就好比是電動(dòng)汽車的心臟。而功率半導(dǎo)體就是其中電能轉(zhuǎn)換和控制的核心，主要用于改變電壓和頻率。

其實(shí)當(dāng)時(shí)用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的MOSFET已經(jīng)是比較好的功率器件了，它能夠以可變頻率向電機(jī)組輸出功率；但是由于MOSFET只能應(yīng)用于低壓場(chǎng)景中，并不足以滿足高電壓下對(duì)輸出電壓的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。

1980年，美國(guó)通用電氣的工程師Jayant Baliga發(fā)明了一種兼具M(jìn)OSFET管和雙極型晶體管（BJT）優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合型元器件——絕緣柵雙極晶體管（IGBT），能夠更好地控制感應(yīng)電機(jī)的電源線頻率，進(jìn)而控制其轉(zhuǎn)速使得功率降低，以減少油耗損失。

事實(shí)上IGBT的結(jié)構(gòu)與MOSFET十分接近，只是在其背面增加了N+和P+層，“+”意味著更高的自由電子或者空穴密度。從而IGBT在保留MOSFET優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，增加了載流能力和抗壓能力。

現(xiàn)在，IGBT也被稱為是電力電子行業(yè)里的“CPU”， 在照明、工業(yè)、消費(fèi)、交通、醫(yī)療、可再生能源、電力傳輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。

IGBT既可以幫助空調(diào)、洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)較小的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；又可以應(yīng)用在急救除顫器上，使其從200V電源輸出100KW的雙向震動(dòng)；還可以應(yīng)用于太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電的逆變器里，將蓄電池的直流電逆變成交流電。

IGBT在不同電壓下的應(yīng)用

不過(guò)，盡管通用公司最先做出這個(gè)被譽(yù)為掌控電力世界的鑰匙——IGBT，但是由于通用公司內(nèi)部投資形勢(shì)不太樂(lè)觀；再加上Baliga發(fā)明了IGBT之后，西門子、三菱、富士等廠商立刻對(duì)這種器件產(chǎn)生了濃厚的興趣，開始著力研發(fā)，與通用形成了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

最終在1988年，通用公司決定賣掉整個(gè)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，同時(shí)也放棄了這把“鑰匙”。眼見通用退出比賽，德國(guó)西門子與日本三菱、富士一涌而上，瓜分剩余的市場(chǎng)份額。

20世紀(jì)末期，全球IGBT芯片產(chǎn)業(yè)角逐激烈，德國(guó)和日本可以說(shuō)是IGBT角斗場(chǎng)上最為重磅的兩位玩家，而當(dāng)時(shí)的中國(guó)仿佛被這一場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)隔絕在外。

1996年，西門子半導(dǎo)體事業(yè)部來(lái)無(wú)錫設(shè)立封測(cè)廠。1999年，西門子將半導(dǎo)體部門拋售，后改名為英飛凌，西門子無(wú)錫封測(cè)廠也隨之更名為英飛凌科技（無(wú)錫）有限公司。

短短四年時(shí)間，英飛凌的第六代IGBT承受工作電壓水平從之前的4500V提高到6500V，全球市占率超過(guò)一半，占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先地位。

而此時(shí)，中國(guó)企業(yè)甚至連IGBT的藍(lán)圖都還沒(méi)有構(gòu)思。

比亞迪還在全球鎳鎘電池的市場(chǎng)上縱橫；中車株洲此時(shí)在為解決軌交電氣系統(tǒng)研發(fā)而費(fèi)盡心思；江湖上也還沒(méi)有斯達(dá)半導(dǎo)的傳說(shuō)。

那時(shí)沒(méi)有人能想象，20年之后，IGBT的賽場(chǎng)上竟能出現(xiàn)中國(guó)企業(yè)的身影。

起步

對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)IGBT之難主要來(lái)自于兩點(diǎn)：

1.設(shè)計(jì)工藝難——費(fèi)人；

2.制造技術(shù)難——費(fèi)錢。

從原理看，IGBT就是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，但是其屬于電力電子芯片，IGBT的設(shè)計(jì)需保證開閉合損耗、抗短路能力和導(dǎo)通壓降（控制熱量）三者處于均衡狀態(tài)，與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化十分特殊和復(fù)雜，并且IGBT對(duì)背面工藝和減薄工藝（對(duì)已完成功能的晶圓的背面基體材料進(jìn)行磨削，去掉一定厚度的材料）技術(shù)的要求很高。

制造層面，IGBT可以分為IDM模式（有晶圓廠）和Fabless模式（無(wú)晶圓廠）。

通常情況下，國(guó)外的廠商發(fā)展歷史較長(zhǎng)、流動(dòng)資金充足，往往會(huì)選擇IDM模式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)能、工藝都可控，而且能把核心技術(shù)掌握在自己手中。

面對(duì)這些困局，比亞迪與中車株洲在當(dāng)時(shí)同時(shí)選擇了以收購(gòu)開辟一條新道路。

2008年，比亞迪董事長(zhǎng)王傳福宣布一則公告，直接把自己推上輿論的焦點(diǎn)：比亞迪以1.7億元收購(gòu)寧波中緯半導(dǎo)體公司。市場(chǎng)頓時(shí)引起一片嘩然，彼時(shí)的比亞迪已經(jīng)收購(gòu)秦川汽車，靠著比亞迪F3成功打開了汽車市場(chǎng)，從電池制造商轉(zhuǎn)型為全國(guó)第一汽車企業(yè)。

而寧波中緯半導(dǎo)體則是寧波市政府白白投了30億的失敗項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)文章對(duì)于比亞迪的報(bào)道無(wú)一不是質(zhì)疑與不解，“比亞迪至少虧20億”、“王傳福2億殺入銷金窟”等聲音不絕于耳。

圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)時(shí)本該如日中天的比亞迪股價(jià)也因此一落千丈。

2008年7月24日 比亞迪股價(jià)跌至5.827港元/股

直到2009年，比亞迪IGBT 1.0橫空出世，讓中國(guó)在IGBT技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了從零到一的突破，人們才明白王傳福收購(gòu)寧波中緯半導(dǎo)體不是心血來(lái)潮。

緊接著，比亞迪推出了IGBT 2.0和IGBT2.5，雖然在當(dāng)時(shí)都未激起太大的漣漪，但這只是比亞迪實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)IGBT芯片的初步嘗試，往后更新的芯片搭配比亞迪自產(chǎn)的新能源車，才讓比亞迪迎來(lái)了屬于它的春天。

此時(shí)，中車株洲也迎來(lái)了一個(gè)絕佳機(jī)會(huì)。

2008年的金融危機(jī)，使得丹尼克斯——一家掌握IGBT關(guān)鍵技術(shù)的英國(guó)大功率半導(dǎo)體企業(yè)——股價(jià)重挫、資金困窘，在市場(chǎng)擴(kuò)展上無(wú)力可施，最終面臨破產(chǎn)。剛上市的中車株洲隨即決定以大約一億元人民幣的價(jià)格收購(gòu)了丹尼克斯，隨后投入巨資，將丹尼克斯的4英寸IGBT生產(chǎn)線升級(jí)為6英寸生產(chǎn)線。

中車株洲此舉的背后在于，其長(zhǎng)期專注于攻克軌交電氣系統(tǒng)，深知IGBT對(duì)于軌交電氣系統(tǒng)的重要性：IGBT在電氣系統(tǒng)中相當(dāng)于一個(gè)“閘門”，把電流疏通過(guò)去實(shí)現(xiàn)電流與電壓之間的精細(xì)控制，便能讓列車在啟動(dòng)后即刻提速至300公里/時(shí)以上。

一輛八節(jié)的高鐵上大約會(huì)用到128個(gè)IGBT模塊，每個(gè)模塊24個(gè)IGBT芯片，而一個(gè)指甲蓋大小的IGBT大約包含五萬(wàn)個(gè)納米級(jí)的元件，能抗住6500V高壓，每秒可實(shí)現(xiàn)10萬(wàn)次電流開關(guān)動(dòng)作。

就是這樣一個(gè)指甲蓋大小的IGBT，中國(guó)每年都要用掉將近10萬(wàn)只，進(jìn)口IGBT芯片的金額更是高達(dá)12億元之多。通常，一個(gè)芯片模組就高達(dá)1萬(wàn)元，并且產(chǎn)品交貨周期很長(zhǎng)，根本無(wú)法滿足中國(guó)高速發(fā)展的高鐵建設(shè)規(guī)模。

為了更好地實(shí)現(xiàn)中國(guó)高鐵自主建造，中車株洲在收購(gòu)丹尼克斯之后就開始了“背水一戰(zhàn)”。此時(shí)，中車株洲內(nèi)部也出現(xiàn)了兩種不同的聲音：

一種堅(jiān)持原封不動(dòng)地將丹尼克斯6英寸IGBT生產(chǎn)線復(fù)制到國(guó)內(nèi)，盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；另一種則認(rèn)為應(yīng)該升級(jí)技術(shù)，建設(shè)一條比丹尼克斯基地更為先進(jìn)的8英寸IGBT生產(chǎn)線。

中車株洲研究所董事長(zhǎng)丁榮軍力排眾議，提出基于丹尼克斯的技術(shù)，充分吸收IGBT的創(chuàng)新發(fā)展成果，果斷拍板建設(shè)8英寸IGBT生產(chǎn)線。

“不能總是追趕別人，我們要超越。”

斯達(dá)半導(dǎo)也在這幾年趕上了好時(shí)候。

作為麻省理工學(xué)院電子材料博士的沈華，一畢業(yè)就加入了西門子微電子部門，后因業(yè)務(wù)分拆跟隨部門來(lái)到英飛凌，再然后沈華來(lái)到了Xilinx，Inc——一家位于硅谷的著名FPGA公司，負(fù)責(zé)新產(chǎn)品的開發(fā)，2003年開始負(fù)責(zé)當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的65納米工藝技術(shù)。

2005年，沈華作為曾經(jīng)英飛凌的老將，決定組建屬于自己的公司。

而就在一年后，國(guó)家科技部宣布將IGBT的研制列為七大課題之一，投入巨資集中研發(fā)。

站在風(fēng)口的斯達(dá)半導(dǎo)，2008年獲得了國(guó)家發(fā)改委800萬(wàn)元和工信部100萬(wàn)元的項(xiàng)目資金資助，創(chuàng)始人沈華也在隨后入選首批“留學(xué)人員回國(guó)創(chuàng)業(yè)啟動(dòng)支持計(jì)劃”。

斯達(dá)半導(dǎo)一開始選擇了從組裝IGBT模塊入手，沈華擁有良好的渠道關(guān)系，加上斯達(dá)的高管們本就對(duì)國(guó)外同行的狀況了如指掌，又與國(guó)內(nèi)客戶近距離溝通的機(jī)會(huì)，使得斯達(dá)占據(jù)了天時(shí)、地利、人和三要素，在國(guó)內(nèi)客戶需求和供貨速度上都展現(xiàn)了前所未有的優(yōu)勢(shì)。

就在中國(guó)IGBT廠商努力前進(jìn)追趕國(guó)外IGBT技術(shù)的時(shí)候，一道政策的發(fā)布像是一劑催化劑，打開了中國(guó)新能源車的發(fā)展歷程，也間接加速了中國(guó)的IGBT事業(yè)。

加速

2014年，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于電動(dòng)汽車用電價(jià)格政策有關(guān)問(wèn)題的通知》，要求地方各級(jí)財(cái)政補(bǔ)貼不得超過(guò)中央財(cái)政單車補(bǔ)貼額的50%，除燃料電池汽車之外的各類車型，2019-2020年中央地方補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和上線在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上退坡20%。

同年，中國(guó)新能源汽車全年共生產(chǎn)7.85萬(wàn)輛，生產(chǎn)量同比增長(zhǎng)近3.5倍，銷售約7.48萬(wàn)輛，銷售量同比增長(zhǎng)近3.2倍。

也就在這一年，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開始進(jìn)軍新能源汽車行業(yè)，蔚來(lái)、小鵬、理想先后創(chuàng)立，更是有許多老牌車企開始轉(zhuǎn)型制造新能源汽車。

新能源車與IGBT之間的重要關(guān)系，比亞迪最清楚。

在IGBT供應(yīng)商與新能源車整車廠之間，連接的是電控廠商。

這也是當(dāng)初王傳福執(zhí)意要收購(gòu)寧波中緯半導(dǎo)體的原因。2003年，比亞迪收購(gòu)秦川汽車之后，開始致力于打造新能源汽車的路線，但是新能源汽車中的電驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)一直無(wú)法攻克，其原因就是車規(guī)級(jí)IGBT技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)被英飛凌所掌控。

車規(guī)級(jí)IGBT最主要的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)交流電和直流電的轉(zhuǎn)換。當(dāng)外界充電的時(shí)候是交流電，需要通過(guò)IGBT轉(zhuǎn)變成直流電然后給電池，同時(shí)要把220V電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷翰拍芙o電池組充電。而當(dāng)需要電池給汽車傳送電的時(shí)候，通過(guò)IGBT把直流電轉(zhuǎn)變成交流電機(jī)使用的交流電，轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷和瑫r(shí)起到對(duì)交流電機(jī)的變頻控制。

圖片來(lái)自雪球

在此之前，比亞迪就已經(jīng)花了3年時(shí)間研究車用IGBT的理論與封裝業(yè)務(wù)，并和斯達(dá)半導(dǎo)一樣，采用英飛凌的芯片組裝模塊出售。但很快比亞迪就意識(shí)到模塊封裝作為下游環(huán)節(jié)，并不能真正解決IGBT芯片上游的技術(shù)與研發(fā)問(wèn)題，于是才做出收購(gòu)寧波中緯半導(dǎo)體的這一“大動(dòng)作”，開始走上了自主研發(fā)IGBT的前進(jìn)之路。

攻克下IGBT芯片技術(shù)之后，比亞迪構(gòu)建了自產(chǎn)自銷的閉合產(chǎn)業(yè)鏈條，制造出的IGBT芯片封裝成模塊后直接供給給電控廠商，也使得比亞迪的供應(yīng)鏈自給率高達(dá)70%，并且大幅降低了成本。

也正是在理想、蔚來(lái)、小鵬等新能源車發(fā)展之際，斯達(dá)半導(dǎo)詮釋了什么叫“好風(fēng)憑借力，送我上青云”。

多數(shù)新興智能汽車廠商本是互聯(lián)網(wǎng)出身，需要整合一輛兼具高性能和較高性價(jià)比的汽車并非易事，而第三方電控廠商在此時(shí)就起到了搭建橋梁的作用。

在斯達(dá)半導(dǎo)披露的IPO報(bào)告中，可以清晰地看到英威騰與匯川技術(shù)分別為其第一和第二大客戶，總占比超20%，而英威騰與匯川技術(shù)正是國(guó)內(nèi)新能源汽車電控技術(shù)的龍頭廠商。

造車新勢(shì)力的供應(yīng)需要電控技術(shù)的支持，而電控技術(shù)需要IGBT的整合。斯達(dá)半導(dǎo)借著匯川與英威騰的風(fēng)力成功乘上了青云，2016年斯達(dá)半導(dǎo)的IGBT模塊全球市場(chǎng)占有率為2.50%，躋身進(jìn)全球十大功率模塊廠商。

中車株洲也在收購(gòu)英國(guó)丹尼克斯之后如虎添翼，并聯(lián)合浙大啟動(dòng)關(guān)于軌交IGBT芯片的02專項(xiàng)。

軌交IGBT相較于車規(guī)級(jí)IGBT需要能承受住更高的電壓，再加上軌交運(yùn)行條件過(guò)于惡劣，中國(guó)軌交運(yùn)行跨度極大，從上海到西藏、從哈爾濱到廣州的線往往需要行駛超長(zhǎng)時(shí)間，并且環(huán)境溫差極大。

這使得軌交IGBT需要具備極高的電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)、超高的運(yùn)行可靠性以及長(zhǎng)時(shí)間的使用效率。

2011年，中車株洲IGBT打算進(jìn)入軌交系統(tǒng)，但是卻沒(méi)能成功打開市場(chǎng)，IGBT畢竟是軌交的核心部件之一，一旦出錯(cuò)后果不堪設(shè)想，所以當(dāng)時(shí)大多廠商對(duì)中車株洲自制的IGBT還保持較為謹(jǐn)慎的態(tài)度。

直到2014年，中車株洲自主研制的8英寸IGBT芯片成功下線，才讓人們看到了中國(guó)在高壓IGBT的可能性。

可還沒(méi)等中車株洲欣喜太久，國(guó)際市場(chǎng)上軌交IGBT的價(jià)格戰(zhàn)已處于白熱化狀態(tài)。正當(dāng)中車株洲打算以低于市場(chǎng)價(jià)30%推出產(chǎn)品時(shí)，外商竟聯(lián)手將IGBT的價(jià)格降了70%，產(chǎn)品一上市就打起了價(jià)格戰(zhàn)。

價(jià)格戰(zhàn)愈打愈烈，中車株洲只能無(wú)奈跟進(jìn)，并逐漸搶奪海外廠商的份額。

從2014年至2016年，中車株洲的大功率半導(dǎo)體的中國(guó)市場(chǎng)市占率從0升至60%。

獲取國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分訂單后，中車株洲選擇走出國(guó)門，出口印度、馬來(lái)西亞；并且在俄羅斯、意大利及中歐市場(chǎng)也開始布局，取得了小批量訂單。

2017年底，石濟(jì)高鐵開通運(yùn)營(yíng)，中國(guó)“四縱四橫”高鐵網(wǎng)全部建成通車，長(zhǎng)達(dá)十年的高鐵建造運(yùn)動(dòng)告一段落。

超越

2020年年底，在深圳比亞迪集團(tuán)總部，新東方創(chuàng)始人俞敏洪問(wèn)王傳福：

“所有中國(guó)造車廠商都要給汽車起個(gè)外國(guó)名字，覺(jué)得這樣才顯得洋氣，結(jié)果你反其道而行之，（起了）‘秦漢宋元’，很容易讓老百姓覺(jué)得這車起個(gè)中文名很土，你怎么敢就這么一步步往上頂？”

王傳?；貞浧鹆酥暗慕?jīng)歷，他說(shuō)：

“我想爭(zhēng)一口氣，把產(chǎn)業(yè)做大，把中國(guó)應(yīng)有的位置坐起來(lái)，所以‘漢’這款車型如果做不好，我也是無(wú)地自容?！?/p>

根據(jù)乘聯(lián)會(huì)的數(shù)據(jù)，2021年前10個(gè)月，比亞迪漢EV共銷售6.68萬(wàn)輛，銷量同比增長(zhǎng)超5倍。隨著高端化實(shí)現(xiàn)成功突破，威爾森監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，比亞迪單車均價(jià)在今年前7個(gè)月已達(dá)到15.18萬(wàn)元，超過(guò)了大眾汽車。

但鮮有人知的是，漢EV所搭載的便是比亞迪自研的4.0代IGBT，被稱為IGBT智慧“中國(guó)芯”。 比亞迪IGBT 4.0代綜合損耗較當(dāng)前市場(chǎng)主流的IGBT降低了約20%。當(dāng)電流通過(guò)IGBT器件時(shí)，受到的損耗降低，使得整車電耗顯著降低。

如果說(shuō)此前的IGBT1.0是橫空出世的驚喜之作，那比亞迪的IGBT4.0可以說(shuō)是開創(chuàng)中國(guó)IGBT時(shí)代的曠世之作。

據(jù)比亞迪稱，2009年推出的IGBT1.0僅僅相當(dāng)于國(guó)外1995年左右的技術(shù)水平，即便是后續(xù)的IGBT2.5也僅僅相當(dāng)于國(guó)外2000年左右的技術(shù)水平。而比亞迪的IGBT4.0達(dá)到了國(guó)外同一階段IGBT的主流性能水平，在部分指標(biāo)上還實(shí)現(xiàn)了反超。

同時(shí)，其電流輸出能力較當(dāng)時(shí)市場(chǎng)主流的IGBT高15%，支持整車具有更強(qiáng)的加速能力和更大的功率輸出能力。而且IGBT4.0溫度循環(huán)壽命相當(dāng)于其他市場(chǎng)主流IGBT的10倍以上，當(dāng)比亞迪電動(dòng)車在應(yīng)對(duì)各種極端氣候、路況時(shí)，能有更高的可靠性和更長(zhǎng)的使用壽命。

根據(jù)乘聯(lián)會(huì)的數(shù)據(jù)，2021年前10個(gè)月，比亞迪漢EV共銷售6.68萬(wàn)輛，銷量同比增長(zhǎng)超5倍。隨著高端化實(shí)現(xiàn)成功突破，威爾森監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，比亞迪單車均價(jià)在今年前7個(gè)月已達(dá)到15.18萬(wàn)元，超過(guò)了大眾汽車。

經(jīng)過(guò)十七年的研發(fā)之后，比亞迪實(shí)現(xiàn)了集芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試、生產(chǎn)在內(nèi)的垂直運(yùn)作的IDM模式，結(jié)合自身上下游優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)掘并開發(fā)了其在汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上的技術(shù)潛力。

2020年，新冠疫情爆發(fā)，供應(yīng)鏈短缺成了全球困擾的問(wèn)題。而芯片短缺則使得電子產(chǎn)品供應(yīng)鏈極度緊張，一方面疫情促進(jìn)了居家辦公、娛樂(lè)和電子商務(wù)的發(fā)展，但另一方面，在科技產(chǎn)品需求猛增的同時(shí)，芯片廠卻趕不上需求的增速。

疫情的沖擊迫使三星電子、恩智浦半導(dǎo)體和英飛凌等海外公司選擇暫時(shí)關(guān)閉工廠。英飛凌和恩智浦是主要的車規(guī)級(jí)IGBT芯片供應(yīng)商，關(guān)閉工廠使得芯片短缺的情況更是雪上加霜。

而“缺芯”對(duì)于斯達(dá)半導(dǎo)而言，卻是機(jī)遇，亦是挑戰(zhàn)。

海外IGBT大廠功率半導(dǎo)體產(chǎn)能受疫情影響嚴(yán)重時(shí)，斯達(dá)加快了IGBT模塊產(chǎn)品量產(chǎn)的速度。據(jù)IHS Markit數(shù)據(jù)，2020年全球IGBT模組市場(chǎng)規(guī)模達(dá)36.3億美元，斯達(dá)半導(dǎo)以2.80%的市場(chǎng)份額位列全球第五位。

根據(jù)2020年斯達(dá)半導(dǎo)年報(bào)披露明細(xì)，斯達(dá)半導(dǎo)去年?duì)I業(yè)總收入為9.63億元，其中，公司工業(yè)控制和電源行業(yè)的營(yíng)業(yè)收入為7.1億元，同比增加21.61%；新能源行業(yè)營(yíng)收2.1億元，同比增加30.38%；變頻白家店及其他行業(yè)的營(yíng)業(yè)收入為3766萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)25.18%；電動(dòng)汽車方面，斯達(dá)生產(chǎn)的汽車級(jí)IGBT模塊去年合計(jì)配套超過(guò)20萬(wàn)輛電動(dòng)汽車。

可縱使斯達(dá)半導(dǎo)已經(jīng)做到“全球第五”，仍然因?yàn)槠銯abless的經(jīng)營(yíng)模式被理想汽車排除在供應(yīng)商之外。

相比于IDM模式，F(xiàn)abless模式資產(chǎn)輕、風(fēng)險(xiǎn)小，但也因?yàn)闆](méi)有自控產(chǎn)線，產(chǎn)品交付能力及成本控制稍弱，也正是因?yàn)槿绱?，斯達(dá)半導(dǎo)曾與理想、小鵬的訂單失之交臂。

據(jù)多家媒體公開報(bào)道，2021年7月，理想汽車披露了一份IGBT采購(gòu)紀(jì)要，在英飛凌供貨不足的情況下，評(píng)估了斯達(dá)半導(dǎo)、中車時(shí)代電氣、比亞迪半導(dǎo)體等多家供應(yīng)商，其中明確提到：

“我們首選有產(chǎn)線的，因?yàn)樗麄兡茏钥禺a(chǎn)線，你看斯達(dá)這種，他沒(méi)有辦法保障交期”。

斯達(dá)丟失的訂單正好被轉(zhuǎn)型的中車“搶”走了。

2021年9月30日，中車株洲控股子公司株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司（簡(jiǎn)稱時(shí)代電氣）在上海證券交易所科創(chuàng)板上市。

時(shí)代電氣憑借低于英飛凌30%的價(jià)格優(yōu)勢(shì)、可以保證的交付優(yōu)勢(shì)、高配合度的定制服務(wù)優(yōu)勢(shì)，獲得廣汽、理想、小鵬等車廠青睞，建立了合作關(guān)系。

中車株洲分拆時(shí)代電氣上市的這一舉動(dòng)，無(wú)疑是為了能夠更好地切入車規(guī)級(jí)IGBT。此前中車株洲IGBT產(chǎn)品的電壓范圍覆蓋了750V-6500V，為國(guó)內(nèi)電壓覆蓋范圍最廣的廠商，所以切入車規(guī)級(jí)IGBT對(duì)于其他廠商來(lái)說(shuō)就是“降維打擊”。

而斯達(dá)半導(dǎo)也不甘示弱，2021年9月，斯達(dá)宣布定增并新建產(chǎn)線向IDM模式轉(zhuǎn)型，首先瞄準(zhǔn)的就是第三代半導(dǎo)體和高壓IGBT產(chǎn)品。

但是有投資者形容，在技術(shù)壁壘極高的軌道交通及電網(wǎng)領(lǐng)域，中車時(shí)代電氣的中高壓IGBT“拿望遠(yuǎn)鏡都看不到對(duì)手”，斯達(dá)半導(dǎo)能否“搶占”中車在高壓IGBT的市場(chǎng)占有率，還有待觀望。

前路

中國(guó)IGBT發(fā)展的這20年，誕生了許多優(yōu)秀的企業(yè)。

除了比亞迪、斯達(dá)半導(dǎo)和中車時(shí)代電氣，還有擁有國(guó)內(nèi)第一條全內(nèi)資8英寸專注功率器件晶圓生產(chǎn)線的華潤(rùn)微；全球首家提供場(chǎng)截止型絕緣柵雙極型晶體管（FS IGBT）量產(chǎn)技術(shù)的8英寸集成電路芯片的華虹半導(dǎo)體以及在全球IGBT分立器件市場(chǎng)份額排名第十的士蘭微。

盡管中國(guó)的IGBT市場(chǎng)份額和業(yè)務(wù)量有所增加，但與海外龍頭英飛凌在IGBT分立器件和模組市占率相比，仍有一些差距。

但是中國(guó)IGBT企業(yè)卻也在此時(shí)看到了新的曙光。

第三代半導(dǎo)體材料——碳化硅（SiC）的機(jī)會(huì)來(lái)了。

半導(dǎo)體迭代的區(qū)別只取決于其材料。如果說(shuō)第一代硅材料半導(dǎo)體已經(jīng)接近完美晶體，那么以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體具備更優(yōu)異的材料物理特性，為進(jìn)一步提升電力電子器件的性能提供了更大的空間。

目前的車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體都以硅基IGBT為主，但近年來(lái)，SiC半導(dǎo)體材料迅速崛起。相比于硅基IGBT，SiC器件性能更優(yōu)、體積更小、能耗更低，缺點(diǎn)則在于成本較高，同等級(jí)別的SiC MOSFET芯片，其成本是硅基IGBT的8~12倍。

圖片來(lái)自半導(dǎo)體行業(yè)觀察

據(jù)IHS Markit數(shù)據(jù)，受新能源汽車龐大需求的驅(qū)動(dòng)以及電力設(shè)備等領(lǐng)域的帶動(dòng)，預(yù)計(jì)到2027年SiC功率器件的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)100億美元，SiC襯底的市場(chǎng)需求也將大幅增長(zhǎng)。

在龐大市場(chǎng)需求的吸引下，英飛凌、意法半導(dǎo)體、 羅姆半導(dǎo)體等功率半導(dǎo)體主要供應(yīng)商紛紛布局SiC功率產(chǎn)品，新能源相關(guān)的SiC功率器件應(yīng)用也在不斷落地。

最早的SiC器件出現(xiàn)在2001年，但是直到2010年人們才實(shí)現(xiàn)SiC的MOSFET結(jié)構(gòu)。目前全球SiC器件還處于剛剛起步的階段，即使海外龍頭企業(yè)具有一些先發(fā)優(yōu)勢(shì)，但這個(gè)技術(shù)差距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IGBT數(shù)十年積累的“迭代鴻溝”，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍有彎道超車的機(jī)會(huì)。

2020年開始，不少的中國(guó)IGBT企業(yè)，不僅在產(chǎn)能上進(jìn)行了擴(kuò)張，更是在SiC布局上開始發(fā)力。

2020年底，比亞迪半導(dǎo)體宣布自建一條SiC產(chǎn)線，成為國(guó)內(nèi)首家擁有SiC自有產(chǎn)線的整車廠，比亞迪漢EV便是用SiC MOSFET來(lái)控制電機(jī)的。

士蘭微在2021年二季度時(shí)宣布公司SiC功率器件的中試線已實(shí)現(xiàn)通線。

2021年9月24日，斯達(dá)半導(dǎo)宣布定增獲得發(fā)審委通過(guò)，將募資35億元用于IGBT芯片、SiC芯片的研發(fā)及生產(chǎn)。預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)成6英寸IGBT產(chǎn)能30萬(wàn)片/年， 6英寸SiC芯片產(chǎn)能6萬(wàn)片/年。

尾聲

中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在發(fā)展史上經(jīng)歷了幾個(gè)重要階段。

從60年代初的艱難求生到90年代引進(jìn)六寸生產(chǎn)線和八寸生產(chǎn)線；從2000年在政策支持下建立中芯國(guó)際，到2008年開始的“02”專項(xiàng)資金；從2014年開始的大基金，再到2020年的“十四五”計(jì)劃。

而在其中，政策扶持起到了至關(guān)重要的作用。

也正因?yàn)橛辛苏叩膬A斜，我們才迎來(lái)了比亞迪、斯達(dá)半導(dǎo)和中車株洲等優(yōu)秀IGBT企業(yè)。

現(xiàn)在，這個(gè)已過(guò)甲子之年的產(chǎn)業(yè)正隨著國(guó)家對(duì)第三代半導(dǎo)體材料的重視迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

當(dāng)全新的國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈完備之時(shí)，國(guó)產(chǎn)IGBT或可屹立于世界前列。

所以，不要著急，讓子彈飛一會(huì)兒，或許未來(lái)五年才是IGBT廠商們真正騰飛的時(shí)代。

審核編輯 ：李倩