到底什么是功率半導體？

功率半導體中的IGBT，這是目前半導體產(chǎn)業(yè)鏈中非常熱門的一個賽道。

功率半導體屬于整個產(chǎn)業(yè)里的核心環(huán)節(jié)，位于半導體材料和設備之后。這里常提到一個詞，叫功率器件，有人覺得這倆是一回事，其實不是相同。

功率半導體包括兩部分：功率器件和功率IC，功率器件是功率半導體分立器件的分支，而功率IC則是將功率半導體分立器件與各種功能的外圍電路集成而得來。

?

功率半導體的功能主要是對電能進行轉換，對電路進行控制，改變電子裝置中的電壓和頻率，直流或交流等，均具有處理高電壓，大電流的能力。

理想情況下，轉化器在打開的時候沒有任何電壓損 失，在開閉轉換的時候沒有任何的功率損耗，因此功率半導體的產(chǎn)品和技術創(chuàng)新，主要是為了提高能量轉化效率。

功率器件率里，率先發(fā)展的是功率二極管和三極管，隨后晶閘管開始快速發(fā)展。

現(xiàn)在，MOSFET和IGBT逐漸崛起，也曾經(jīng)歷了平面型、溝槽型等轉變，至今依然是價值含量最高，技術壁壘最高的功率器件。

不過目前絕大多數(shù)分立器件和集成電路都是硅基材質，前文提到的碳化硅和氮化鎵材質的功率器件是未來的趨勢。感興趣可以看看前文《碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈最全分析》。

IGBT學名為絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT（雙極型三極管）和 MOSFET（絕緣柵型場效應管）組成的全控-電壓驅動的功率半導體。

因此IGBT同時具備兩者優(yōu)點，在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的，它是電力電子領域較為理想的開關器件。

根據(jù) Yole 統(tǒng)計，目前全球功率半導體中約 50%是功率 IC，其余的一半是功率分立器件。

在功率分立器件銷售 2017 年占比中，MOSFET 占比最高，約占 31%，其次是二極管/整流橋占比約 29%，晶閘管和 BJT 等占分立器件約 21%，IGBT 占比19%，但是其復合增速是最快的。

IGBT 的產(chǎn)業(yè)鏈包括了上游的 IC 設計，中游的制造和封裝，下游應用則包括工控、新能源、家電、電氣高鐵等領域。

根據(jù)封裝形式可分為 IGBT 分立器件、IGBT 模塊以及 IPM三大類產(chǎn)品。

IGBT 分立器件指一個IGBT 單管和一個反向并聯(lián)二極管組成的器件。

IGBT 模組指將多個（兩個及以上）IGBT芯片和二極管芯片以絕緣方式組裝到 DBC 基板上，并進行模塊化封裝。

IPM 則指將功率器件（主要為 IGBT）和驅動電路、過壓和過流保護電流、溫度監(jiān)視和超溫保護電路等外圍電路集成再一起生產(chǎn)的一種組合型器件。

目前模塊封裝已成為IGBT核心競爭力之一，適用于各種高電壓場景。

此外，IGBT企業(yè)主要有三種業(yè)務模式：IDM、設計和模組。

IDM模式即垂直整合制造商，包含電路設計、晶圓制造、封裝測試以及投向消費市場全環(huán)節(jié)業(yè)務。這種模式對企業(yè)的技術、資金和市場份額要求極高。

設計模式即企業(yè)自身專注于芯片設計，而將芯片制造外協(xié)給代工廠商生產(chǎn)制造，而芯片代工廠負責采購硅片和加工生產(chǎn)。這種模式對資金要求降低，減少了投資風險，能夠快速開發(fā)出終端需要的芯片。

國外巨頭大多采用IDM模式，國內企業(yè)典型如斯達半導，采用 Fabless+模組的模式。

中國企業(yè)比較傾向于Fabless模式，主要因為功率半導體并不需要特別高精尖的晶圓代工，單獨建產(chǎn)線資本回收期很長，而且國內有較多工藝成熟的代工廠，因此作為后進者，國內企業(yè)采用Fabless有利于快速追趕。

IGBT行業(yè)具備技術壁壘，由于功率半導體和模擬IC類似，不像數(shù)字電路可通過 EDA 等軟件進行設計，功率半導體需要根據(jù)實際產(chǎn)品參數(shù)進行不斷調整與妥協(xié)，因此對工程師的經(jīng)驗要求更高。

而且由于IGBT工作環(huán)境惡劣，使用負荷較重，對其性能穩(wěn)定性和可靠性要求較高，所以設計和制造的方面都存在較高壁壘。

除提高可靠性外，IGBT未來也會朝著更高密度、更大晶圓、更薄厚度發(fā)展。此外，更高熱導率的材料、更厚的覆銅層、更好的集成散熱功能也是IGBT模塊的發(fā)展方向。

IGBT產(chǎn)品生命周期較長，以英飛凌為例，雖然現(xiàn)在更新到第七代，但20年前發(fā)布的第三代產(chǎn)品在3300V、4500V、6500V等高壓領域依然占據(jù)主導地位，第四代產(chǎn)品仍是目前使用最廣泛的IGBT芯片技術。

而且新產(chǎn)品的穩(wěn)定性通常需要時間驗證，所以很多客戶即使知道有新產(chǎn)品，依然選擇購買老產(chǎn)品。這導致業(yè)內大廠產(chǎn)品的替換成本高，具有明顯的競爭優(yōu)勢。

來源：價值鹽選

? ? ? ?審核編輯 ：李倩