小器件，成就新能源汽車大未來 - 全文

引言：IGBT作為電能變換的關(guān)鍵部件，是新能源汽車電控系統(tǒng)和直流充電樁的核心器件，未來幾年我國(guó)新能源汽車及充電樁市場(chǎng)將進(jìn)入爆發(fā)期，IGBT作為其核心器件也將迎來黃金發(fā)展期。

新能源驅(qū)動(dòng)，IGBT增長(zhǎng)空間廣闊

IGBT（絕緣柵雙極晶體管）是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，為世界公認(rèn)的電力電子第三次技術(shù)革命的代表性產(chǎn)品，具有高頻率、高電壓、大電流，易于開關(guān)等優(yōu)良性能，被業(yè)界譽(yù)為功率變流裝置的“CPU”。

IGBT能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，具有很好的環(huán)境保護(hù)效益，是未來應(yīng)用發(fā)展的必然方向。IGBT可廣泛應(yīng)用于汽車電子、電力領(lǐng)域、消費(fèi)電子、新能源等傳統(tǒng)和新興領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。

IGBT具有的特性，使其非常適用于新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。IGBT模塊是新能源汽車電控系統(tǒng)和直流充電樁的核心器件；成本占到新能源整車成本的10%， 占到充電樁成本的20%。政策驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)新能源汽車及充電樁市場(chǎng)將進(jìn)入爆發(fā)期， IGBT作為其核心器件也將迎來黃金發(fā)展期，預(yù)計(jì)未來5年國(guó)內(nèi)新能源汽車和充電樁市場(chǎng)將帶動(dòng)200億IGBT模塊的需求。

缺芯之痛，受制與人

中國(guó)是世界最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)， 占世界市場(chǎng)的50%以上，但I(xiàn)GBT做為功率半導(dǎo)體主流器件，過去基本被國(guó)外廠商壟斷。歐美和日本企業(yè)憑借著產(chǎn)品質(zhì)量好、技術(shù)領(lǐng)先，在IGBT市場(chǎng)中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，也是中國(guó)IGBT市場(chǎng)的主要供應(yīng)商。

2008年，中國(guó)第一條高鐵—京津城際鐵路開通，隨后又開通了武廣高鐵等更多的高鐵線路，對(duì)IGBT的需求成倍增加。一個(gè)8列標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組就需要152個(gè)IGBT模塊，光這個(gè)模塊的成本就將近兩百萬(wàn)元，每年中國(guó)高鐵制造需要向國(guó)外采購(gòu)十萬(wàn)個(gè)以上IGBT模塊，采購(gòu)資金超過12億元人民幣。

一個(gè)IGBT模塊的價(jià)格折合人民幣1.5萬(wàn)元，而且只賣成品。即使是作為中國(guó)牽引電傳動(dòng)技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)，中車株洲所也依然要每年花費(fèi)數(shù)億元從國(guó)外采購(gòu)IGBT產(chǎn)品。

技術(shù)和市場(chǎng)被壟斷，國(guó)外器件的采購(gòu)又面臨“長(zhǎng)周期、高價(jià)格”。一個(gè)IGBT器件部件，采購(gòu)周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)月甚至半年以上，如果不改變這一局面，將不僅影響我國(guó)電力電子產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康快速發(fā)展，而且嚴(yán)重阻礙我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，特別是在軌道交通牽引裝備、新能源、柔性直流輸電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，這是一個(gè)非常尷尬的現(xiàn)實(shí)。

自主設(shè)計(jì)制造中國(guó)人自己的IGBT芯片，打造一條從IGBT芯片研制—模塊封裝—系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試的完整IGBT產(chǎn)業(yè)鏈，成為國(guó)家和產(chǎn)業(yè)界的共同訴求。

大國(guó)重器，艱難鑄成

IGBT，許多半導(dǎo)體圈內(nèi)人士都以為就是一個(gè)分立器件，很有些瞧不上眼。然而它是目前功率電子器件技術(shù)最先進(jìn)的產(chǎn)品，其應(yīng)用非常廣泛，小到電磁爐、大到飛機(jī)船舶、軌道交通、新能源汽車、智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，被稱為電力電子行業(yè)里的“CPU”。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展了30多年，集成度從微米級(jí)發(fā)展到了納米級(jí)，晶圓尺寸從3英寸做到了12英寸，我們還得回頭重新審視這個(gè)小小的分立器件。

IGBT單從器件原理上講并不是很復(fù)雜，但為什么IGBT的產(chǎn)品目前還是主要掌握在世界幾大IDM廠商手中。其中IGBT的垂直整合至關(guān)重要，設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)和系統(tǒng)應(yīng)用緊密結(jié)合是關(guān)鍵，這就迫使各個(gè)環(huán)節(jié)中有實(shí)力的企業(yè)需要加強(qiáng)合作，也是IGBT發(fā)展門檻較高的原因之一。

我們國(guó)家并不是不重視IGBT的開發(fā)，早在1996年，當(dāng)時(shí)的國(guó)家計(jì)委（國(guó)家發(fā)改委的前身），即把發(fā)展IGBT芯片及模塊產(chǎn)業(yè)化作為重點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施。2006年出臺(tái)的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》就明確提出，功率器件及模塊技術(shù)、半導(dǎo)體功率器件技術(shù)是未來5-15年15個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的重要技術(shù)之一?！笆晃濉焙汀笆濉逼陂g，國(guó)家也組織實(shí)施了眾多的IGBT研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，和28nm/16nm集成電路制造一樣，IGBT也被列為國(guó)家“02專項(xiàng)”的重點(diǎn)扶持項(xiàng)目。專項(xiàng)重點(diǎn)明確了以IGBT為代表的芯片和器件的設(shè)計(jì)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化、 功率模塊產(chǎn)業(yè)化等。這一方面體現(xiàn)中國(guó)政府對(duì)于IGBT的重視，另一方面也說明IGBT技術(shù)的難度。

盡管很早受到政策重視與扶持，也曾投入巨資集中進(jìn)行研發(fā)，但因?yàn)榉N種原因，進(jìn)展緩慢，成效不大。轉(zhuǎn)機(jī)在2008年，中車株洲所旗下的中車時(shí)代電氣股份有限公司在歐洲金融危機(jī)爆發(fā)時(shí)，用不到1億元收購(gòu)了丹尼克斯半導(dǎo)體公司75%的股權(quán)，掌握了IGBT技術(shù)基礎(chǔ)；隨后在英國(guó)成立功率半導(dǎo)體海外研發(fā)中心，在國(guó)內(nèi)建成電力電子器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)出一支掌握IGBT核心技術(shù)的團(tuán)隊(duì)。這次收購(gòu)，徹底改變了我國(guó)IGBT技術(shù)及產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期受制于人的局面。

2014年6月，第一片由我國(guó)自主研制具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的8英寸IGBT芯片在中車時(shí)代電氣成功下線，預(yù)示著高鐵擁有了第一顆“中國(guó)芯”。

中國(guó)IGBT產(chǎn)業(yè)在國(guó)家政策及重大項(xiàng)目的推動(dòng)及市場(chǎng)牽引下加快了國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程，目前已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈。國(guó)內(nèi)廠商不僅實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，而且成功把國(guó)產(chǎn)化IGBT應(yīng)用在新能源汽車中。

比亞迪在2008年以1.71億元資金收購(gòu)寧波中緯六英寸生產(chǎn)線，擬在打造其汽車電子功率半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈，當(dāng)時(shí)被看做是一場(chǎng)豪賭，現(xiàn)在看來這場(chǎng)豪賭更像是比亞迪專攻汽車電子交的入場(chǎng)費(fèi)。

比亞迪在這條生產(chǎn)線上先后流片600V、1200V IGBT芯片成功后，又與上海先進(jìn)（ASMC）建立戰(zhàn)略聯(lián)盟，將具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IGBT核心關(guān)鍵技術(shù)和半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)進(jìn)行“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”， 聯(lián)手去占領(lǐng)IGBT的高端陣地。

上海先進(jìn)在和比亞迪合作后的短短一年的時(shí)間里，就在1200V平臺(tái)上開發(fā)成功了2個(gè)產(chǎn)品。這2個(gè)產(chǎn)品都已正式進(jìn)入了比亞迪的供應(yīng)鏈。經(jīng)過二十多年來引進(jìn)和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的磨練，上海先進(jìn)在IGBT等特定半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

同時(shí)，上海先進(jìn)是國(guó)內(nèi)首家獲得歐洲汽車電子VDA6.3（A級(jí)）資質(zhì)的公司，也是國(guó)內(nèi)最大的汽車電子芯片制造商和生產(chǎn)IGBT芯片最多的公司，至今已累計(jì)生產(chǎn)IGBT芯片70多萬(wàn)片。

總結(jié)：高鐵、新能源等領(lǐng)域的投資規(guī)模提振，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、本土化的IGBT產(chǎn)業(yè)鏈也在不斷完善，我們已經(jīng)走過了IGBT研發(fā)最困難的階段，但我們應(yīng)該清醒地意識(shí)到，許多IGBT產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)仍掌握在那幾家發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)手中。我們還須有耐心一步一個(gè)腳印去追趕。