最強(qiáng)梳理！IGBT原來(lái)是這么玩的

不論是千元的低端機(jī)，還是售價(jià)頗高的蘋果華為，它其實(shí)都包含著人類最偉大的科技藝術(shù)品—芯片。

芯片表面的樣子，很多人都見(jiàn)過(guò)，比如手機(jī)上的 SoC，微不足道的一片，面積比一枚硬幣還小。

但就在這一平方厘米不到的芯片里，居然塞下了幾十億個(gè)晶體管 。

如果你對(duì)這個(gè)數(shù)字沒(méi)概念，機(jī)哥打個(gè)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋确?。把芯片等比例放大，如果一個(gè)晶體管占地 1m2，那你知道華為的麒麟 980、蘋果 A12 芯片會(huì)有多大嗎?

超過(guò)一個(gè)上海市的面積!

僅僅是把這些晶體管做進(jìn)這么小的面積里，已經(jīng)很讓人難以置信了，結(jié)果它們還能以極其嚴(yán)密的順序排布，整齊劃一地工作，緊密無(wú)間地配合。帶動(dòng)整個(gè)手機(jī)數(shù)不清的運(yùn)算，讓你享受發(fā)微信、刷微博、玩吃雞的快樂(lè)。這簡(jiǎn)直是神仙操作啊。

我們?cè)賮?lái)看看這些芯片的誕生，這些神一般的芯片，最開(kāi)始就是我們生活中毫不起眼的沙子 。

通過(guò)純化、切割，變成硅晶圓 。

再經(jīng)過(guò)光刻、蝕刻、離子注入、封裝等流程，變成我們的芯片。

這些流程咱們嘴上說(shuō)說(shuō)很輕巧, 但要實(shí)現(xiàn)超高密度的納米制程工藝，這些流程都不能用一個(gè)“難”字來(lái)形容了。

芯片的種類五花八門，除了咱們都很熟悉的手機(jī) CPU，機(jī)哥今天還想跟大家介紹另一種芯片, 它跟我們的生活也息息相關(guān)，在電動(dòng)汽車 上運(yùn)用極為廣泛。

它的名字叫——IGBT。

最近大火的IGBT是什么玩意?今天咱來(lái)好好嘮嘮!就先從IGBT的概念說(shuō)起吧。

IGBT概念

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，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(chǎng)效應(yīng)管)組成的全控-電壓驅(qū)動(dòng)的功率半導(dǎo)體，主要用于汽車、逆變器、軌交等結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域。可以理解為“非通即斷”的開(kāi)關(guān)，它可以將直流電壓逆變成頻率可調(diào)的交流電，主要用于變頻逆變和其他逆變電路，被稱為是“電力電子裝置的CPU”。

大家可以把它想象成你大學(xué)的宿管阿姨，什么時(shí)候拉閘，具體給多少電，都是大媽說(shuō)了算。

與常用的按鈕開(kāi)關(guān)不同點(diǎn)在于，它是通過(guò)軟件控制，實(shí)現(xiàn)能量高效轉(zhuǎn)換，每秒可以開(kāi)關(guān)上萬(wàn)次。比如說(shuō)電動(dòng)汽車裝上這個(gè)開(kāi)關(guān)，在三秒內(nèi)就會(huì)加速到一百公里每小時(shí)。

既然這個(gè)“宿管阿姨”這么厲害，那現(xiàn)在IGTB火起來(lái)的原因就能整明白了。

IGTB大火的原因

電力電子裝置的“宿管阿姨”IGBT大火的原因一方面是技術(shù)需求，另一方面是市場(chǎng)空間導(dǎo)向。

我們先來(lái)說(shuō)技術(shù)!

因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體種類較多，其中功率器件就有四類：二極管、晶體閘、IGBT和MOSFET，前兩類因?yàn)槌杀据^低，生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，主要適用于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品領(lǐng)域。但是后兩者屬于全控型半導(dǎo)體，工藝難度更高，應(yīng)用領(lǐng)域也更加高端!

在功率器件中，IGBT兼具M(jìn)OSFET(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)及BJT(雙極型三極管)兩類器件優(yōu)勢(shì)，開(kāi)關(guān)速度快、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)損耗小、導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小，在高壓、大電流、高速等方面簡(jiǎn)直就是功率器件中的小王子!

目前IGBT已經(jīng)發(fā)展至第七代，各方面性能不斷優(yōu)化，因此，主要應(yīng)用于變頻家電、新能源汽車、工業(yè)等高端領(lǐng)域。

我們?cè)賮?lái)說(shuō)它的市場(chǎng)空間!

從下游應(yīng)用領(lǐng)域規(guī)模占比來(lái)看，2020年中國(guó)IGBT市場(chǎng)應(yīng)用以新能源汽車、工業(yè)控制及消費(fèi)電子類為主，占比分別為30%、27%及22%。新能源汽車無(wú)疑將是功率半導(dǎo)體下游中最具發(fā)展?jié)摿Φ男袠I(yè)。這些領(lǐng)域都將驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)需求增漲，那么IGBT作為核心器件將直接受益!根據(jù)WSTS預(yù)測(cè)，全球汽車電動(dòng)化用IGBT模塊未來(lái)5年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)23.5%。

IGBT作為這么關(guān)鍵的一個(gè)器件，價(jià)格肯定不便宜吧?

沒(méi)錯(cuò)，它可是被譽(yù)為半導(dǎo)體皇冠上的明珠!

特別是在新能源汽車中，IGBT 模塊占電動(dòng)車整車成本約5%左右，是除電池之外成本第二高的元件。在能源汽車電控系統(tǒng)成本中占比約37%，稱它為明珠一點(diǎn)也不為過(guò)!絕對(duì)是新能源產(chǎn)業(yè)鏈上的核心技術(shù)之一! 同時(shí)它還是我們國(guó)家公布的十六個(gè)重大科技專項(xiàng)第二項(xiàng)的重點(diǎn)扶持項(xiàng)目?？梢?jiàn)其重要性了!

IGBT的現(xiàn)狀與前景

IGBT的發(fā)展對(duì)于很多行業(yè)都有益，但是在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，IGBT的核心技術(shù)都被國(guó)外企業(yè)牢牢地把在手里。“核心技術(shù)之痛”依然橫亙?cè)谖覀兠媲?，在IGBT全球市場(chǎng)中，西門子旗下的子公司英飛凌占有率全面領(lǐng)先，IGBT分立器件和IGBT模塊的市占率分別為29.3%和 36.5%。

再看中國(guó)，在IGBT分立器件市場(chǎng)中，只有士蘭微進(jìn)入全球前十，2020年市場(chǎng)份額為2.6%;在IGBT模塊市場(chǎng)中，2020年斯達(dá)半導(dǎo)躋身全球第六，市場(chǎng)份額為3.3%。

目前國(guó)內(nèi)IGBT供需差距巨大，很多都依靠進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)量?jī)H為市場(chǎng)銷量的七分之一。國(guó)產(chǎn)替代空間巨大!

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)企業(yè)規(guī)模仍較小，處于快速追趕階段!

再加上受疫情影響， 功率半導(dǎo)體各大廠商出貨受阻，市場(chǎng)缺貨加劇，IGBT交貨周期進(jìn)一步拉長(zhǎng)。加之市場(chǎng)對(duì)各類功率半導(dǎo)體產(chǎn)品需求依舊維持高漲，供不應(yīng)求局面短期仍難以緩解。

目前大部分制造商產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)上漲，市場(chǎng)短期內(nèi)未看到從價(jià)格趨勢(shì)的下行風(fēng)險(xiǎn)，行業(yè)景氣度持續(xù)高漲。

綜合以上原因，國(guó)內(nèi)車企因?yàn)榻回浿芷陂L(zhǎng)，或者貨源短缺的困境下，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)紛紛把橄欖枝拋向了國(guó)產(chǎn)廠商。這恰恰是國(guó)產(chǎn)廠商的一次機(jī)會(huì)!

隨著 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模增加，國(guó)內(nèi)頭部供應(yīng)商能夠抓住行業(yè)高景氣度，提升技術(shù)的同時(shí)擴(kuò)大規(guī)模，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。