比亞迪悄然成為國內前三的IGBT供應商

本文來自公眾號“半導體行業觀察”（ID：icbank）文/吳子鵬

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，中文名為絕緣柵雙極型晶體管，是一個有MOS Gate的BJT晶體管，可以簡單看成一個非通即斷的開關。IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，在家用電器、工業、交通、電網等領域有重要作用，被稱為電力電子的“CPU”。

IGBT等效電路

IGBT如此重要，長期以來我國卻不得不面對依賴進口的尷尬局面，市場主要被英飛凌、三菱、富士電機為首的國際巨頭壟斷，國產化佔比長期處於較低水平。

比亞迪IGBT的崛起

不過，隨着中國新能源汽車產業的快速發展，帶動了周邊電子元器件產業的發展，國產IGBT迎來了發展的春天。根據集邦資訊的分析報告指出，比亞迪微電子憑藉擁有終端的優勢，在車用IGBT市場快速崛起，取得中國車用IGBT市場超過兩成的市佔率，一躍成為中國銷售額前三的IGBT供應商。這樣的成績得益於比亞迪一直以來在IGBT領域的大力研發投入，根據統計數據顯示，截至2018年11月，比亞迪累計申請IGBT相關專利175件，其中授權專利114件。

當前，比亞迪的新能源汽車業務已經和燃油車業務達到了平分秋色的地步。根據比亞迪官方近期發佈的銷售統計數據顯示，在比亞迪2018全年累計銷售的52.07萬輛車中，其中新能源汽車為24.78萬輛，燃油車為27.29萬輛。比亞迪新能源汽車佔比從2017年的27.75%提升至2018年的47.59%。

在新能源汽車製造中，IGBT約佔電機驅動系統成本的一半，而電機驅動系統佔整車成本的15-20%，也就是説IGBT佔整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率。新能源汽車銷量逐年走高，比亞迪要想更好的淨利潤表現，不斷攻克IGBT關鍵技術是必經之路。從2003年進入新能源汽車領域起，比亞迪就一直在關注IGBT等電動車核心技術的自主研發和創新。

比亞迪進入IGBT產業是在2005年，並於2009年打破國際廠商壟斷，取得了IGBT的核心技術突破。

目前，比亞迪擁有國內首個汽車IGBT打造鏈條，包括IGBT芯片設計、晶圓製造、模塊封裝等部分，還有仿真測試以及整車測試。

2018年年底，比亞迪發佈了在車規級領域具有標杆性意義的IGBT4.0技術，再一次展示出其在電動車領域的領先地位，進一步打破了國際大廠形成的技術壁壘。

比亞迪的IGBT4.0在綜合損耗方面比主流產品低20%；電流輸出能力較市場當前主流產品高15%；温度循環壽命做到了同類主流產品的10倍以上。

產品性能不輸國際大廠，這就是比亞迪人員敢稱自己和歐廠、日廠三分天下的底氣。

從長遠來看，比亞迪將IGBT技術提升到了國際領先水平對於比亞迪新能源汽車健康發展有保駕護航的作用，不至於在核心部件上被“卡脖子”。根據市場調研數據顯示，2018-2022年，全球電動車年複合增長率達30%，但同期車規級IGBT市場的年複合增長率僅為15.7%。比亞迪是國內唯一擁有IGBT技術的車廠，避免了坐等英飛凌IGBT發貨導致汽車研發滯後的尷尬。要知道，目前IGBT的正常供貨週期已經達到8-12周，最長達到52周。當供需關係進一步緊張之後，車廠“斷糧”並非不可能。

目前，比亞迪IGBT芯片晶圓的產能為5萬片/月，年供應新能源汽車60萬輛。到今年年中，比亞迪IGBT產能有望達到10萬片/月，年供應新能源汽車可達120萬輛，將很大程度上緩解我國新能源汽車IGBT芯片供應不足問題。

另外，IGBT也是新能源充電樁的核心部件之一，佔到充電樁成本的20%。由於未來幾年新能源汽車及充電樁市場將進入爆發期，加上國產替代的大趨勢，比亞迪IGBT的市場份額有望進一步提高。

比亞迪在功率器件的其他佈局

傳統功率半導體器件基於硅基製造，未來的趨勢是採用第三代半導體材料（如 SiC、 GaN），具有寬禁帶特性。

根據比亞迪微電子高級研發經理吳海平的描述，比亞迪做車用IGBT是被逼迫的，因為沒有工業級IGBT廠商願意理會當時比亞迪的車用需求，才讓比亞迪走上了自研的道路。比亞迪自研汽車核心功率器件一直堅持自主創新，走出自己的特色。

同時，吳海平也提到，比亞迪的研發，保持對新技術的敏感，研發要有提前量。

IGBT是MOSFET的改進版，並不能夠實現高電壓和大電流，高於2KV的功率裝置系統，GTO或IGCT仍然牢牢地佔領和控制着市場，IGBT在這一點上望塵莫及。且硅基器件的至命缺點是電壓不高 , 隨電壓升高 , 功耗會迅速增加。而上述所提到的高功率，基於SiC的MOSFET 器件基本都能實現。比亞迪在車用功率器件的提前量研發就是SiC器件。

SiC材料製作的MOS器件可在大於200度的高温環境下工作，具有極低的開關損耗和高頻工作能力，減小了模塊的體積和重量，顯著提高了系統的效率，有利於節能降耗。因此在新能源汽車市場擁有廣闊的應用前景。

比亞迪已投入巨資佈局第三代半導體材料SiC，並將整合材料（高純碳化硅粉）、單晶、外延、芯片、封裝等SiC半導體全產業鏈，致力於降低SiC器件的製造成本，加快其在電動車領域的應用。

預計到2023年，比亞迪旗下所有電動車都將會實現SiC器件對IGBT的全面替代。

國產IGBT缺口巨大

SiC器件代表着未來，IGBT則是當前的剛需。IGBT並不是簡單的分立器件，是目前功率電子器件裏技術最先進的產品，是國家“02專項”的重點扶持項目。國務院在發佈的《節能與新能源汽車產業發展規劃》中提出，至2020年，我國純電動汽車和插電式混合動力汽車年生產能力將達200萬輛，等效為8英寸IGBT晶圓年需求100萬片，預計到2020年，中國IGBT銷售額將達近200億元。

從當期的局勢來看，我國IGBT的產業格局並不樂觀。首先在產業鏈佈局上就略顯薄弱，目前從事IGBT國產化的廠商主要有以下幾家。

圖片來源：中汽汽車電子電器信息

在IDM模式廠商中，除了中國中車和比亞迪分別依靠高鐵和新能源汽車取得了一定的成績，其他廠商在技術和設備上較國際大廠有很大的差距。因而，我國IGBT總體市場有90%是依賴進口產品的。

其次，國內廠商對於IGBT國產化替代的意願並不強烈，英飛凌、三菱等廠商的IGBT產品已經經過了市場的長期驗證，國產IGBT廠商屬於後進者，產品在穩定性方面較國際大廠有很大的不確定性，設備廠商更換國產產品風險很大，這也是制約國產IGBT產品進入高端市場的障礙。

最後是國內IGBT產業輔助環節薄弱。國產IGBT芯片的主要工藝設備、襯底片都要從國外採購，特別是在大功率模塊封裝方面。

因此，國產IGBT在產品的功率密度、散熱性能、長期可靠性以及模塊設計創新方面，較國際大廠差距仍然較大。但國產IGBT替代需求強勁且前景明朗，我們需要更多像比亞迪這樣的廠商，藉助我國在清潔能源、新能源汽車和工業機器人等領域的產業優勢，更快和更全面地完成IGBT的國產替代。