当前位置： 绝缘栅 >> 绝缘栅发展 >> 新能源汽车关键芯片IGBT如何脱颖而出
在汽车智能化浪潮的推动下，汽车对芯片的需求量激增。传统汽车所需的芯片数量仅为五六百颗，而如今，即便是高配燃油车，要达到L2驾驶级别，其芯片需求也攀升至颗以上。对于新能源纯电汽车而言，这一数字更是高达2颗以上。在众多新能源汽车芯片中，IGBT芯片以其独特的地位，被誉为“皇冠上的宝石”。
IGBT芯片在电机驱动系统中的成本占比高达一半，而电机驱动系统又是整车成本的重要组成部分，占比达到5%-20%。这意味着IGBT在整车成本中的占比高达7%-0%，仅次于电池，成为成本第二高的元件。同时，IGBT也直接影响着整车的能源效率。不仅电机驱动需要IGBT，新能源的发电机和空调系统也常常采用这一芯片。随着新能源汽车市场的蓬勃发展，IGBT的单车价值量也在不断提升，从过去的元攀升至2元，高端车型更是超过4元。不仅是新能源汽车，直流充电桩和机车（如高铁）的核心部件也离不开IGBT。直流充电桩的原材料成本中，IGBT占据了高达30%的比重。而对于电力机车来说，通常需要配备个IGBT模块，动车组则超过00个，一节地铁车辆也需要50至80个IGBT模块。
接下来，我们谈谈电子电力行业中的“CPU”——功率半导体。功率半导体涵盖了功率器件与功率IC两大类别。其中，功率IC作为一种集成度较高的芯片，主要应用于小电压产品，如手机等。它集成了高压功率器件及其控制电路、外围接口电路和保护电路，实现了高度的电路集成。
再来看功率器件，这主要包括二极管、晶体管和晶闸管三大类。在晶体管市场中，IGBT占据着最大的市场份额。晶体管本身又可分为IGBT、MOSFET、双极型晶体管等不同的类型。功率器件因其体积较大，常被用于处理大功率和大电压的应用场景，而IGBT正是这些功率器件中的一种。IGBT，这一被誉为电子电力行业“CPU”的复合型器件，是由双极型三极管（BJT）与绝缘栅型场效应管（MOS）巧妙结合而成的。它融合了BJT的高电流密度与MOS的高输入阻抗，展现出驱动功率小且饱和压降低的卓越性能。简而言之，IGBT的核心作用在于将纷繁复杂的电力精炼成终端产品所需的规范电力。
IGBT的应用领域可谓无所不在从微小的家电、数码产品，到宏大的轨道交通、航空航天，以及清洁发电、新能源汽车、智能电网等战略性新兴产业，都离不开IGBT的助力。特别是在新能源汽车领域外，IGBT芯片还被誉为光伏逆变器的“心脏”。在光伏逆变器这一核心应用场景中，新能源发电输出的电能需经过逆变器的处理，将整流后的直流电转化为符合电网规范的交流电后并入电网。这一过程中，IGBT模块的性能稳定性至关重要，直接关系到电网的稳定运行。光伏逆变器是IGBT芯片在光伏领域最为核心的应用场景。同时，IGBT芯片在工业控制领域也发挥着重要作用，主要应用于变频器、UPS电源以及逆变焊机等设备中。此外，白色家电中的电能转换同样离不开功率半导体，而IGBT芯片也被广泛应用于变频家电中的智能模块（IPM）。
在技术层面，IGBT持续迭代升级，主要致力于降低开关损耗并优化结构其纵向结构、栅极结构以及硅片加工工艺等方面都经历了多次重大技术变革，推动了各项性能指标的不断提升。目前，IGBT芯片已经发展至第七代精细沟槽棚场截止型IGBT，尽管成本考量下，第四代产品仍是最广泛应用的版本。
IGBT产业链涵盖芯片设计、晶圆制造、模块封装及下游应用等多个环节，其中设计环节的技术突破难度相对较高。制造环节需要大量资本投入，同时工艺开发至关重要。封装环节则对产品的可靠性提出严格要求，而应用环节则面临客户验证周期长的挑战。综合来看，IGBT领域属于技术壁垒较高的细分市场。IGBT技术门槛颇高，尤其在晶圆制造与晶圆DIE环节，中国与全球领先企业相比仍存在显著差距。半导体硅片，作为IGBT的核心原材料，对纯度和尺寸有着极为严苛的要求，这无疑增加了技术的难度。尽管中国在硅片领域取得了一定的进展，但全球90%的市场份额仍被五大国际硅片厂商牢牢占据，且国内能商业化量产硅片的企业数量有限，产品尺寸主要集中在6英寸以下，8英寸及2英寸的产线产能则相对稀缺。此外，晶圆DIE环节也面临诸多挑战。这一环节需要使用到光刻机等高端工具材料，而目前国内在这方面仍存在显著的短板。
全球IGBT市场呈现出高度的集中度，英飞凌、富士电机、三菱这三大顶尖企业占据了超过半数的市场份额。国外巨头在单管和模块领域均保持领先地位，而国内厂商在市场份额和产品竞争优势方面仍需努力。
造成这种差距的原因主要在于国外厂商拥有更早的成立时间、更丰富的技术积累，以及与汽车工控等大型企业的紧密合作。相比之下，国内厂商进入IGBT领域的时间较晚，不仅需要持续投入技术研发，还需要逐步建立市场认可度和厂商关系。经过多年的持续努力，国内IGBT行业企业已成功实现从0到的技术突破，逐步从消费级和工业级中低端市场入手，积累了初步的市场份额。目前，已有企业进军车规级高端产品市场，并取得了初步成效。尽管IGBT产业链的核心环节仍由海外企业主导，但我国企业在每一个环节都在积极布局，努力寻求突破。
据中商产业研究院预测，年中国IGBT产量将迎来快速增长，预计达到万只，自给率也将提升至90%。随着国内IGBT技术的持续更新与迭代，国产厂商已逐步突破产能瓶颈，加速产能布局，正处于国产替代的关键增长阶段。
