近期，有关国产车规级IGBT方面的消息层出不穷，东风公司和中国中车战略合作成立的智新半导体的车规级IGBT模块实现量产；闻泰科技全资子公司安世半导体宣布已完成收购英国新港晶圆厂（Newport Wafer Fab)，将提升车规级IGBT产品的供应能力；比亚迪子公司比亚迪半导体将于创业板上市，募投项目包括功率半导体的晶圆产线建设，将有效提升功率半导体的上下游产业链协同效应；华虹与斯达半导签订战略合作协议，携手打造的高功率车规级12英寸IGBT芯片实现量产；士兰微拟通过控股子公司成都集佳科技有限公司投资建设“汽车级和工业级功率模块和功率集成器件封装生产线建设项目一期”；赛晶科技首条IGBT生产线正式竣工开始投产等。在“缺芯潮”对市场的冲击所形成的历史机遇下，我国多家大型企业都在积极布局IGBT，形成了多条IDM模式和代工模式的 IGBT生产线，预示着国产IGBT正在崛起，并呈现出百家争鸣的态势。
各企业积极扩大产能
IGBT是指绝缘栅双极型晶体管芯片，是目前大功率开关元器件中最为成熟也是应用最为广泛的功率器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低，是能源变换与传输的核心器件，被称为“电子电力装置的CPU”，发展潜力巨大。赛迪智库《功率半导体技术与产业“十四五”发展建议书》中所述，随着下游应用需求的拓展，IGBT的应用领域也在不断延伸，包括工业领域、机车牵引、高压输变电、消费电子、新能源发电、新能源汽车、充电桩等。国家大力支持的“新基建”中，5G、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心均需要IGBT 器件。
我国一直是IGBT需求量最大的国家，占到全球近一半的份额。但国内制造的功率器件却占比很低，严重依赖进口。根据ASMC披露，我国90%以上的IGBT产品需要进口。目前我国各大IGBT制造企业都意识到了IGBT的重要性，纷纷扩大产能。下游客户也愿意给予国内半导体厂商更多的验证和进入机会，这对于我国功率半导体企业来说，既是机遇也是挑战。
日前，比亚迪发布公告称其旗下子公司比亚迪半导体将独立上市。比亚迪作为我国新能源汽车的领军企业，也是国内自研IGBT相当成功的企业。根据Omdia统计，以2019年IGBT 模块销售额计算，比亚迪在中国新能源乘用车电机驱动控制器用 IGBT 模块全球厂商中排名第二，仅次于英飞凌，市场占有率19%，在国内厂商中排名第一，2020年依旧保持全球厂商排名第二、国内厂商排名第一的领先地位。在自给自足的同时，还有余力和国内别的车企达成合作。
同样采取自研车用芯片的还有中车。中车是国内领先的IDM模式的功率半导体厂商，所研发的IGBT以成功运用于高铁“复兴号”，并且近期已完全掌握宽禁带半导体碳化硅技术。此外，他们近期与东风公司合作成立的智新半导体的车规级IGBT模块也实现了量产。
专攻IGBT芯片的斯达半导体经过多年的自主研发，实现了IGBT芯片和模块的产业化，已经具备中低压IGBT芯片设计能力。根据2020年国际著名研究及咨询机构IHS最新研究报告，斯达半导体在全球IGBT模块市场排名第七，是唯一一家进入全球前十的中国企业。产品已被成功应用于新能源汽车、变频器、逆变焊机、UPS、光伏/风力发电、SVG、白色家电等领域。近日他们与华虹半导体举办了“华虹半导体车规级IGBT暨12英寸IGBT规模量产仪式”，双方携手打造的高功率车规级IGBT芯片已通过终端车企产品验证，广泛进入了动力单元等汽车应用市场。
克服“三不”现象需要完善生态
目前国产IGBT研发的最大挑战在于如何提高稳定性和可靠性。新冠肺炎疫情的爆发对全球车规级半导体供应链冲击较大。由于车规级半导体对产品的可靠性、一致性、安全性、稳定性和长效性要求较高，还需要适应极热、极冷的高低温工况，承受频繁的物理颠簸和电流冲击，以及保持长时间的使用寿命，这导致各大车企在IGBT芯片的选择上都非常谨慎。国内做IGBT等功率器件的企业虽然很多，但是产品虽然研发出来了，却没有足够的实验和实际上路数据作为依据，即使已经获得了车规级的认证，一般车企都不敢用自己的整车做实验。此外，在整车厂的某一车型量产上市后，不再会轻易更换其使用的核心芯片。于是就形成了不会用不敢用不愿意用的“三不”现象。收集不到下游用户的应用体验和反馈，无法完成产品的迭代和升级，整个生态无法完善，从而形成一种恶性循环。
国家新能源汽车技术创新中心总经理、中国汽车芯片产业创新联盟秘书长原诚寅告诉《中国电子报》记者，在车上使用IGBT需要持续大电流高电压的稳定输出，所以可靠性能不能达到要求，需要通过AEC-Q101对半导体分立器件的车用可靠性要求进行验证。“之前测过一些国产的IGBT，虽然要求和指标都能合格，但在长时间使用时的可靠性，包括在各个器件之间的离散性上，与国际领军企业还存在一定差距。”原诚寅表示。
创道投资咨询总经理步日欣向《中国电子报》记者指出，我国功率半导体产业本身处在落后阶段，想要追赶，就不能完全采用市场化手段，特别是IGBT这种与下游设备需要紧耦合的产品，更需要下游设备厂商的配合。目前我国IGBT主要应用场景还局限在家电领域，而像汽车、工业等领域，出于风险控制的考虑，很难有企业愿意导入国产IGBT芯片，这也导致很多国产IGBT芯片和模组，即便产品测试性能可以媲美国外产品，也很难有机会通过下游厂商的认可。没有应用场景的验证和产品迭代，差距只会越来越大。
上下游协同提升产品竞争力
原诚寅建议，国产IGBT可以先在家用电器、工业等领域进行实验，一步步积累，先把工艺稳定下来，把品质控制住以后，再逐步进入汽车市场。
而且目前的“缺芯潮”让很多企业看到了IGBT的商机，都在一拥而上想从中分一杯羹，这也导致了国内企业比较分散，原诚寅主张还是要集中力量和优势干大事。
步日欣指出，缺芯现象让整个产业链重新认识了芯片的重要性，每个环节都在投入资金夯实技术基础，这是未来产业发展的必要条件。步日欣认为，像比亚迪、中车时代这样的产业链协同的模式，通过下游导入，不断迭代升级产品，提高产品的竞争力，将是我国IGBT产业崛起的希望所在。
赛迪智库《功率半导体技术与产业“十四五”发展建议书》中给出的建议是：首先设立功率半导体为二级学科来培养专业的人才；其次，建立加大半导体制造业的正面宣传，倡导和鼓励年轻人积极进入半导体制造业；再次，选择一些应用领域给予国产材料、器件、模块、装备供应商和用户一定的补贴，鼓励下游用户积极测试和批量使用国产产品，加快产品迭代加，提高产品性能，打造良好的生态环境，以提高市场竞争力；最后，加强知识产权的布局，优化专利、软著等知识产权的受理、授权等审批流程和速度。
（来源：中国电子报、电子信息产业网）