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新能源汽车是当下的热门话题，随着国内“双积分”政策出台，新能源车迎来新一轮发展高潮。功率半导体占到新能源汽车中半导体用量的 50%，而 IGBT（绝缘栅双极晶体管）作为核心功率器件，成为这波红利下的受益者。
在开发之初，IGBT 主要应用在电机、变换器（逆变器）、变频器、UPS、EPS 电源、风力发电设备等工业控制领域。IGBT 是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。采用 IGBT 进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
长期以来，IGBT 技术主要被欧美、日本等国垄断。 在新能源、节能环保“十二五”规划等一系列国家政策措施的支持及市场的推动下，我国 IGBT 产业投入加大，取得巨大成绩，不过我国 IGBT 芯片 90%以上的市场仍被国外企业所占据，垄断格局依然存在。下面我们就来说说 IGBT 的故事。
IGBT 发展史
电力电子器件起着“信息电子电路”与“电力电子电路”之间的桥梁作用，实现电能的变换与控制。
尽管 IGBT 已被使用多年，但仍可称作新型的电力电子器件，由功率二极管、晶闸管、BJT、MOSFET 发展而来，实现了从工业控制到信息电子的应用延伸。
1950~60 年代，发明双极型器件 SCR，GTR 和 GTO 通态电阻很小，采用电流控制但控制电路复杂且功耗大；
1970 年代，推出单极型器件 VD-MOSFET，通态电阻很大，采用电压控制，控制电路简单且功耗小；
1980 年代，MOSFET 与 BJT 被结合起来进行研究，IGBT 被发明，它集 MOSFET 驱动简单及 BJI 电流能力强于一身。
1985 年前后，美国 GE 成功试制工业样品，只可惜后来 GE 放弃了 IGBT 这条路。
从结构上看，IGBT 有纵向结构、栅极结构及硅片加工工艺三种。IGBT 的发展也经历了 6 代技术及工艺演进，如下图。
SiC IGBT 成为重要发展方向
IGBT 电压范围为 600~6500V，600V 以下的 IGBT 产品主要应用在消费电子领域；600~1200V 范围的产品应用最广，被纯电动 / 混动汽车、电机控制器、家用电器、太阳能逆变器等采用；1200V 以上的高规格 IGBT 被应用在电力设备、汽车电子、高铁及动车中。
IGBT 向更低的开关损耗、更高的电流密度以及更高的工作温度发展。然而随着数万伏高压、高于 500 度的高温、高频、大功率等需求，性能逼近材料特性极限的 Si IGBT 已无法胜任。
随着第三代半导体走红，SiC 被视作 IGBT“救世主”。当然，SiC 也需要延着 Si 走过的老路逐渐摸索。
尽管 SiC IGBT 还在研发阶段，但可以肯定的是 SiC IGBT 与 SiC MOSFET 相比，由于其电导调制效应的存在，在超高压领域（>10kV）优势明显。
在 SiC IGBT 的研究上，美国、欧洲与日本先人一步，我国只是刚刚起步。当然，在第三代半导体的研究上我过也晚于欧美日。
国内外玩家全景图
前面也提到，尽管我国 IGBT 取得巨大成绩，但仍处于被国外厂商垄断的局面，在中高端 MOSFET 及 IGBT 主流器件市场上尤为突出。IGBT 市场巨大，我国功率半导体市场占世界市场的 50%，下图为全球 IGBT 市场规模预测图。
日系方面，全球有近 70%的 IGBT 模块市场被三菱、东芝及富士等日系企业控制；德系的英飞凌也是全球 IGBT 龙头企业之一，其独立式 IGBT 功率晶体以 24.7%的市场占有率位居第一，IGBT 模块则以 20.5%的市场占有率位居第二；瑞士系的 ABB，长期保持着全球 IGBT 前十的地位，在高电压等级领域所向披靡；美系的安森美、Fairchild（被安森美收购）、ADI、Vishay 等均为全球功率器件的领头羊。
据调研机构 IHS 于 2016 年公布的报告，英飞凌（Infineon）以独占全球 24.5%的份额高居榜首，日本三菱电机（Mitsubishi ）则以 24.4%的全球份额位列第二，另一日系大厂富士电机（Fuji Electric）以 12.2%的占有率夺得季军。
IGBT 全球格局也在半导体收购浪潮中发生了两次改变，2014 年，美国 IR 被英飞凌以 30 亿美元收购；2016 年，安森美以 26 亿美元收购仙童。
英飞凌是唯一拥有 8inIGBT 器件生产线的厂家，且其技术已发展到 12in，其 IGBT 芯片产量居全球首位，一些电力半导体厂家均从英飞凌购买 IGBT 芯片用于封装 IGBT 模块。
这里值得提到的是东芝，东芝在 IGBT 领域有一定话语权，不止闪存业务出售之后，IGBT 是否会考虑出售。
当然，在此表格中，我们也可以看到嘉兴斯达及中国中车在列。我国 IGBT 产业已形成了 IDM 模式和代工模式的 IGBT 完整产业链。以下为国内部分顶尖的 IGBT 厂商，涵盖了设计到制造：
株洲中车时代电气，IDM
国内最大的 IGBT 生产商，现已建成全球第二条、国内首条 8 英寸 IGBT 芯片专业生产线，具备年产 12 万片芯片、并配套形成年产 100 万只 IGBT 模块的自动化封装测试能力，芯片与模块电压范围实现从 650V 到 6500V 的全覆盖，是国内唯一自主掌握了高铁动力 IGBT 芯片及模块技术的企业。
比亚迪，IDM、模组
与国家电网、上海先进半导体牵手，共同打造 IGBT 国产化产业链，主要为工业级 IGBT 模块、汽车级 IGBT 模块、600V IGBT 单管、IGBT 驱动芯片。
嘉兴斯达，模块、设计
主要产品为 600V-3300V/1800A-3700A 模块。
西安永电电气
6500V/600A IGBT 功率模块已成功下线，为全球第四个、国内第一个能够封装 6500V 以上电压等级 IGBT 的厂家。
华润上华和华虹宏力基于 6 英寸和 8 英寸的平面型和沟槽型 1700V、2500V 和 3300V IGBT 芯片也已进入量产。
国内 IGBT 行业近几年的发展大事记：
（1）2011 年 12 月，北车西安永电成为国内第一个、世界第四个能够封装 6500V 以上 IGBT 产品的企业。
（2）2013 年 9 月，中车西安永电成功封装国内首件自主设计生产的 50A/3300V IGBT 芯片；
（3）2014 年 6 月，中车株洲时代推出全球第二条、国内首条 8 英寸 IGBT 芯片专业生产线投入使用；
（4）2015 年 3 月，天津中环自主研制的 6 英寸 FZ 单晶材料已批量应用，8 英寸 FZ 单晶材料也已经取得重大突破；
（5）2015 年 8 月，上海先进与比亚迪、 国家电网建立战略产业联盟，正式进入比亚迪新能源汽车用 IGBT 供应链；
（6）2015 年 10 月，中车永电 / 上海先进联合开发的国内首个具有完全知识产权的 6500V 高铁机车用 IGBT 芯片通过高铁系统上车试验；
（7）2015 年底，中车株洲时代与北汽新能源签署协议，全面启动汽车级 IGBT 和电机驱动系统等业务的合作；
（8）2016 年 5 月，华润上华 / 华虹宏力基于 6 英寸和 8 英寸的平面型和沟槽型 1700V、 2500V 和 3300V IGBT 芯片已进入量产。
新能源汽车中的 IGBT
纯电动汽车的电力驱动系统主要由电子控制器、驱动电动机、电动机逆变器、各种传感器、机械传动装置和车轮等组成，其中最关键的是电动机逆变器，电动机不同，控制器也有所不同，控制器将蓄电池直流电逆变成交流电后驱动交流驱动电动机，电动机输出的转矩经传动系统驱动车轮，使电动汽车行驶。该系统的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。
IGBT 在电力驱动系统中用于逆变器模块，该模块将蓄电池的直流电转换交流电驱动电机。
IGBT 在电源系统中用于各种交流 / 直流与直流 / 直流变换器中，实现为蓄电池充电与完成所需电压等级的电源变换等功能。
同时，IGBT 也是充电桩的核心部件。
Strategy Analytics 数据显示，纯电动汽车(EV)半导体元器件用量达到 673 美元，相较于传统汽车 297 美元的半导体用量增加了 127%，其中大部分新增用量是功率半导体器件。以 HEV(混合动力汽车)为例，新增的半导体元器件用量 367 美元，其中 76%是功率半导体器件，新增的功率半导体用量达到了 279 美元，已经接近于传统汽车半导体元件总用量。
新能源汽车和充电桩带动百亿新需求，IGBT 作为其核心器件也将迎来一轮爆发。
新能源汽车用 IGBT 模块一般为 600V~1200V/200A~800A，充电桩需要的 IGBT 模块功率相对要小。不同功率、不同电机数量的新能源汽车所需的 IGBT 模块差别较大，按照均价来计算，预计未来 5 年新能源汽车和充电桩将带动我国 IGBT 模块 200 亿的市场需求。
透过以上内容，我们可以看到尽管在高端与 SiC IGBT 方面，我国处于落后状态，但是新能源汽车用 IGBT 模块方面还是有可以满足市场需求的本土厂商的产品可满足。
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