中国IGBT发展20年：比亚迪、斯达半导、中车时代电气等企业的崛起与挑战

我国IGBT发展近20年，诞生了许多优秀企业。

除了比亚迪、斯达半导体、中车时代电气外，还有华润微，拥有全国首条完全国产的功率器件专用8英寸晶圆生产线；全球率先提供场截止绝缘栅双极型晶体管（FS IGBT）的量产8英寸集成电路芯片的华虹半导体，以及全球IGBT分立器件市场份额排名第十的士兰微。

尽管中国IGBT市场份额和业务量有所增长，但与海外龙头英飞凌的IGBT分立器件和模块市场份额相比仍存在一定差距。

注：排名不分先后

中国轨道交通IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的发展历程，绕不开一个关键的灵魂人物——中国工程院院士、中车株机公司董事长丁荣军。

沿着株洲市湘江右岸行驶，很快就会看到“天心工业区”的醒目招牌。工业区绵延十里，被誉为中国先进轨道交通装备研发制造的“动力之都”。丁荣军领导的中车株洲电力机车研究所就坐落于此。

2014年5月上旬，中国首条、全球第二条8英寸IGBT芯片生产线在中车株洲研究院投产。这也是丁荣军定居株洲，致力于轨道交通机车“运动”设计的第30个年头。

这三十年对他来说是一条不断挑战的道路。

IGBT作为轨道交通“动”技术中最先进、最高效的高端产品，长期以来一直被发达国家技术垄断。

丁荣军接受采访时表示，他还记得刚引进时，外国企业在技术转让文件中明确表示，用于电驱动系统传动和控制的IGBT技术不能转让。

“当我看到这一点时，我感到非常难过，但这反过来又激励了我们努力工作。”

2017年，中车株洲公司的IGBT应用于北京至上海的复兴号列车上。今年中国高铁真正实现自主国产化。

但纵观历史，中国对IGBT的探索远不止于此。从变频家电领域到工业领域，从汽车级到轨道交通级，IGBT一直跟随中国的进步。

然而，与国外发展了近半个世纪的成熟技术相比，我国IGBT的发展道路显得艰难而曲折。

绊倒

20世纪70年代，美国陷入石油价格上涨和石油短缺的供需冲突，对社会经济发展造成多方面影响。这背后是巨大的油耗。

油耗巨大的原因是当时汽车和工业产品中的电机效率较低。

如果把电比作血液，那么电机/电控就像电动汽车的心脏。功率半导体是功率转换和控制的核心，主要用于改变电压和频率。

事实上，当时用来控制电机转速的功率装置已经是比较好的功率装置了，可以以变频的方式向电机输出功率；但由于只能用于低压场景，不足以满足高压下输出电压的要求。调整准确。

1980年，美国通用电气的工程师发明了一种结合了电子管和双极型晶体管（BJT）优点的复合元件——绝缘栅双极型晶体管（IGBT），可以更好地控制感应电机的电源线。变频，从而控制其转速来降低功率，减少油耗损失。

事实上，IGBT的结构与IGBT非常相似，只是背面增加了N+和P+层。 “+”表示更高的自由电子或空穴密度。因此比亚迪f3二代图片，IGBT 在保留其优点的同时，提高了载流能力和耐压能力。

现在，IGBT又被称为电力电子行业的“CPU”，已广泛应用于照明、工业、消费、交通、医疗、可再生能源、电力传输等众多领域。

IGBT不仅可以帮助空调和洗衣机实现更小的导通损耗和开关损耗，从而节能减排；也可用于紧急除颤器，由200V电源输出100KW双向振动；它还可以用于太阳能、风力发电逆变器，将电池的直流电逆变为交流电。

不同电压下IGBT的应用

不过，虽然通用汽车率先做出了号称控制电力世界关键的IGBT，但通用汽车内部的投资情况却并不十分乐观。另外，IGBT发明后，西门子、三菱、富士等厂商立即投入IGBT。该装置产生了浓厚的兴趣并开始集中研发，与通用汽车形成了激烈的竞争。

最终，1988年，通用汽车决定出售整个半导体业务，也放弃了这把“钥匙”。眼看着通用汽车退出竞争，德国西门子和日本三菱、富士纷纷介入，瓜分剩余市场份额。

20世纪末，全球IGBT芯片产业竞争异常激烈。德国和日本可以说是IGBT领域最重要的两个参与者。当时，中国似乎被孤立在这场竞争之外。

1996年，西门子半导体事业部来到无锡设立封装测试工厂。 1999年，西门子出售了其半导体部门，随后更名为英飞凌。西门子无锡封装测试工厂名称也相应变更。

短短四年时间，英飞凌第六代IGBT的工作电压等级从之前的4500V提升至6500V，占据全球市场一半以上，占据绝对领先地位。

此时中国企业甚至还没有构想出IGBT的蓝图。

比亚迪仍占据全球镍镉电池市场的主导地位；中车株机目前正在努力解决轨道交通电气系统的研发；而世界上并没有星辰半导体的传奇。

当时，没有人能想象20年后，中国企业会出现在IGBT的舞台上。

开始

对于国内厂商来说，生产IGBT的难度主要来自两点：

1、设计过程困难、耗时；

2、制造技术难度大、成本高。

从原理上看，IGBT是一个简单的电路，但它是一个电力电子芯片。 IGBT的设计需要保证开闭损耗、短路电阻和导通压降（热控制）处于平衡状态，这与参数调整和优化密切相关。 IGBT特殊复杂，对背面工艺和减薄工艺（对已完成功能的晶圆背面基材进行研磨，去除一定厚度的材料）技术要求较高。

在制造层面，IGBT可分为IDM模式（有晶圆厂）和模式（无晶圆厂）。

通常，发展历史悠久、流动性充足的国外厂商往往选择IDM模式。这种方式的优点是产能和技术可控，核心技术可以控制在自己手里。

面对这些困难，比亚迪和中车株机同时选择了通过收购开辟新路。

2008年，比亚迪董事长王传福的一则公告，直接把他推上了舆论的焦点：比亚迪以1.7亿元收购该公司。立即引起市场轩然大波。当时，比亚迪已经收购了秦川汽车，以比亚迪F3成功打开汽车市场，从一家电池制造商转型为全国第一的汽车公司。

宁波中微半导体是一个失败的项目，宁波市政府白白投入了30亿。当时的文章都报道了对比亚迪的质疑和困惑。 “比亚迪至少亏损20亿”、“王传福卖2亿进金洞”等声音不断传出。

图片来自网络

当时本应大涨的比亚迪股价因此暴跌。

2008年7月24日，比亚迪股价跌至每股5.827港元。

直到2009年比亚迪IGBT 1.0问世，中国实现了IGBT技术从零到一的突破，人们才明白王传福收购宁波中微半导体并不是一时兴起。

紧接着，比亚迪推出了IGBT 2.0和IGBT2.5。虽然当时并没有引起太大的涟漪，但这只是比亚迪生产自己的IGBT芯片的初步尝试。后期更新的芯片将与比亚迪自产新能源相匹配。该车为比亚迪带来了春天。

此时，中车株机也迎来了绝佳机遇。

2008年的金融危机使掌握IGBT关键技术的英国大功率半导体公司Denix股价大幅下跌，陷入财务困境。它无法扩大市场，最终面临破产。刚刚上市的中车株机立即决定以约1亿元收购Danix，随后投入巨资将Danix的4英寸IGBT生产线升级为6英寸生产线。

中车株机之所以此举，是因为其长期专注于攻克轨道交通电气系统，深知IGBT对于轨道交通电气系统的重要性：IGBT相当于电气系统中的一扇“大门”，疏通了当前的轨道交通电气系统。实现电流和电压之间的精细控制，可以让列车在启动后立即提速到300公里以上的时速。

八节车厢的高速列车上约有128个IGBT模块，每个模块有24个IGBT芯片。指甲盖大小的IGBT包含约5万个纳米级元件，可承受6500V高压。实现10万次电流开关动作。

就这样一个指甲盖大小的IGBT，我国每年使用量就接近10万只，进口IGBT芯片金额就高达12亿元。通常一个芯片模块的成本高达1万元，而且产品交付周期很长，根本无法满足我国快速发展的高铁建设规模。

为了更好地实现中国高铁的自主建设，中车株机收购丹尼斯后开始了“最后一战”。此时，中车株机内部也出现了两种不同的声音：

一是坚持将丹尼克斯6英寸IGBT生产线原封不动地复制到中国，并尽快实现产业化；另一人则认为应该升级技术，建设一条比丹尼克斯基地更先进的8英寸IGBT生产线。

中车株洲研究院院长丁荣军排除万般反对，提出基于Danix技术，充分吸收IGBT创新发展成果，果断决定建设8英寸IGBT生产线。

“我们不能总是追赶别人，我们必须超越。”

丁院士为一线员工进行工作指导。图片来自《中国孩子》

星辰半导体近年来也赶上了好时光。

沉华拥有麻省理工学院电子材料博士学位，毕业后立即加入西门子微电子部门。后来由于业务分拆，他跟随部门去了英飞凌，随后沉华又来到了硅谷知名FPGA公司Inc。 ，负责新产品的开发。 2003年，他开始负责当时最先进的65纳米工艺技术。

2005年，沉华作为英飞凌的元老，决定组建自己的公司。

仅仅一年后，国家科技部就宣布将IGBT的发展列为七大课题之一，并投入巨额资金集中研发。

站在潮流前沿的思达半导体于2008年获得国家发改委800万元项目资助、工信部100万元项目资助。创始人沉华随后入选第一批“留学回国人员来华创业支持计划”。

Star 最初选择从组装IGBT模块开始。申花拥有良好的渠道关系。此外，星达的高管非常了解国外同行的情况，并有机会与国内客户进行密切沟通。星达发挥了天时、地利、人三要素的优势，在国内客户需求和配送速度上展现出了前所未有的优势。

正当中国IGBT厂商努力追赶国外IGBT技术之际，一项政策的发布就像催化剂，开启了中国新能源汽车的发展进程，间接加速了中国IGBT产业的发展。

加速

2014年，国家发展改革委发布《关于电动汽车电价政策有关问题的通知》，要求地方各级财政对各类车型的自行车补贴金额不超过中央财政自行车补贴金额的50%除燃料电池汽车外，2019年-2020年中央和地方补贴标准及上限在现行标准基础上降低20%。

同年，我国新能源汽车累计产量7.85万辆，产量同比增长近3.5倍。新能源汽车销售约7.48万辆，销量同比增长近3.2倍。

也正是在这一年，中国互联网企业开始进军新能源汽车行业。蔚来、小鹏、理想相继成立，不少老牌车企开始转型制造新能源汽车。

比亚迪最清楚新能源汽车与IGBT之间的重要关系。

IGBT供应商与新能源汽车厂商之间的纽带是电控厂商。

这也是王传福坚持收购宁波中微半导体的原因。 2003年，比亚迪收购秦川汽车后，开始致力于打造新能源汽车路线。然而，新能源汽车中的电驱动控制技术一直无法攻克。原因在于汽车级IGBT技术长期被英飞凌掌控。 。

汽车级IGBT的主要应用是交流电和直流电的转换。从外部充电时是交流电，需要通过IGBT转换成直流电然后供给电池。同时必须将220V电压转换成合适的电压给电池组充电。当需要电池向汽车传输电力时，直流电通过IGBT转换为交流电机使用的交流电，转换成合适的电压，同时用于控制交流电机的频率。

图片来自雪球

此前，比亚迪曾花费三年时间研究汽车IGBT的理论和封装业务，并与斯达半导体一样，使用英飞凌的芯片组装模块进行销售。但很快比亚迪就意识到模块封装作为下游环节并不能真正解决IGBT芯片的上游技术和研发问题，于是做出了收购宁波中微半导体的“大动作”，开始自主研发IGBT。前进的道路。

攻克IGBT芯片技术后，比亚迪构建了自产自销的封闭产业链。制造出来的IGBT芯片被封装成模块，直接供应给电控厂家。这也使得比亚迪的供应链自给率高达70%，并且成本大幅降低。

也正是在理想、蔚来、小鹏等新能源汽车发展之际，星辰半导体诠释了什么是“好风以其力量送我上蓝天”。

大多数新兴智能汽车厂商最初都来自于互联网。想要整合一款兼具高性能和高性价比的汽车并不容易。第三方电控厂商此时就起到了搭建桥梁的作用。

在斯达半导体披露的IPO报告中，可以清晰地看到，英威腾和汇川科技分别是其第一大、第二大客户，占比均超过20%。英威腾和汇川技术是国内新能源汽车电子控制技术的领先制造商。

造车新势力的供给需要电子控制技术的支持，而电子控制技术需要IGBT的集成。星辰半导体成功借助了汇川技术和英威腾的力量。 2016年，斯达半导体IGBT模块全球市场份额为2.50%，位居全球前十功率模块制造商之列。

中车株机公司收购英国Danex后也实力雄厚，与浙江大学联合启动轨道交通IGBT芯片02项目。

轨道交通 IGBT 需要能够承受比车辆级 IGBT 更高的电压。此外，轨道交通运营条件过于恶劣。中国轨道交通运营跨度巨大。从上海到西藏、从哈尔滨到广州的线路，往往需要行驶很长的时间，并且环境温差很大。

这就要求轨道IGBT具有极高的电磁兼容（EMC）标准、超高的运行可靠性和长期使用效率。

2011年，中车株洲IGBT计划进军轨道交通系统，但未能成功开拓市场。毕竟，IGBT是轨道交通的核心器件之一。一旦犯错，后果不堪设想。因此，当时大多数厂家对于中车株洲的自制IGBT仍然保持着看法。态度更加谨慎。

直到2014年，中车株机自主研发的8英寸IGBT芯片成功下线，让人们看到了高压IGBT在中国的可能性。

但还没等中车株洲公司高兴太久，国际市场上轨道交通IGBT的价格战就已经白热化。正当中车株机准备推出比市场价格低30%的产品时，国外企业居然联手将IGBT价格降低了70%，产品一推出就打响了价格战。

随着价格战愈演愈烈，中车株机也不得不效仿，逐步抢占海外厂商的份额。

2014年至2016年，中车株机在中国市场的高功率半导体市场份额从0%提升至60%。

在获得国内市场大部分订单后，中车株机选择走出国门，出口印度、马来西亚；并开始拓展俄罗斯、意大利、中欧市场，并获得小批量订单。

2017年底，石石高铁开通运营。我国“四纵四横”高速铁路网全部建成通车。十年高铁建设战役落下帷幕。

超越

我国IGBT发展近20年，诞生了许多优秀企业。

2020年底，在深圳比亚迪集团总部，新东方创始人俞敏洪问王传福：

“所有中国汽车制造商都想给自己的汽车起一个外国名字，认为这样会让汽车看起来像外国人。但你反其道而行之，（想出）‘秦汉宋元’，很容易让人认为这车有中文名，你的名声这么差，怎么敢这么上位？”

王传福回忆起之前的经历说道：

“我要引起轰动，做大产业，抢占中国应有的地位，如果‘汉’模式做不好，我会感到羞耻。”

乘联会数据显示，2021年前10个月，比亚迪汉EV累计销售6.68万辆，销量同比增长5倍以上。随着高端化的成功突破，威尔逊监测的数据显示，今年前7个月，比亚迪自行车均价已达到15.18万元，超越大众。

但很少有人知道的是，汉EV搭载了比亚迪自主研发的4.0代IGBT，被称为IGBT智能“中国芯”。比亚迪IGBT 4.0综合损耗比目前市场主流IGBT降低20%左右。当电流通过IGBT器件时，损耗减少，从而导致车辆功耗大幅降低。

如果说之前的IGBT1.0是凭空而来的惊喜，那么比亚迪的IGBT4.0则可以说是开创中国IGBT时代的杰作。

据比亚迪介绍，2009年推出的IGBT1.0只相当于国外1995年左右的技术水平，甚至后续的IGBT2.5也只相当于国外2000年左右的技术水平。比亚迪的IGBT4.0已经达到了主流性能水平。与国外同期IGBT的水平相当，甚至在某些指标上超过了国外。

同时，其电流输出能力比当时市场主流IGBT高出15%，支撑车辆拥有更强的加速能力和更大的功率输出能力。而且，IGBT4.0的温度循环寿命是其他市场主流IGBT的10倍以上。比亚迪电动汽车在应对各种极端气候和路况时，能够拥有更高的可靠性和更长的使用寿命。

乘联会数据显示，2021年前10个月，比亚迪汉EV累计销售6.68万辆，销量同比增长超过5倍。随着高端化的成功突破，威尔逊监测的数据显示，今年前7个月，比亚迪自行车均价已达到15.18万元，超越大众。

经过十七年的研发，比亚迪实现了芯片设计、晶圆制造、封装测试、生产等垂直业务一体化的IDM模式。通过结合上下游优势，比亚迪充分挖掘和发展了其在汽车半导体产业链的地位。技术潜力。

2020年，COVID-19疫情爆发，供应链短缺成为全球性问题。芯片短缺使得电子产品供应链极度紧张。一方面，疫情促进了家庭办公、娱乐和电子商务的发展，但另一方面，在科技产品需求猛增的同时，芯片工厂却无法跟上需求的增长。

疫情影响，迫使三星电子、恩智浦半导体、英飞凌等海外企业暂时关闭工厂。英飞凌和恩智浦是汽车级IGBT芯片的主要供应商，工厂的关闭使得芯片短缺的情况更加严重。

对于思达半导体来说，“缺芯”既是机遇，也是挑战。

当海外主要IGBT厂商的功率半导体产能受到疫情严重影响时，思达加速了IGBT模块产品的量产。 IHS数据显示，2020年全球IGBT模块市场规模达36.3亿美元，斯达半导体以2.80%的市场份额排名全球第五。

根据斯达半导体2020年年报披露的详情，斯达半导体去年营业总收入为9.63亿元，其中公司来自工控、电源行业的营业收入为7.1亿元，同比增长21.61%；新能源产业实现收入2.1亿元，同比增长30.38%；变频百家店等行业营业收入3766万元，同比增长25.18%；在电动汽车方面，思达生产的汽车级IGBT模块去年应用于超过20万辆电动汽车。

但尽管斯达半导体已经达到“全球第五位”，但仍因其商业模式而被排除在理想汽车的供应商之外。

与IDM模式相比，该模式资产轻、风险低。但由于没有自控生产线，产品交付能力和成本控制稍弱。也正是因为如此，斯达半导体一度错过了理想和小鹏汽车的订单。

据多家媒体公开报道，2021年7月，理想汽车披露了一份IGBT采购记录。在英飞凌供货不足的情况下，评估了斯达半导体、中车时代电气、比亚迪半导体等公司。供应商明确提及：

“我们更喜欢那些有生产线的，因为他们可以控制自己的生产线。如果你看看Star，他没有办法保证交货。”

明星失去的订单被转型后的中车“抢走”。

2021年9月30日，时代电气（简称时代电气）在上海证券交易所科创板挂牌上市。

时代电气凭借比英飞凌低30%的价格优势、有保障的交付优势、高度协同的定制服务优势。赢得了广汽、理想、小鹏等汽车厂商的青睐并建立了合作关系。

中车株机分拆时代电气上市之举，无疑是更好进军汽车级IGBT的一次尝试。此前，中车株洲IGBT产品电压范围覆盖750V-6500V，是国内电压覆盖范围最广的厂家。因此，进军汽车级IGBT对于其他厂商来说是一次“降维打击”。

Star半导体也不甘示弱。 2021年9月，思达半导体宣布计划增资并建设新产线，转型IDM模式。第一个目标是第三代半导体和高压IGBT产品。

但有投资者形容，在技术壁垒极高的轨道交通、电网领域，中车时代电气的中高压IGBT“连望远镜都看不到对手”。斯达半导体能否“抢占”中车高压IGBT？市场份额还有待观察。

前进的道路

我国IGBT发展近20年，诞生了许多优秀企业。

除了比亚迪、斯达半导体、中车时代电气外，还有华润微，拥有全国首条完全国产的功率器件专用8英寸晶圆生产线；全球率先提供场截止绝缘栅双极晶体管（FS IGBT）、量产8英寸集成电路芯片的华虹半导体、以及全球IGBT分立器件市场份额排名第十的士兰微。

尽管中国IGBT市场份额和业务量有所增长，但与海外龙头英飞凌的IGBT分立器件和模块市场份额相比仍存在一定差距。

但中国IGBT企业此时也看到了新的曙光。

第三代半导体材料——碳化硅（SiC）的机会来了。

半导体迭代仅在材料上有所不同。如果说第一代硅材料半导体已接近完美晶体，那么以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体则具有更好的材料物理性能，为电力电子器件性能的进一步提升提供了更大的空间。 。

目前汽车级半导体主要以硅基IGBT为主，但近年来SiC半导体材料迅速崛起。与硅基IGBT相比，SiC器件具有更好的性能、更小的尺寸和更低的能耗。缺点是成本较高。同级别SiC芯片的成本是硅基IGBT的8至12倍。

半导体行业的图片

根据IHS数据，在对新的能源车辆和动力设备以及其他领域的巨大需求中，到2027年，SIC Power设备的市场规模预计将超过100亿美元，而SIC SIC基板的市场需求也将大大增长。

在巨大的市场需求吸引人的吸引力下，主要的电力半导体供应商（例如，和Rohm半导体）部署了SIC Power产品，并且还在不断实施与相关的新型SIC Power 应用程序。

最早的SIC设备出现在2001年，但直到2010年，人们才意识到SIC的结构。目前，全球SIC设备仍处于起步阶段。即使领先的海外公司具有一定的第一步优势，这种技术差距也远小于IGBT数十年来积累的“迭代差距”。国内公司仍然有机会超越角落。

自2020年以来，许多中国IGBT公司不仅扩大了其生产能力，而且还开始在SIC布局中努力。

2020年底，BYD半导体宣布将建立一条SIC生产线，成为第一家拥有自己的SIC生产线的国内汽车制造商。 Byd Han EV使用SIC控制电动机。

Silan Micro在2021年第二季度宣布，该公司的SIC Power 试点已在线。

2021年9月24日，星半导体宣布，私人安置已获得发行审查委员会的批准，将筹集35亿元人民币的研究，开发和生产IGBT芯片和SIC芯片。预计它将达到300,000件/年的6英寸IGBT生产能力，每年6英寸的SIC芯片生产能力为60,000件。

结尾

中国的半导体行业已经经历了其发展史上的几个重要阶段。

从挣扎到1960年代初期的生存，再到1990年代引入六英寸和八英寸生产线；从2000年的政策支持建立SMIC到2008年开始的“ 02”特别基金；从大型资金开始于2014年比亚迪f3二代图片，然后到2020年的“ 14五年计划”。

其中，政策支持起着至关重要的作用。

正是由于政策倾向，我们欢迎Byd，Star 和Crrc 等杰出的IGBT公司。

现在，由于该国非常重视第三代半导体材料，因此该行业已经迎来了新的发展机会。

当新的国内半导体产业链完整时，国内IGBT可能处于世界的最前沿。

因此，不要焦虑，让子弹飞了一段时间，也许接下来的五年将是IGBT制造商真正起飞的时代。

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