【P001】IGBT技术

IGBT芯片技术发展

从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了7代升级，从平面穿通型(PT)到沟槽型电场-截止型(FS-Trench)，芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从600V提高到6500V以上。IGBT技术的整体发展趋势是大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性。

不同代际IGBT芯片产品对比

随着技术的升级，IGBT芯片面积、工艺线宽、通态功耗、关断时间、开关功耗均不断减小，断态电压由第一代的600V升至第七代7000V。

不同代际的IGBT芯片产品应用情况也有所不同：

中国IGBT芯片企业技术布局

中国IGBT产品与国际巨头英飞凌、三菱电机等差距在10年以上，步入第5代后，预计差距将缩短为10年，第6/7代产品差距将在5年以内。从中国IGBT芯片行业代表性企业从技术格局来看，斯达半导应用第七代IGBT技术，电压覆盖范围为100-3300V华微电子布局第六代IGBT技术，电压覆盖范围为360-1350V士兰微、时代电气、宏微科技应用第五代IGBT技术新洁能主要应用第四代IGBT技术。

IGBT芯片行业科研投入水平

以宏微科技、斯达半导、士兰微、时代电气为主要代表企业分析，2018-2021年，我国IGBT芯片行业研发费用从0.1元到19亿元不等，研发费用占营业收入比重整体不超过15%。其中，时代电气在科研投入规模和占比均位于行业前列，2021年，公司研发投入为17.85亿元，占收入比重的11.81%。

IGBT芯片技术“门槛”高，不仅涉及设计、制造、封装三个高精尖技术领域，而且难度大、周期长、投入高。高铁、智能电网、新能源与高压变频器等领域所采用的IGBT模块规格在6500V以上，技术壁垒较强IGBT芯片设计制造、模块封装、失效分析、测试等IGBT产业核心技术仍掌握在发达国家企业手中。我国要想实现IGBT芯片的技术突破，企业需要持续增加研发投入，减少与国际头部厂商IGBT芯片的代际差异。

中国IGBT芯片行业技术趋势

从行业整体发展规律而言，IGBT发展趋势主要是降低损耗和降低成本。

从结构上讲，IGBT主要有三个发展方向：

1)IGBT纵向结构：非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型

2)IGBT棚极结构：平面棚机构、Trench沟槽型结构

3)硅片加工工艺：外延生长技术、区熔硅单晶。

以上数据来源于前瞻产业研究院《中国IGBT芯片行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

半导体行业的产业链主要是由芯片设计 、 代工制造 、 封装测试三部分 ， 以及产业链外部的材料 ， 设备供应商组成 。

半导体细分领域

【设计工具】

EDA软件

半导体设计： 民德电子、欧比特（IC设计）、寒武纪（SOC芯片设计）、格科微、华微电子、力合微（芯片设计原厂）

【芯片设计】

集成电路包括存储芯片（NANDFlash、NORFlash、DRAM）、CPU、GPU、MCU、FPGA、DSP、触控与指纹识别芯片、射频前端芯片、模拟芯片。

存储芯片： 兆易创新、北京君正、国科微、聚辰股份（NORFlash）

CPU（中央处理器）： 、中科曙光、长电 科技

GPU（图形处理器）： 景嘉微

MCU（微控制器）： 兆易创新、富满微、芯海 科技 、*ST大唐、力合微

FPGA（半定制电路芯片）： 紫光国微、复旦微电、安路 科技

DSP（数字信号处理器）： 国睿 科技 、四创电子、力合微

触控与指纹识别芯片： 汇顶 科技 、兆易创新

射频前端芯片： 卓胜微、三安光电、富满微、立昂微（6英寸砷化镓微波射频芯片）、艾为电子

模拟芯片： 圣邦股份、韦尔股份、汇顶 科技 、北京君正、芯海 科技 （模拟信号链）、亚光 科技 （孙公司华光瑞芯是模拟芯片研发生产商）、艾为电子

数字芯片： 晶晨股份、乐鑫 科技 、瑞芯微、全志 科技

功率芯片： 斯达半导、捷捷微电、晶丰明源

WiFi芯片： 华胜天成、博通集成

2.光电器件

LED： 三安光电（砷化镓、氮化镓、碳化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及的外延片、芯片）、洲明 科技 、华灿光电（LED外延片及全色系LED芯片）、聚灿光电（GaN基高亮度LED外延片、芯片）、乾照光电（全色系LED外延片和芯片）、利亚德

Miniled： 京东方A、TCL

3.分立器件包含IGBT、MOSFET、功率二极管、晶闸管、晶振、电容电阻

IGBT： 斯达半导、时代电气、台基股份、士兰微、扬杰 科技 、紫光国微、华微电子、新洁能

MOSFET： 华润微、士兰微、富满微、立昂微、扬杰 科技 、银河微电、捷捷微电、苏州固锝、新洁能

功率二极管： 扬杰 科技 、台基股份（整流管）、士兰微（快恢复二极管FRD、瞬态抑制二极管TVS、发光二极管）、银河微电、华微电子、苏州固锝

晶闸管： 捷捷微电、台基股份、捷捷微电、派瑞股份（高压直流阀用晶闸）

晶振： 泰晶 科技

电容电阻： 风华高科

4.传感器

敏芯股份（MEMS传感器）、华润微（智能传感器）、士兰微（MEMS传感器）、光莆股份（半导体光电传感器）

【代工制造】

晶圆加工： 中芯国际

开放式晶圆制造： 华润微

MEMS晶圆制造： 赛微电子

【封装测试】

长电 科技 、通富微电、华天 科技 、晶方 科技 、康强电子、华润微、大港股份、气派 科技 、华微电子、兴森 科技 （半导体测试板）、苏州固锝

【晶圆制作材料】

硅片： 沪硅产业、中环股份、立昂微（半导体硅片）、神工股份（单晶硅材料）、中晶 科技

光刻胶： 南大光电、容大感光、飞凯材料、晶瑞股份、雅克 科技 、安泰 科技

特种气体： 华特气体、雅克 科技

湿电子化学品： 江化微

靶材： 江丰电子、隆华 科技 、有研新材、阿石创（溅射靶材）、江丰电子（高纯溅射靶材）

CMP抛光材料： 安集 科技 、鼎龙股份

高纯试剂： 上海新阳、晶瑞股份、

【第三代半导体】

氮化镓GaN ：富满电子、奥海 科技 （氮化镓充电器）、聚灿光电（GaN基高亮度LED外延片、芯片）、闻泰 科技 、赛微电子[6-8英寸硅基氮化镓（GaN-on-Si）、碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）]、海能实业（快充氮化镓产品）、兆驰股份[兆驰半导体生产蓝绿光（GaN）与红黄光（GaAs）外延及芯片]、亚光 科技

碳化硅Sic： 露笑 科技 （碳化硅衬底片、外延片）、楚江新材、闻泰 科技 、天富能源（Sic衬底环节，参股天科合达）、三安光电（砷化物、氮化物、磷化物及碳化硅等化合物半导体新材料所涉及的外延片、芯片）、时代电气、捷捷微电、温州宏丰(碳化硅单晶研发)、紫光国微、晶盛机电（碳化硅长晶设备）、甘化科工（参股苏州锴威特半导体）、东尼电子、易事特

【设备】

光刻机：

刻蚀机： 中微公司（等离子体刻蚀设备、CPP，ICP）、芯源微（湿法刻蚀机）、北方华创

离子注入设备： 万业企业

炉管设备： 北方华创、晶盛机电

清洗设备： 北方华创、至纯 科技 （半导体湿法清洗设备研发）、芯源微

检测设备： 精测电子、华峰测控、长川 科技

物理气相沉积设备PVD： 北方华创、华亚智能（半导体设备领域结构件）

化学气相沉积设备CVD： 北方华创、晶盛机电、华亚智能（半导体设备领域结构件）

涂胶/显影机： 芯源微

喷胶机： 芯源微

原子层沉积设备ALD： 北方华创

MOCVD设备： 中微公司

半导体微组装设备： 易天股份

【其他】

华为海思半导体供应商： 铭普光磁

掩膜版： 清溢光电

PVD镀膜材料： 阿石创

镀膜设备： 立霸股份（参股拓荆 科技 ）

印刷电路板PCB： 澳弘电子、协和电子、华正新材[覆铜板（CCL）]、兴森 科技 、金安国纪、迅捷兴、本川智能、胜宏 科技 、四会富仕、超声电子、奥士康、沪电股份、明阳电路、广东骏亚

单晶拉制炉热场系统： 金博股份

工业视觉装备： 天准 科技

石英晶体： 惠伦晶体、东晶电子

电容器： 江海股份、艾华集团、铜峰电子

FPC线路板： 风华高科、*ST丹邦

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