IGBT具備驅(qū)動功率小而飽和壓低的特點，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)，在電機控制和開關(guān)電源，以及要求快速、低損耗的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用，能夠提高用電效率和質(zhì)量，是解決能源短缺和降低碳排放的關(guān)鍵支撐技術(shù)。小到閃光燈、微波爐，大到風(fēng)力發(fā)電機，先進(jìn)的IGBT技術(shù)無處不在。
20世紀(jì)80年代初，IGBT技術(shù)由國際上多個公司及機構(gòu)各自獨立研發(fā)完成。隨著市場規(guī)模的擴(kuò)大，歐洲和日本的各大半導(dǎo)體生產(chǎn)公司紛紛在各自的IGBT研發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)力，IGBT市場基本被英飛凌、三菱電機、富士電機等歐洲和日本企業(yè)壟斷。
現(xiàn)代交通運輸領(lǐng)域也離不開IGBT。在內(nèi)燃機時代，交通工具的動力來源于汽油燃燒所產(chǎn)生的熱能，動力傳導(dǎo)則依靠機械傳動，但在高速動車組、新能源汽車等以電力驅(qū)動的交通工具中，動力來源于高效能電池，動力（即電力）的控制和傳導(dǎo)就要依靠IGBT。
中國IGBT技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長肖向鋒對記者說，像IGBT一樣的功率半導(dǎo)體器件還有很多種，但因其適用性高、功率小、耗能低、開關(guān)速度高等特點，是最適合現(xiàn)代交通運輸?shù)�，比如在高速動車組、新能源汽車中應(yīng)用的IGBT，工況環(huán)境都非常惡劣，從零下幾十?dāng)z氏度的東北地區(qū)到高溫潮濕的海南，都要能夠使用，而且交通工具往往有瞬時起跑、高效變速和瞬時停車的功能需求，IGBT技術(shù)當(dāng)仁不讓。電子信息技術(shù)的實際應(yīng)用帶來了現(xiàn)代交通運輸方式的巨大變革。
艱難轉(zhuǎn)型追尋核心技術(shù)
一組8列的高速動車組需要150多個IGBT器件，中國曾經(jīng)每年進(jìn)口高速動車組用IGBT的費用就達(dá)10億元以上。一輛新能源汽車成本的7%~10%來自IGBT器件，是除電池之外成本第二高的器件。同時，處于壟斷地位的IGBT生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)自身利益，任意設(shè)置IGBT的交貨周期，根據(jù)統(tǒng)計，應(yīng)用于高速動車組和新能源汽車的IGBT交貨周期一度都長達(dá)一年。不掌握核心技術(shù)，嚴(yán)重制約了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
由于資金和人才長期投入大、研發(fā)周期極長，除了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體企業(yè)外，目前擁有核心技術(shù)、能夠量產(chǎn)IGBT的裝備制造業(yè)企業(yè)屈指可數(shù)。
在高速動車組制造領(lǐng)域，中車株洲所自20世紀(jì)90年代就開始布局IGBT等功率半導(dǎo)體器件研發(fā)，長期投入巨資，集中研發(fā)。2008年，通過收購掌握大功率IGBT研發(fā)、制造技術(shù)的英國丹尼克斯半導(dǎo)體公司，中國高速動車組才有了自己的IGBT知識產(chǎn)權(quán)。2014年6月，中國首條8英寸IGBT專業(yè)芯片線建成。2016年，株洲中車時代電氣股份有限公司為中國高速動車組量身定做的基于8英寸制造工藝的750A/6500V高性能IGBT模塊完成測試驗證與全部地面試驗。經(jīng)過二十多年的努力，中國高速動車組才有了自己的IGBT技術(shù)，逐步實現(xiàn)高速動車組用IGBT器件的國產(chǎn)替代。
對于汽車制造企業(yè)來說，面對長期的巨額投入，他們更傾向于依賴IGBT制造企業(yè)的合作。2016年，世界十大暢銷純電動和油電混合式新能源汽車有8款車使用德國英飛凌的IGBT器件。特斯拉、奔馳等知名汽車制造企業(yè)都依賴半導(dǎo)體企業(yè)的供貨。
此前，世界上只有從20世紀(jì)90年代就開始研發(fā)的豐田汽車，掌握了車規(guī)級IGBT的完整產(chǎn)業(yè)鏈，這也是豐田新能源汽車在市場上表現(xiàn)強勁的重要原因之一。中國新能源汽車企業(yè)比亞迪則是從2005年起組建IGBT研發(fā)團(tuán)隊。2009年，比亞迪自己生產(chǎn)的第一代車規(guī)級IGBT產(chǎn)品通過中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會組織的科技成果鑒定，成為中國唯一一家擁有完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企。隨后經(jīng)過近十年時間，比亞迪于2018年年底發(fā)布了最新的IGBT4.0產(chǎn)品，其綜合損耗相比當(dāng)前市場主流產(chǎn)品降低了約20%，趕上了世界主流標(biāo)準(zhǔn)。
不難看出，原本不具備半導(dǎo)體研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)驗的企業(yè)，追尋IGBT核心技術(shù)的道路是極其漫長和艱難的。但由于IGBT技術(shù)門檻高、應(yīng)用廣、通用性強的特點，一旦獲得核心技術(shù)，這些企業(yè)不但可以在原本的行業(yè)中占盡先機，還能夠擴(kuò)展生產(chǎn)領(lǐng)域，為未來發(fā)展提供更多可能和保障。
