IGBT技術現狀及未來主要的三個市場應用前景分析

• 2018年10月9日 LiuDaiFeng來源：互聯網 1449 96
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IGBT技術現狀及未來主要的三個市場應用前景分析

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。

IGBT器件應用范圍愈發(fā)廣泛，涉及領域幾乎涵蓋社會的各個方面。中國IGBT器件市場需求增長空間巨大。2017年中國IGBT市場規(guī)模為123.65億元，約占全球市場的44%。

IGBT技術現狀及未來前景分析

圖表：2015-2017年IGBT行業(yè)市場規(guī)模情況

數據來源：中研普華產業(yè)研究院

IGBT是功率半導體器件第三次技術革命的代表性產品，具有高頻率、高電壓、大電流，易于開關等優(yōu)良性能，被業(yè)界譽為功率變流裝置的“CPU”，廣泛應用于軌道交通、航空航天、船舶驅動、智能電網、新能源、交流變頻、風力發(fā)電、電機傳動、汽車等強電控制等產業(yè)領域。隨著以軌道交通為代表的新興市場興起，中國已經成為全球IGBT最大需求市場。

從市場競爭格局來看，美國功率器件處于世界領先地位，擁有一批具有全球影響力的廠商，例如 TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay 等廠商。歐洲擁有 Infineon、ST 和 NXP 三家全球半導體大廠，產品線齊全，無論是功率 IC 還是功率分離器件都具有領先實力。

日本功率器件廠商主要有 Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、Toshiba、Rohm、Matsushita、Fuji Electric 等等。日本廠商在分立功率器件方面做的較好，但在功率芯片方面，雖然廠商數量眾多，但很多廠商的核心業(yè)務并非功率芯片，從整體市場份額來看，日本廠商落后于美國廠商。但是全球有近70%的IGBT模塊市場被三菱、東芝及富士等日系企業(yè)控制。德系的英飛凌也是全球IGBT龍頭企業(yè)之一，其獨立式 IGBT 功率晶體以24.7%的市場占有率位居第一，IGBT 模塊則以20.5%的市場占有率位居第二。

近年來，中國臺灣的功率芯片市場發(fā)展較快，擁有立锜、富鼎先進、茂達、安茂、致新和沛亨等一批廠商。臺灣廠商主要偏重于 DC/DC 領域，主要產品包括線性穩(wěn)壓器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC，脈寬調制集成電路)和功率MOSFET，從事前兩種 IC 產品開發(fā)的公司居多?？傮w來看，臺灣功率廠商的發(fā)展較快，技術方面和國際領先廠商的差距進一步縮小，產品主要應用于計算機主板、顯卡、數碼產品和 LCD 等設備。

2016年英飛凌以24.5%的份額高居榜首，日本三菱電機則以24.4%的份額屈居第二，另一日系大廠富士電機則以12.2%的占有率排行第三。在高壓大功率IGBT芯片方面，由于對IGBT芯片可靠性要求非常高，此前，我國還沒有一個廠家能夠實現6500V IGBT芯片本土產業(yè)化，為此，國內企業(yè)每年需花費數億元從國外采購IGBT產品。

由于國外采購周期長達數月甚至一年以上，嚴重制約了我國軌道交通裝備的自主創(chuàng)新和民族品牌創(chuàng)立，大大降低了國內動車、機車裝備在國際市場的競爭力。因此發(fā)展國內的IGBT產業(yè)迫在眉睫。

伴隨著2014、2015年《國家集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要》和《中國制造2025》的發(fā)布，國家半導體產業(yè)進入了快速發(fā)展階段。一方面原因是國家集成電路大基金以及其他資本的注入使國內半導體集成電路產業(yè)投資規(guī)模及數量增勢明顯；另一方面，中國制造2025迫使高壓變頻、交流傳動機車/動車組、城市軌道交通、國家電網、新能源汽車等國民經濟支柱性行業(yè)紛紛提出關鍵功率器件國產化的需求，除去自行建廠研發(fā)之外，這些領域的應用將為國內功率半導體器件的發(fā)展帶來新機遇。

從技術發(fā)展趨勢上來看，盡管與國際領先水平尚有差距，但發(fā)展勢頭強勁。高端超結MOS、TrenchIGBT、SGTMOS產品產業(yè)化依然是未來2年功率半導體器件企業(yè)發(fā)展必爭之地，此外，第三代SiC、GaN器件將是未來功率器件發(fā)展趨勢，國內眾多企業(yè)開始進入研究階段。

IGBT未來主要的市場應用前景有以下三個：

首先是綠色能源：目前我國的總體能源利用效率為33%左右，比發(fā)達國家低10%，節(jié)能工作面臨較大壓力，綠色能源的推動必不可少。

而目前中國已成為太陽能電池生產的第一大國，風力發(fā)電的累計裝機容量也是連續(xù)實現翻番。無論是太陽能電池還是風力發(fā)電，其系統應用都需要把直流電轉化為交流電，而承擔這一任務的部件是逆變器，逆變器的核心“心臟”器件就是IGBT。

其次，新能源汽車：到目前為止，已有英、法、德等六國先后提出停售燃油車的時間表（挪威/荷蘭2025年，德國/印度2030年，英法2040年），我國工信部也表態(tài)已經開始研究制定傳統燃油車停售的時間表。

2013~2016年，我國新能源車產量從2萬輛暴漲到50萬輛，根據國務院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，至2020年，我國純電動汽車和插電式混合動力汽車生產能力達200萬輛，累計產銷量超過500萬輛，等效為8寸IGBT晶圓需求為100萬片，累計250萬片，市場相當龐大。

若拆解來看IGBT的模塊約占新能源車成本10%、占充電樁成本約20%，預計未來5年，國內的新能源汽車及充電樁可望帶動約200億IGBT模塊的市場需求。

另外就是工業(yè)自動化領域：機器人的大量使用，是近年來制造業(yè)企業(yè)轉型升級的突出特點。我國自2013年成為世界最大工業(yè)機器人市場后，工業(yè)機器人使用量大幅攀升，年復合增長率超過20%，2016年機器人安裝量更是高達8.5萬臺，超過全球新增工業(yè)機器人數量的30%。IGBT在工業(yè)用機器人領域也扮演重要的角色。

進口替代是我國IGBT發(fā)展趨勢。我國IGBT器件90%依賴進口，國產市場份額主要被歐美、日本企業(yè)壟斷。中國IGBT企業(yè)在研發(fā)與制造工藝方面極度缺乏經驗，與世界先進水平差距很大。同時IGBT都是關鍵設備上的核心部件，設備廠商更換國產產品風險很大，這也是制約國內企業(yè)產品進入高端市場的障礙。

近年在政策支持和市場推動下，IGBT產業(yè)得到迅速發(fā)展，“十一五”和“十二五”期間，國家也組織實施了眾多的IGBT研發(fā)和產業(yè)化項目，和28nm/16nm集成電路制造一樣，IGBT也被列為國家“02專項”的重點扶持項目。

縱觀全球市場，IGBT主要供應廠商基本是歐美及日本幾家公司，中國主要是以中科君芯為代表的芯片設計公司做IGBT。國產IGBT芯片和國外的差距，主要是體系上的差距，包括制造晶圓的襯底材料、200多道工藝摸索、工藝制造設備等，另外，產業(yè)鏈標準仍然是國外制定，國產IGBT芯片參數及應用需以國外為標準。

要縮小和國外IGBT的差距是艱辛的，面對的是結構設計調整、應用的實踐和工藝上的難題。

因此，國產IGBT設計企業(yè)需要充分發(fā)揮上下游企業(yè)合作和“產、學、研、用”聯合優(yōu)勢，提升我國IGBT領域的研發(fā)、制造、應用水平，形成我國自主IGBT器件及裝置的發(fā)展和產業(yè)化標準，做更加適合中國市場的IGBT器件。

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是功率半導體器件第三次技術革命的代表性產品，它就像人的心臟，通過有效的開關閉合，可以把電能輸送到指定位置，被業(yè)界譽為功率變流裝置的“CPU”、綠色經濟的“核芯”，廣泛應用于軌道交通、航空航天、船舶驅動、智能電網、電力電子、新能源汽車等領域。未來的應用前景廣闊。預計2023年行業(yè)整體市場規(guī)模將達到超過330億元。

IGBT技術現狀及未來前景分析

圖表：2018-2023年IGBT行業(yè)市場規(guī)模

數據來源：中研普華產業(yè)研究院

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