陶瓷行业资讯更多

【中陶日报-7.20】一条中亚日产50000m2生产线正式启动；48家陶企参与省级2022年度企业环境信用评价

2023-07-20 15:07

【中陶日报-7.19】大角鹿上半年业绩增长101%；马可波罗控股两项科技成果通过专家鉴定；当阳陶瓷产业园年产值约100亿元

2023-07-19 22:18

AM Application丨3D打印汽车零部件端到端解决方案

2023-07-19 19:04

【展品橱窗】金瓷——专门从事纳米材料、无团聚纳米粉体和精密陶瓷制品的生产和销售

2023-07-19 16:32

【展品橱窗】金瓷——专门从事纳米材料、无团聚纳米粉体和精密陶瓷制品的生产和销售

2023-07-19 16:31

【中陶日报-7.18】鹰牌上半年营收同比增加约25%；马可波罗举行2023年中总裁峰会；恒大负债总额2.58万亿元

2023-07-18 22:23

头部陶企研发三大方向！东鹏、蒙娜丽莎、新明珠、简一都在关注这些

2023-07-18 22:23

展商推介| 轨道交通领域—超高速Nexa 3D打印机制造高铁零部件

2023-07-18 19:13

【IGBT专栏】新能源汽车核心部件—从零了解电控IGBT模块

2023-07-18 16:35

IGBT行业深度报告：借新能源大发展的东风，迎接IGBT的增长春天

来源：世展网分类：陶瓷行业资讯 2023-02-09 16:33 阅读：*****

1.IGBT：电力电子装置的“CPU”

1.1. IGBT 是什么？

IGBT，中文全名为绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管（BJT）和绝缘栅型场效应管（MOS）组成的功率半导体器件，为第三代功率半导体技术革命的代表性产品，具有高频、高电压、大电流，易于开关等优良性能，被业界誉为电力电子装置的“CPU”，广泛应用于工业控制、轨道交通、白色家电、新能源发电、新能源汽车等领域。依产品结构形式不同，IGBT 有单管、IGBT 模块和智能功率模块 IPM 三种类型。IGBT 单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器等领域；IGBT 模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车（电机控制器、车载空调、充电桩）等领域（当前市场上销售的多为此类模块化产品）；智能功率模块 IPM 主要在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域有广泛应用。根据应用场景的电压不同，IGBT 有超低压、低压、中压和高压等类型，其中新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的 IGBT 以中压为主，而轨道交通、新能源发电和智能电网等对电压要求较高，主要使用高压 IGBT。IGBT 多以模块形式出现，IHS 数据显示模块和单管的比例为 3:1。模块是由 IGBT 芯片与 FWD（续流二极管芯片）通过定制化的电路桥接，并通过塑料框架、衬底及基板等封装而成的模块化半导体产品。基础工作原理在于，以最小能量损耗实现电流转换，是一种具有隔离栅极结构的双极晶体管；栅极自身就是 MOSFET，因此结合了双极晶体管的高载流能力和高阻断电压的优点。

1.2. IGBT 的发展史

自 20 世纪 80 年代发展至今，IGBT 芯片经历了 7 代技术及工艺的升级，从平面穿通型（PT）到微沟槽场截止型，IGBT 从芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标都进行了不断的优化，断态电压从 600V 提高到 7000V，关断时间从 0.5 微秒降低至 0.12 微秒，工艺线宽由 5um 降低至 0.3um。此外，由于 IGBT 产品对可靠性和质量稳定性要求较高，下游客户认证周期较长，所以产品的生命周期较一般集成电路产品较长，对不同代际的 IGBT 产品，由于性能和需求差异导致应用领域略有不同，目前市场上应用最广泛的仍是 IGBT 第 4 代工艺产品。从 IGBT 模块芯片的内部纵向结构来看，IGBT 可分为穿通型（PT，punch through)，非穿通型（NPT，non-punch through)。PT(punch through)结构是最“古老”的 IGBT 技术，在 1980~1990 年间占据主导地位，英飞凌第一代 IGBT 就是采用的 PT 技术。NPT(nonpunch through)结构是德国西门子公司 1987 年推出，为上世纪 90 年代的主流产品。FS （field stop）：2000 年，西门子公司研制出新的 IGBT 结构，fieldstop-IGBT(FS-IGBT)，它同时具有 PT-IGBT 和 NPT-IGBT 的优点，至今一直居于主导地位。英飞凌第三代及以后的 IGBT，均采用了 FS 技术。

1.3.IGBT 的技术发展趋势

自从二十世纪八十年代中期研发出第一只 IGBT 器件以来，IGBT 技术经历了几个不同发展阶段，这些技术都是用来平衡 IGBT 自身的各种特性的，这些特性如下所示：1）降低导通损耗；2）降低开通和关断时的开关损耗（开关速度快）；3）器件开关的软特性；4）提高电流密度；5）提升电压等级；6）减少半导体材料（降低成本）；7 ）提高最高工作结温；8）扩展 SOA（安全工作区）。

随着 IGBT 的技术发展，传统场截止型结构已接近其理论极限。超结及半超结器件凭借耐高温、低损耗和高抗短路能力在 IGBT 领域备受关注，是 IGBT 未来技术发展主要探索方向。

2.IGBT 应用市场规模和空间

2.1.全球 IGBT 应用市场规模

近十年来，全球 IGBT 市场规模保持连续增长，从 2012 年的 32 亿美元增长至 2021 年的 70.9 亿美元，CAGR 增长 6.6%，其中工控和新能源汽车是 IGBT 需求占比最大的两个下游领域，分别占比为 37%和 28%，其次是新能源发电和家电变频市场，需求占比分别为 9% 和 8%。2020 年以来，新能源汽车需求明显提速，2021 年较 2020 年需求占比提升 19%，是 IGBT 主要的增量需求来源。

2.2.中国 IGBT 应用市场规模

目前，我国是全球最大的 IGBT 需求市场，需求量约占全球四成，且需求占比有望持续提升。根据 WSTS（世界半导体贸易统计组织）的数据，中国 IGBT 市场销售规模从 2016 年的 88 亿元（人民币）增长至 2021 年的 238.8 亿元，CAGR 超 20%，远超全球平均水平，预计至 2025 年仍将维持高速增长，市场规模将有望超 486 亿元。从中国市场的供需情况来看，自 2015 年以来，IGBT 的国产量从 498 万只到 2021 年 2580 万只，CAGR 约 39%，期间，国内需求量从 2015 年的 4918 万只到 2021 年 13200 万只，CAGR 在 15%-28%之间，尽管本土产量增速高于需求增速，但供需缺口绝对量仍有较大空间，仍以进口为主。其中原因主要系我国功率器件整体的技术水平相对较低，产能主要集中于中低端产品范围，在 IGBT 等新型功率器件这一类高技术、高附加值的中高档产品领域中，国外企业拥有绝对的竞争优势，我国需大量进口来满足国内市场需求。

从下游 IGBT 需求结构来看，我国 IGBT 需求结构与全球市场不同，新能源汽车、消费电子（统计口径包括家电）和工控是 IGBT 需求占比最大的三个下游领域，分别占比 31%、27%和 20%。我国 IGBT 在新能源领域的应用占比远超全球平均水平，主要受益于国家“双碳”战略，新能源领域需求旺盛，导致 IGBT 用量大幅增加，是我国 IGBT 需求增长的主要驱动力。国内新能源需求爆发，IGBT 成长空间巨大。在国内 IGBT 市场规模快速增长，新能源需求爆发贡献主要增量的背景下，本土 IGBT 企业依托国内新能源产业扩容，以其自身产品竞争力、供应链的优势和巨大的市场提升空间，加速提升 IGBT 国产替代份额，我们保守预计，2025 年中国 IGBT 市场规模将有望超 450 亿元，CAGR 约 20%，成长空间巨大。

2.2.1.新能源汽车

众所周知，在电动化驱动下，电池、电驱和电控是电动新能源车的三大重要部件。而 IGBT 则是电控系统中的核心元器件，它决定了新能源汽车的行驶性能。根据英飞凌 2021 年财报显示，在国际上 IGBT 的单车价值为 330 美元，约占新能源汽车整车总成本的 5%以上，是电控系统里面成本占比最大的元器件。针对我国电动新能源汽车，经过我们测算，单车价值约为 273 美元，随着我国电动新能源汽车的蓬勃发展，以及大功率对 IGBT 的要求越来越高，将间接提高 IGBT 在整车的成本比重，不断拓宽 IGBT 成长空间。另外，我们预计 2022 年我国新能源汽车销量将突破 600 万辆，对应的 IGBT 市场规模为 16.38 亿美元，保守假设 2025 年中国汽车销量为 3000 万辆，新能源渗透率为 45%，销量约为 1350 万辆，按单车价值 281 美元来算，中国车规级 IGBT 市场规模将达到 38 亿美元，对应人民币市场约 260 亿，市场空间广阔。

2.2.2.新能源发电

IGBT 被广泛应用于光伏逆变器和风电变流器，主要是将光伏组件和风机发出的电压和一定频率的电能，经过交直转换为稳定电压和频率的电能馈入电网或接入家庭用户。而 IGBT 等功率器件是新能源发电逆变器实现逆变功能的核心，主要应用在 DC/DC 升压、DC/AC 逆变电路中，在中能源发电市场加速转型的背景下，光伏风电发展大有可为，是 IGBT 市场强劲的驱动力，增速将持续远超全球平均水平。

光伏方面：IGBT 是光伏逆变器核心零部件，充分受益于光伏发电蓬勃发展。我们保守预计，到 2025 年光伏发电 IGBT 市场规模将达到 22.1 亿元，CAGR 约为 13.35%，增速高于全球平均水平。（1）我们根据中国光伏行业协会测算，预计 2025 年全球和中国光伏新增装机量分别为 300GW 和 100GW；（2）至 2025 年，光伏逆变器装机成本约为 0.17 元/W，自 2021 年光伏逆变器成本每年下降 3%左右；（3）根据固德威招股说明书预测，预计 IGBT 占逆变器的成本占比维持在 13%，至 2025 年，每 GW 光伏装机量成本中 IGBT 约为 2200 万。风电方面：保守预计，到 2025 年风电发电 IGBT 市场规模将达到 11.28 亿元，CAGR 约为 12.88%，稳步增长，并且增速高于全球平均水平。（1）我们根据 GWEC 测算，预计 2025 年全球和中国风电新增装机量分别为 119.4GW 和 50.15GW；（2）至 2025 年，风电变流器机成本约为 1.5 亿元/GW(按 2022 前三季度年我国平均陆上风电电机组价格含塔筒的中标价格的 6%测算)，并维持不变；（3）我们将 IGBT 占风机变流器的成本占比维持在 15%，至 2025 年，平均每 GW 风电装机量中 IGBT 的成本约为 2250 万。

2.2.3.工业控制

工控产品市场主要以变频器以及伺服系统为主，伺服系统中，大、中、小型伺服系统占比分别为 45%，37%以及 18%。而变频器、大、中、小型伺服系统的 IGBT 价值量占比假设分别为 8%，3%，10%以及 8%。根据前瞻产业研究院的数据，预计中国变频器市场规模从 2020 年到 2025 年预计将增长至 883 亿元；中国伺服系统市场规模将从 2020 年的 149 亿元增长至 2025 年的 214 亿元。综上，保守预计 2025 年中国 IGBT 市场规模为 84.53 亿元， 2021 年至 2025 年 CARG 维持在 9.81%左右。

2.2.4.轨道交通

IGBT 是轨交牵引系统的核心零部件，产品主要以高压 IGBT 为主。轨交 IGBT 终端需求量与中国铁路投资额密切相关，高增速阶段分别对应了 2008 年的高铁大规模建设以及 2013 年的“四纵四横”高铁网建设。随着铁路固定投资趋稳，铁路计划调整变动不大，整体对 IGBT 需求量相对稳定。

2.2.5.白色家电

随着节能减排相关政策推行及消费升级下，我国变频家电渗透率将不断提高，IPM 是变频家电的关键器件，充分受益。我们保守预计 2021 年至 2025 年 CARG 维持在 8%左右， IPM 需求稳步增长。

2.3.中国 IGBT 市场需求总量

2021 年我国 IGBT 市场规模达 224 亿，是全球最大的 IGBT 需求市场，需求量约占全球四成，且需求占比有望持续提升。根据我们测算，预计 2025 年中国 IGBT 市场规模将达到 486 亿，CAGR 超 19%，整体维持较快增长，远超全球平均水平。其中，新能源领域需求增速最为显著，是我国 IGBT 市场空间发展的主要方向。

3.行业发展环境及政策

自 2018 年以来，美国对我国的科技企业和产业制裁不断升级，从一开始的征收电子器件高额关税到今年的《出口管制条例》，美国对中国输出的尖端技术封锁层层加码，中美脱钩风险与日俱增，通过国产替代实现产业链的自主可控已上升到国家战略。近年来，国家陆续出台一系列政府补贴和激励政策等措施，大力促进半导体行业发展，为行业 “自主、安全、可控”的产业链发展提供了充分的燃料。

4.IGBT 市场竞争格局

从全球市场竞争格局来看，欧美日厂商资金实力雄厚、技术水平领先、产业经验丰富，凭借先发优势抢占了全球功率半导体绝大多数的市场份额，并且一直保持较大的领先优势。国内厂商在全球竞争中不具备优势，所占市场份额较低。在国内市场竞争格局中，国际大厂仍占据绝大部分市场份额，国产化率低于 20%。得益于 IGBT 产品更新迭代缓慢，给予本土 IGBT 企业技术追赶时间，部分企业已实现技术突破，并快速抢占市场。根据 2021 年英飞凌财报显示，本土企业士兰微在全球 IGBT 单管及 IPM 市占率达到 3.5%、2.2%，均位列全球第八；斯达半导在全球 IGBT 模块市占率达 3.0%，位列全球第六。

4.1.IGBT 的壁垒

IGBT 行业有三大壁垒，分别是技术壁垒、品牌和市场壁垒、资金壁垒，核心体现就是芯片和模块的设计能力，产品的认证周期以及扩产能力。我们主要关注芯片和模块的设计能力以及产品的认证周期。

4.1.1.IGBT 的技术壁垒

IGBT 的技术环节主要包含了 IGBT 芯片以及模组的设计、制造和封装。在设计环节，由于 IGBT 芯片需要工作在大电流、高电压和高频率等的环境下，还要保证芯片的开通关断、抗短路能力和导通压降的均衡，对芯片的可靠性有着很高的要求，设计和参数的调整优化十分特殊复杂，因此 IGBT 芯片自主研发的门槛要求非常高，设计人员需要有非常多的行业 know how 的积累。在制造环节，由于芯片模块的集成度高，芯片本身的背面工艺难度高， Fabless 模式下需要与代工厂实现技术和工艺的深度磨合等因素要求，其制造环节同样有着较高的难度。

4.1.2.IGBT 的市场壁垒

IGBT 是下游应用产品的核心器件，IGBT 的产品性能、可靠性以及稳定性对下游产品的性能表现有着直接的影响。因此，客户在选择 IGBT 时往往会经过产品单体测试、整机测试、多次小批量试用等多个环节之后，才会做出大批量采购决策、采购决策周期较长，这也就导致客户在选择供应商时通常偏于保守，且有明显的跟随性，即下游客户往往跟随自己所在行业的行业龙头去选择 IGBT 供应商。一旦 IGBT 供应商获得了客户的认可，则双方将进行长时间的合作，在不发生产品质量问题以及供应链保障问题的情况下，由于替换成本高、风险大等因素，客户一般没有进行更改和替换的动力。

4.1.3.IGBT 的资金壁垒

IGBT 同样属于资金密集型行业，研发投入大，各环节的生产测试设备投入大，产能扩张是半导体重资产行业重要的决策之。一方面，需考虑扩建周期长短，是否能够顺应当前半导体产业所处周期阶段，确保产能释放时能够被充分消化；另一方面，IGBT 对技术稳定性及安全性要求较高，认证周期较长，前期需持续大量的研发投入，沉没成本较高，对行业玩家有着较强的资金要求。

首届“先进陶瓷在半导体与新能源领域应用高峰论坛”将定于2023年3月31日在苏州金陵雅都大酒店隆重举行。论坛内容将高度围绕第三代半导体材料；半导体设备（如光刻机、等离子刻蚀机、离子注入机、热处理炉、扩散炉、CVD设备）用精密陶瓷零部件；新能源汽车与风电用陶瓷轴承、绝缘陶瓷金属化、陶瓷传感器、半导体功率器件及封装；半导体新能源行业应用的纳米陶瓷粉体、高性能陶瓷制备新工艺、烧结新装备、材料新技术应用及产业链发展进行互动交流，诚邀参会！