2022年中国功率半导体（IGBT）行业研究：新能源汽车+充电桩双轮驱动，拉动IGBT需求扶摇直上

研究目的 本报告为半导体系列篇，将对IGBT的类别、器件迭代、中国厂商现状、中外厂商对比，应用领域详解以及对中国IGBT新增市场规模做出预测。 此研究将会回答的关键问题： 研究区域范围：中国 ①IGBT行业特性 研究周期：2022年 ②中国IGBT技术对比 研究对象：中国IGBT厂商 ③中国IGBT部分领域规模预测 IGBT作为一种新型电力电子器件，是工业控制及自动化领域核心元器件，可根据工业装置中信号指令来调节电路中电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控目的，因此被称为电力电子行业里的“CPU”。 研究范畴 核心价值 IGBT（InsulatedGateBipolar）绝缘栅双极型晶体管，由金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）和双极结型晶体管（BJT）组成，IGBT综合了以上两种器件优点，驱动功率小而饱和压降低。 全球IGBT市场规模有望突破80亿美元。根据Yole数据，全球IGBT市场有望于2026年达84亿美元，其中工业应用与家电占比最大，合计51.19%，电动汽车与充电桩增速最快，2020-2026年CAGR超20%。 市场规模 英飞凌稳居IGBT榜首，中国厂商市占率合计低于10%。英飞凌多年稳居IGBT各细分类别榜首地位，2020年其IGBT各领域全球市场率超过30%，中国龙头斯达半导体、士兰微等进入全球前十，市占率合计不及10%。 竞争格局 IGBT工艺与设计难度形成较高行业壁垒。自80年代初至今，IGBT芯片技术处于技术更新迭代阶段，但实现技术的突破对工艺有较高要求，如薄片减薄后极易破碎，背面退火激活难等，皆导致IGBT迭代速度慢。 趋势洞察 历经七代，IGBT功率密度与开关频率逐代提高，导通压降下降，开关损耗降低，芯片尺寸更小。 名词解释 芯片：微电路、微芯片、集成电路，是指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分。 半导体分立器件：半导体晶体二极管、半导体三极管及半导体特殊器件。 封装测试：把初步生产出来的集成电路裸片放在一块起到承载作用的基板上，引出管脚后将其固定包装成为一个整体，然后检验元件的结构和电气功能，以保证半导体元件符合系统的需求的过程。 IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor的缩写，绝缘栅双极型晶体管，由双极结型晶体管（BJT）和金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件，是半导体器件的一种。 BJT：BipolarJunctionTransistor，双极结型晶体管，是一种电流控制的半导体分立器件。 MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，指金属氧化物场效应晶体管，是一种高频的半导体器件。 IPM：Intelligent PowerModule，智能功率模块，一种将功率开关器件和驱动电路等集成在一起的半导体模块，智能功率模块，一种将功率开关器。 VDMOS：Vertical Double-diffused MOSFET，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，MOSFET的一种。 SCR：SiliconControlledRectifier，可控硅整流器。 GTO：GateTurn-OffThyristor，可关断晶闸管，晶闸管的一种。 GTR：GiantTransistor，巨型晶体管，一种双极型大功率高反压晶体管。 导通压降：三极管和二极管导通时，两端的电压差。 擎住效应：一种电流失效现象。 离子注入：离子束射到固体材料以后，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中。 载流子：可以自由移动的带有电荷的物质微粒。 二极管：一种具有单向传导电流的电子器件。 快恢复二极管（FRD）：一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管。 三极管：晶体三极管，半导体基本元器件之一。 电磁兼容性：设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。 名词解释 频率：正弦交流电流在单位时间内作周期性循环变化的次数。 赫兹：交流电中频率的基本单位。 变频器：把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。 高压变频器：针对频器3kV至10kV等高电压环境下运行的电动机而开发的变频器。 DBC：DirectBondingCopper，由陶瓷绝缘体、铝氧化物或铝氮化物两面覆铜构成的一种导热绝缘板。 电焊机：将电能转换为焊接能量的焊机。 逆变焊机：一种新型的采用逆变技术的弧焊电源。 EMI：电子产品工作会对周边的其他电子产品造成干扰。 UPS：Uninterruptible PowerSystem，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。 逆变器：将直流电变为交流电的电源设备。 离子注入机：集成电路和部分半导体器件制造工序中的关键设备。 超声波焊接：超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。 研究报告|2022/11 半导体系列 Chapter 1 行业综述 定义属性 技术演进分类对比政策 C C D G G B E S E C E C E 属性：全控型电压驱动式功率半导体器件 功率半导体器件可根据是否可控及驱动方式进行分类，其中IGBT属于复合全控型电压驱动式功率半导体器件 图表：功率半导体器件分类 不可控型 半控型 是否可控 全控型 功率半导体器件分类 电流驱动 驱动方式 电压驱动 IGBT属于全控型功率半导体器件。功率半导体器件根据是否可控分为：不可控型、半控型、全控型。不可控器件是指不能通过控制信号控制其断通，典型器件是电力二极管，主要应用于低频整流电路；半控器件是指通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件，典型器件是晶闸管，又称可控硅，广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电路中，应用场景多为低频；全控器件是指通过控制信号既可控制导通，又可控制其关断的电力电子器件，典型器件为GTO、GTR、IGBT、MOSFET，广泛应用于工业、汽车、轨道牵引、家电等领域。 IGBT属于电压驱动型功率半导体器件。电压驱动是指通过在G、S极施加电压控制D、S内部通道宽窄（即通道可变）控制D、S两极电流，电压驱动输入阻抗高，故灵敏度高，但易受杂散电场干扰，典型器件是IGBT、MOSFET、SITH（静电感应晶闸管）等；电流驱动是指通过在B、E极施加电流控制C、E内部电流流动（即通道不变），电流控制输入控制信号要有一定强度，输入阻抗较低，典型器件是NPN、PNP型三极管等。 技术演进（1/2)：更高、更快、更强、体积更小 历经七代，IGBT功率密度与开关频率逐代提高，导通压降下降，开关损耗降低，芯片尺寸更小 图表：IGBT技术演进路线 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年中国功率半导体（IGBT）行业研究：新能源汽车+充电桩双轮驱动，拉动IGBT需求扶摇直上》 技术演进（2/2)：更高、更快、更强、体积更小 图表：IGBT技术演进路线 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年中国功率半导体（IGBT）行业研究：新能源汽车+充电桩双轮驱动，拉动IGBT需求扶摇直上》 有沟槽栅+场终止技术+工业标准TO-24封装，第八代IGBT蓄势待发。国际整流器1200V第8代IGBT采用IR最新一代有沟槽栅、场终止技术，工业标准TO-24封装，拥有同类最佳性能，适用于工业和节能型应用。 第8代技术提供软关断特性，适用于电机驱动应用，尽量减小dv/dt以降低EMI，和过电压，同时提高可靠性和耐用性。 分类：IGBT模块价值量最大，市占率超50% IGBT模块价值量最大，有利于企业快速提升产品规模。IGBT模块市占率为50%以上，IPM模块和IGBT单管市占率分别为28%、20% 图表：IGBT产品分类（按封装形式） IGBT单管 IGBT模块 IPM模块 按照封装形式划分，IGBT产品可以分为IGBT模块、IPM模块和IGBT单管。 IGBT模块即多个IGBT芯片并联集成封装在一起的模块，特点是外部电路简单，工作可靠，更适合高压和大电流连接；IPM模块即智能功率模块，集成栅极驱动电路+各保护电路的IGBT模块，增加外围电路，防止过高升温及高压冲击损害IGBT，其可靠性较高，使用简单，适合中小功率逆变器；IGBT单管封装模块较小，是体现IGBT制造商水平的核心技术，结构简单。 图表：IGBT产品分类（按电压） IGBT产品 低压IGBT≤1,200V 中压IGBT 1,200V-2,500V 高压IGBT≥2,500V 主要适用于低消耗的消费电子和太阳能逆变器领域 主要适用于新能源汽车、风力发电等领域 主要适用于高压大电流的高铁、动车、智能电网等领域 对比：IGBT攻守兼备，性价比之王实至名归 IGBT结合MOSFET与BJT优势，被各类下游市场广泛使用，是电力电子领域较为理想的开关器件，SiCMOSFET具备一定优势，但成本是IGBT1.78倍 图表：IGBT与BJT、MOSFET性能对比 IGBT攻守兼备综合性能优秀。IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管，它由绝缘栅型场效应管和双极型三极管两个部分组成，其兼具MOSFET输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快和BJT通态电流大、导通压降低、损耗小等优点，是功率半导体未来主要的发展方向之一。 图表：SideIGBT与SiCMOSFET对比 政策：政府全产业链政策支持面对美国恶意竞争 近年来随着美国在半导体领域恶意竞争，中国半导体国产替代势在必行；为加速半导体国产替代进程，政府不断出台半导体相关政策，从软件、材料、设备和税收等方面加大政策支持力度，加速国产替代进程 图表：美国对中国半导体限制及中国半导体行业相关政策 美国商务部工业与安全局宣布，将中芯国际等多家技术公司列入美国出口管制的“实体清单” 2020年12月 美国对中国半导体限制措施 美国扩大投资黑名单，将中芯国际、华为等59家中国企业列入“实体清单”美国发布《建立供应链弹性、振兴美国制造、促进广泛增长评估报告》，明确提出通过500亿美元专项投资，为美国的半导体制造和研发提供专项资金，加速半导体产业回流，以遏制中国半导体供应链发展 2021年5月 2021年6月 美国参议院投票通过《安全设备法案》，加强对华为、中兴限制 2021年10月 美国商务部将中国的GPU龙头景嘉微、亚成微等34家企业纳入“实体清单”； 2021年12月 限制中国台湾的半导体业务出售给中国大陆 美国通过《芯片与科学法案》，禁止获得资助的企业扩大在中国半导体领域的投资，禁止出售 14nm 以下的半导体设备出售给中国大陆企业 2022年7月 拟限制用于设计半导体3nmGAA所必需的EDA/ECAD软件出口至中国大陆企业，以减缓中国制造先进芯片的能力 2022年8月 美方试图通过限制国际资本对华在半导体产业的投资、贸易、生产制造等手段，试图卡住中方在5G、新能源汽车等高端制造领域的“脖子”；中方出台多项半导体利好政策，加速国产替代进程 政策文件 颁布主体 颁布时间 主要内容 政策属性 研究报告|2022/11 半导体系列 Chapter 2 产业链 上游中游下游 上游：基础资源提供商，国产替代率有待提升 IGBT上游是基础资源提供商如EDA软件、IP授权方、半导体设备及半导体材料等领域，上游主要玩家为欧美日厂商，国产化率偏低 图表：IGBT产业链上游详解 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年