IGBT技術(shù)現(xiàn)狀及未來主要的三個市場應(yīng)用前景分析

• 2018年10月9日 LiuDaiFeng來源：互聯(lián)網(wǎng) 1449 96
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IGBT技術(shù)現(xiàn)狀及未來主要的三個市場應(yīng)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(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。

IGBT器件應(yīng)用范圍愈發(fā)廣泛，涉及領(lǐng)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(shù)現(xiàn)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(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

IGBT是功率半導(dǎo)體器件第三次技術(shù)革命的代表性產(chǎn)品，具有高頻率、高電壓、大電流，易于開關(guān)等優(yōu)良性能，被業(yè)界譽為功率變流裝置的“CPU”，廣泛應(yīng)用于軌道交通、航空航天、船舶驅(qū)動、智能電網(wǎng)、新能源、交流變頻、風(fēng)力發(fā)電、電機傳動、汽車等強電控制等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。隨著以軌道交通為代表的新興市場興起，中國已經(jīng)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(lǐng)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(dǎo)體大廠，產(chǎn)品線齊全，無論是功率 IC 還是功率分離器件都具有領(lǐng)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(shù)量眾多，但很多廠商的核心業(yè)務(wù)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(lǐng)域，主要產(chǎn)品包括線性穩(wěn)壓器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC，脈寬調(diào)制集成電路)和功率MOSFET，從事前兩種 IC 產(chǎn)品開發(fā)的公司居多。總體來看，臺灣功率廠商的發(fā)展較快，技術(shù)方面和國際領(lǐng)先廠商的差距進一步縮小，產(chǎn)品主要應(yīng)用于計算機主板、顯卡、數(shù)碼產(chǎn)品和 LCD 等設(shè)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?qū)崿F(xiàn)6500V IGBT芯片本土產(chǎn)業(yè)化，為此，國內(nèi)企業(yè)每年需花費數(shù)億元從國外采購IGBT產(chǎn)品。

由于國外采購周期長達數(shù)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(nèi)動車、機車裝備在國際市場的競爭力。因此發(fā)展國內(nèi)的IGBT產(chǎn)業(yè)迫在眉睫。

伴隨著2014、2015年《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》和《中國制造2025》的發(fā)布，國家半導(dǎo)體產(chǎn)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(nèi)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模及數(shù)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(wǎng)、新能源汽車等國民經(jīng)濟支柱性行業(yè)紛紛提出關(guān)鍵功率器件國產(chǎn)化的需求，除去自行建廠研發(fā)之外，這些領(lǐng)域的應(yīng)用將為國內(nèi)功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展帶來新機遇。

從技術(shù)發(fā)展趨勢上來看，盡管與國際領(lǐng)先水平尚有差距，但發(fā)展勢頭強勁。高端超結(jié)MOS、TrenchIGBT、SGTMOS產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化依然是未來2年功率半導(dǎo)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(nèi)眾多企業(yè)開始進入研究階段。

IGBT未來主要的市場應(yīng)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(chǎn)的第一大國，風(fēng)力發(fā)電的累計裝機容量也是連續(xù)實現(xiàn)翻番。無論是太陽能電池還是風(fēng)力發(fā)電，其系統(tǒng)應(yīng)用都需要把直流電轉(zhuǎn)化為交流電，而承擔(dān)這一任務(wù)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(jīng)開始研究制定傳統(tǒng)燃油車停售的時間表。

2013~2016年，我國新能源車產(chǎn)量從2萬輛暴漲到50萬輛，根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)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(chǎn)能力達200萬輛，累計產(chǎn)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(dāng)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(yù)計未來5年，國內(nèi)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(lǐng)域：機器人的大量使用，是近年來制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)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(fù)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(shù)量的30%。IGBT在工業(yè)用機器人領(lǐng)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(chǎn)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(jīng)驗，與世界先進水平差距很大。同時IGBT都是關(guān)鍵設(shè)備上的核心部件，設(shè)備廠商更換國產(chǎn)產(chǎn)品風(fēng)險很大，這也是制約國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(shè)計公司做IGBT。國產(chǎn)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(shè)備等，另外，產(chǎn)業(yè)鏈標準仍然是國外制定，國產(chǎn)IGBT芯片參數(shù)及應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計調(diào)整、應(yīng)用的實踐和工藝上的難題。

因此，國產(chǎn)IGBT設(shè)計企業(yè)需要充分發(fā)揮上下游企業(yè)合作和“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合優(yōu)勢，提升我國IGBT領(lǐng)域的研發(fā)、制造、應(yīng)用水平，形成我國自主IGBT器件及裝置的發(fā)展和產(chǎn)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(dǎo)體器件第三次技術(shù)革命的代表性產(chǎn)品，它就像人的心臟，通過有效的開關(guān)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(jīng)濟的“核芯”，廣泛應(yīng)用于軌道交通、航空航天、船舶驅(qū)動、智能電網(wǎng)、電力電子、新能源汽車等領(lǐng)域。未來的應(yīng)用前景廣闊。預(yù)計2023年行業(yè)整體市場規(guī)模將達到超過330億元。

IGBT技術(shù)現(xiàn)狀及未來前景分析

圖表：2018-2023年IGBT行業(yè)市場規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

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