IGBT行業(yè)深度報(bào)告

1、報(bào)告核心觀點(diǎn)2IGBT兼具M(jìn)OSFET輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡單、開關(guān)速度快和BJT通態(tài)電流大、導(dǎo)通壓降低、 損耗小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、新能源汽車、光伏風(fēng)電、變頻白電、智能電網(wǎng)以及軌道交通等領(lǐng)域。 隨著各個(gè)下游的快速發(fā)展，我們預(yù)計(jì)2025年中國IGBT市場空間將達(dá)到601億元，CAGR高達(dá)30 %。其中，增 速最快的細(xì)分市場是新能源汽車IGBT，預(yù)計(jì)2025年我國新能源汽車的IGBT需求將達(dá)到387億元，CAGR高達(dá)69%。從市場格局上來看，外資IGBT廠商業(yè)務(wù)起步較早，先發(fā)優(yōu)勢明顯，因此形成了當(dāng)前IGBT市場被德國、日本和美國企業(yè)壟斷的格局。目前全球IGBT前五大玩家為英

2、飛凌、三菱、富士電機(jī)、安森美和賽米控，其中英飛 凌在各個(gè)細(xì)分市場中都有較大的領(lǐng)先優(yōu)勢。與此同時(shí)，本土IGBT企業(yè)也在快速進(jìn)步，技術(shù)上逐漸實(shí)現(xiàn)對國外 領(lǐng)先企業(yè)的追趕，且在客戶服務(wù)方面更具優(yōu)勢，能快速響應(yīng)下游客戶的需求，并且產(chǎn)品價(jià)格上相比于外資也 有一定優(yōu)勢，有利于下游客戶的降本。在目前IGBT下游快速發(fā)展，行業(yè)供需持續(xù)緊張的階段，國產(chǎn)替代將迎 來機(jī)會(huì)，優(yōu)秀的本土IGBT企業(yè)有望在這一輪的行業(yè)快速發(fā)展中脫穎而出。碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的代表具有優(yōu)異的性能，基于其制成的功率器件相比于傳統(tǒng)的硅基器件具有耐 高壓、耐高溫、工作頻率高、能量損耗低等優(yōu)勢。在車載領(lǐng)域，目前各大主機(jī)廠為了提高補(bǔ)能速度紛紛布

3、局 800V高壓平臺(tái)，高壓平臺(tái)的到來將推動(dòng)碳化硅器件在車載領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是主驅(qū)逆變器中采用碳化硅模塊是電驅(qū)系統(tǒng)升級(jí)的核心。未來隨著碳化硅器件的持續(xù)降本，與硅基器件的價(jià)差將逐漸縮小，其在新能源汽車 電驅(qū)系統(tǒng)中的滲透率將持續(xù)提升?！就顿Y建議】目前下游新能源汽車和新能源發(fā)電等領(lǐng)域持續(xù)快速發(fā)展，IGBT行業(yè)持續(xù)維持高景氣度；此外國 內(nèi)IGBT廠商加速國產(chǎn)替代，快速切入下游主機(jī)廠供應(yīng)體系。推薦車規(guī)級(jí)IGBT模塊及碳化硅功率器件企業(yè)斯 達(dá)半導(dǎo)（603290.SH），建議關(guān)注時(shí)代電氣（688187.SH）和士蘭微（600460.SH）等相關(guān)上市公司。【風(fēng)險(xiǎn)提示】下游新能源汽車、新能源發(fā)電等行業(yè)的發(fā)展不及預(yù)

4、期；IGBT行業(yè)國產(chǎn)替代進(jìn)程不及預(yù)期；碳化 硅行業(yè)發(fā)展不及預(yù)期；行業(yè)競爭加劇。目錄IGBT：電力電子行業(yè)中的核心器件空間：新能源等驅(qū)動(dòng)IGBT需求持續(xù)增長格局：外資壟斷集中度高，國產(chǎn)替代持續(xù)加速 國內(nèi)車規(guī)級(jí)IGBT產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂硖蓟璧谌雽?dǎo)體功率器件大有可為投資建議及風(fēng)險(xiǎn)提示31. IGBT：電力電子行業(yè)中的核心器件4IGBT被稱為電力電子行業(yè)的“CPU”IGBT具有優(yōu)秀的綜合性能。IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管，它由絕緣柵型場效應(yīng)管和雙極型 三極管兩個(gè)部分組成，其兼具M(jìn)OSFET輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡單、開關(guān)速度快和 BJT通態(tài)電流大、導(dǎo)通壓降低、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，是功率半導(dǎo)體未來

5、主要的發(fā)展方向之一。圖1：適用于不同功率和頻率的功率半導(dǎo)體器件表1：IGBT與BJT、MOSFET性能比較BJTMOSFETIGBT驅(qū)動(dòng)方式電流電壓電壓驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜簡單簡單輸入阻抗低高高驅(qū)動(dòng)功率高低低開關(guān)速度慢（微秒）快（納秒）中等工作頻率低（100kHz）快（1MHz）中等安全工作區(qū)窄寬寬飽和電壓低高低5中國知網(wǎng)憑借優(yōu)異的性能，IGBT擁有廣泛的下游應(yīng)用IGBT憑借著高功率密度、驅(qū)動(dòng)電路簡單以及寬安全工作區(qū)等特點(diǎn)，成為了中大功率、中低頻率 電力電子設(shè)備的首選。在工作頻率低于105Hz的范圍內(nèi)，硅基IGBT是首選的功率半導(dǎo)體器件，其 功率范圍涵蓋幾千瓦至十兆瓦，典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制（變頻

6、器、逆變焊機(jī)、不間斷電源等）；新能源汽車（主電驅(qū)、OBC、空調(diào)、轉(zhuǎn)向等）；新能源發(fā)電（光伏逆變器、風(fēng)電變流器）； 變頻白電（IPM）；軌道交通（牽引變流器）；智能電網(wǎng)等。表2：IGBT下游主要應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域具體產(chǎn)品工業(yè)控制與節(jié)能 電機(jī)變頻器逆變焊機(jī)UPS電源新能源汽車及新 能源發(fā)電新能源汽車風(fēng)電變流器光伏逆變器變頻白電及其它 領(lǐng)域變頻家電軌道交通智能電網(wǎng)6公司公告，公司官網(wǎng)IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與MOS相同，由柵極電壓控制。導(dǎo)通：當(dāng)IGBT的柵極接到正電壓，在氧化層下面的P區(qū)建立反型導(dǎo)電溝道，為電子從發(fā)射極到N-區(qū)提供導(dǎo)電通路，此時(shí)IGBT導(dǎo)通。關(guān)斷：當(dāng)柵極電壓為零或者反

7、向時(shí)，MOS內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，此時(shí)IGBT 關(guān)斷。IGBT關(guān)斷有兩個(gè)階段，第一階段是關(guān)斷反型溝道，電流迅速下降，第二階段為晶體管關(guān) 斷，持續(xù)時(shí)間較長，導(dǎo)致IGBT存在拖尾電流。圖2：IGBT的分層模型及等效電路當(dāng)柵極接正電壓，氧化層 下面的P區(qū)將建立反型導(dǎo) 電溝道，IGBT導(dǎo)通。柵 極電壓為零或反向時(shí)，導(dǎo) 電溝道消失，IGBT關(guān)斷7中國知網(wǎng)，英飛凌IGBT的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)元胞：元胞是IGBT芯片的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其由三部分構(gòu)成，分別為正面MOS結(jié)構(gòu)、體結(jié)構(gòu)和背面集 電極。IGBT芯片：IGBT芯片是由幾萬個(gè)元胞組合而成，在制造工藝上采用大規(guī)模集成電路技術(shù)和功率半導(dǎo)體器件技術(shù)制造。IGB

8、T單管和IGBT模塊：IGBT單管是將單個(gè)IGBT芯片和FRD芯片采用一個(gè)分立式晶體管的形式 封裝在銅框架上。IGBT模塊是將多個(gè)IGBT芯片和FRD芯片通過特定的電路和橋路封裝而成，具中國知網(wǎng)，英飛凌，公司官網(wǎng)8IGBT元胞IGBT芯片IGBT單管/ 模塊有集成度高、可靠性高、散熱穩(wěn)定等特點(diǎn)。圖3：元胞芯片單管/模塊圖4：IGBT模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖FRD芯片IGBT芯片IGBT技術(shù)發(fā)展趨勢英飛凌9IGBT技術(shù)發(fā)展和迭代的方向：降低導(dǎo)通損耗；降低開關(guān)損耗；提高電流密度；提高阻斷電壓；減少半導(dǎo)體材料用量（即在電壓和電流等級(jí)一定的情況下，降低芯片厚度和減小芯片面積， 以此達(dá)到降本的目的）；提升結(jié)溫；擴(kuò)

9、展安全工作區(qū)。圖5：IGBT芯片面積和厚度逐年減小圖6：IGBT阻斷電壓等級(jí)逐年提升IGBT技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)描述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)平面柵采用的是平面柵極結(jié)構(gòu)最初始的柵極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平面形狀的柵極會(huì)形成JFET結(jié)構(gòu)，并且 發(fā)射極區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)較弱。高電壓等級(jí)一般采用平面柵結(jié)構(gòu)。溝槽柵柵極形狀由平面改成了溝 槽型當(dāng)IGBT開通時(shí)，P型發(fā)射區(qū)的反型溝道是垂直的，不存在JFET效應(yīng) 且發(fā)射區(qū)附近的電導(dǎo)調(diào)制效率很高。有利于降低總的比導(dǎo)通電阻并 提高電流密度。溝槽柵的優(yōu)勢在600V-1700V的中低壓范圍較為明 顯。此外，還能降低元胞尺寸，降低器件的單位成本。微溝槽柵采用高密度溝槽技術(shù)，將 溝槽間

10、距降到1微米-2微 米的范圍可以大幅度提高正向?qū)〞r(shí)的正面載流子濃度，降低正向?qū)▔航祻恼鏂艠O結(jié)構(gòu)上來看，其結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從平面柵向溝槽柵以及最新的微溝槽柵的演化，目前市場 主流的IGBT芯片以溝槽柵為主。柵極結(jié)構(gòu)從平面向溝槽的發(fā)展有利于提高電流密度、降低導(dǎo)通 壓降、降低元胞尺并降低制造成本。表3：IGBT柵極結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢10中國知網(wǎng)，英飛凌，IGBT技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)描述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)穿通型這種IGBT以高摻雜的P+為襯底，之 上是N+緩沖層，然后以N-基為外延， 最后通過擴(kuò)散和注入工藝構(gòu)造發(fā)射極 和柵極在外加電壓足夠強(qiáng)時(shí)，電場可以穿通整個(gè)N-基區(qū)，因 此命名為“穿通型”。PT I

11、GBT的是負(fù)溫度系數(shù)的，且 大多數(shù)情況下，在標(biāo)稱電流范圍內(nèi)，IGBT無法從負(fù)溫 度系數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎郎囟认禂?shù)，這樣就很難實(shí)現(xiàn)PT IGBT的 并聯(lián)使用。非穿通型NPT IGBT使用低摻雜的N-襯底作為 起始層，先在N-漂移區(qū)的正面做成 MOS結(jié)構(gòu)，然后用研磨減薄工藝從 背面減薄到 IGBT 電壓規(guī)格需要的厚 度，再從背面用離子注入工藝形成 P+ collector，而且不需要N型緩沖 區(qū)。電場不會(huì)穿通N型襯底，因此被稱為“非穿通”IGBT。 非穿通型IGBT直接采用薄片工藝，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。 且NPT IGBT基本表現(xiàn)為正溫度系數(shù)，有利于IGBT的并 聯(lián)使用。基于非穿通型器件的成熟，采用多芯片并聯(lián)

12、的 IGBT模塊技術(shù)得到快速發(fā)展。場截止型FS IGBT是在NPT IGBT的基礎(chǔ)上開 發(fā)的。其設(shè)計(jì)目的是為了盡可能的降 低IGBT的總損耗。由于增加了電場終止層，所以N-襯底可以做的更薄一 些，降低導(dǎo)通時(shí)的壓降。此外，F(xiàn)S IGBT同樣具有正溫 度系數(shù)。從體結(jié)構(gòu)上來看，其經(jīng)歷了從穿通型（PT，Punch Through）到非穿通型（NPT，Non-Punch Through）再到場截止型（FS，F(xiàn)ield Stop）三代的演化。表4：IGBT體結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢11中國知網(wǎng)，英飛凌，IGBT技術(shù)發(fā)展趨勢12公司公告序號(hào)以技術(shù)特點(diǎn)命名芯片面積（相對值）工藝線寬（微米）通態(tài)飽和壓降（伏）關(guān)斷時(shí)間（微

13、秒）功率損耗（相對值）斷態(tài)電壓（伏）出現(xiàn)時(shí)間1平面穿通型10053.00.5010060019882改進(jìn)的平面穿通型5652.80.307460019903溝槽型4032.00.2551120019924非穿通型3111.50.2539330019975電場截止型270.51.30.1933450020016溝槽型電場-截止型240.51.00.1529650020037精細(xì)溝槽柵場截止型200.30.80.122570002018通過不斷的技術(shù)迭代，IGBT芯片各項(xiàng)性能指標(biāo)不斷優(yōu)化。從最早的平面穿通型（PT）迭代至 2018年的精細(xì)溝槽柵場截止型，IGBT芯片的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如芯片面積、工藝線

14、寬、導(dǎo)通壓降、 關(guān)斷時(shí)間和功率損耗等均得到了不斷優(yōu)化。表5：IGBT芯片各項(xiàng)性能指標(biāo)隨著技術(shù)迭代逐代優(yōu)化最初代IGBTIGBT2IGBT3IGBT4IGBT5IGBT7芯片結(jié)構(gòu)示 意圖結(jié)構(gòu)特征平面柵+穿通平面柵+非穿通溝槽柵+場截止溝槽柵+場截止溝槽柵+場截止+表面覆銅微溝槽柵+場截止芯片說明最初代的IGBT芯 片，工藝復(fù)雜、 成本高。飽和壓 降呈負(fù)溫度系數(shù) 不利于并聯(lián)。目 前英飛凌已不再 使用該代芯片。截止時(shí)電場沒有 貫穿N-漂移區(qū)。 但要提高電壓阻 斷能力，需要電 阻率更高且更厚 的N-漂移層，將 增大器件損耗和 溫升。溝槽柵消除了JFET結(jié) 構(gòu)，提高了近表面載 流子濃度。增加N buff

15、er層以截止電場， 大大減小了N-漂移區(qū) 的厚度，此外還降低 了關(guān)斷拖尾電流及損 耗。是目前使用最廣泛的 IGBT芯片技術(shù)，整體 結(jié)構(gòu)與IGBT 3相同， 額外優(yōu)化了背面結(jié)構(gòu) 進(jìn)一步降低了損耗。 此外，工作結(jié)溫相比 IGBT 3也有所提升。該代芯片主要區(qū)別 在于表面覆銅（其 它芯片為鋁），因 此該芯片允許更高 的工作結(jié)溫和輸出 電流，同時(shí)該芯片 厚度進(jìn)一步減小。IGBT 7的溝道密度 更高，元胞間距經(jīng) 過精心設(shè)計(jì)，并且 優(yōu)化了寄生電容參 數(shù)。英飛凌IGBT芯片迭代歷程從最初的平面穿通型IGBT到微溝槽場截止IGBT，英飛凌的IGBT芯片技術(shù)引進(jìn)迭代到了第七代。（此處沒有列出僅有單管封裝產(chǎn)品的I

16、GBT芯片）表6：英飛凌IGBT芯片技術(shù)迭代歷程13中國知網(wǎng)，英飛凌2.空間：新能源等驅(qū)動(dòng)IGBT需求持續(xù)增長14全球IGBT市場規(guī)模已超過66億美元全球IGBT市場規(guī)模持續(xù)增長，目前已經(jīng)超過66億美元。根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Omdia的數(shù)據(jù)，全球IGBT市 場規(guī)模在過去近十年中保持持續(xù)增長，從2012年的32億美元增長至2020年的66億美元，八年間的 復(fù)合增長率在10%左右。全球范圍內(nèi)來看，工控和新能源汽車是IGBT需求占比最大的兩個(gè)下游領(lǐng)域。分下游需求來看（2017年數(shù)據(jù)），工控是IGBT目前最大的需求市場，需求占比達(dá)到37%；新能源汽車位居第二大 市場，需求占比為28%；其次是新能源發(fā)電和變頻白

17、電市場，兩者的需求占比分別為9%和8%。Omdia，Yole，公司公告15-10%0%10%20%30%40%50%302010070605040201220132014201520162017201820192020全球IGBT市場規(guī)模（億美元）YOY37%28%9%8%5%2%11%工控新能源汽車新能源發(fā)電變頻家電軌道交通電源其他圖7：全球IGBT市場規(guī)模圖8：2017年全球IGBT分下游需求占比中國IGBT市場規(guī)模占到全球近四成，且增速更快集邦咨詢，智研咨詢，公司公告160%5%10%15%20%030609012015020122013201420152016201720182019中

18、國IGBT市場規(guī)模（億元）YOY31%27%20%11%5%2%4%新能源汽車及相關(guān)設(shè)施變頻家電工業(yè)控制新能源發(fā)電智能電網(wǎng)軌道交通其他中國IGBT市場規(guī)模迅速增長，2019年已超過150億元。根據(jù)智研咨詢的數(shù)據(jù)，中國IGBT市場規(guī) 模增長迅速，從2012年的60億元增長至2019年的155億元，復(fù)合增速在15%左右，相比全球IGBT 市場規(guī)模的增速更高。中國已經(jīng)成為了全球IGBT市場的重要組成部分，從市場需求占比來看，以2019年的數(shù)據(jù)為例， 中國的IGBT市場規(guī)模已經(jīng)占到全球IGBT市場規(guī)模的38%左右。中國IGBT需求結(jié)構(gòu)：中國的IGBT需求結(jié)構(gòu)與全球市場略微有些不同（2018年數(shù)據(jù)），新

19、能源汽 車、變頻家電和工業(yè)控制是中國IGBT市場需求占比最高的三個(gè)下游，其占比分別為31%、27%和 20%，新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)和軌交的需求目前較低。圖9：中國IGBT市場規(guī)模圖10：2018年中國IGBT分下游需求占比18025%工控：IGBT需求基本盤，未來將實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增長IGBT是變頻器、逆變焊機(jī)、UPS電源和電磁感應(yīng)加熱等傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)的核心元器件。 以工控領(lǐng)域最常用的變頻器為例，變頻器是把固定電壓、固定頻率變換成電壓和頻率可變化的設(shè) 備，其通常由整流部分、濾波部分、逆變部分、制動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電路和檢測電路等組成。IGBT 通常應(yīng)用在變頻器中的逆變電路以及制動(dòng)電路中，其中以逆變電

20、路的應(yīng)用為主。變頻器依靠內(nèi)部 IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率。工控市場是IGBT下游需求的基本盤。根據(jù)集邦咨詢的數(shù)據(jù)，2019年全球工控IGBT市場規(guī)模約為140億元，是IGBT當(dāng)前最大的下游市場。全球工控IGBT市場規(guī)模后續(xù)預(yù)計(jì)將以低速保持穩(wěn)定增長，預(yù)計(jì)增速將保持在3%5%的區(qū)間。根據(jù)集邦咨詢的預(yù)測，預(yù)計(jì)到2025年全球工業(yè)控制IGBT市場規(guī)模將達(dá)到170億元。公司公告，集邦咨詢17圖11：變頻器電路原理圖12：全球工業(yè)控制IGBT市場規(guī)模預(yù)測IGBT的主 要應(yīng)用環(huán)節(jié)-3%0%3%6%9%12%030609012015018020192020E2021E2022E2023E2024

21、E2025E全球工業(yè)控制IGBT市場規(guī)模（億元）YOY工控：中國工控IGBT市場增速較全球市場更高集邦咨詢，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，國家統(tǒng)計(jì)局測算18根據(jù)集邦咨詢的數(shù)據(jù)，中國工業(yè)控制IGBT市場規(guī)模約為30多億元（2019年）。中國工控行業(yè)的發(fā)展，以變頻器和逆變焊機(jī)為例：中國變頻器市場規(guī)模從2016年的416億元增長 至2020年的541億元，復(fù)合增速在7%左右，且未來到2025年預(yù)計(jì)將保持10%左右的增長速度；中 國電焊機(jī)產(chǎn)量從2016年的677萬臺(tái)增長至2021年的1434萬臺(tái)，復(fù)合增速高達(dá)16%，后續(xù)隨著電焊 機(jī)產(chǎn)量的繼續(xù)增長以及逆變焊機(jī)滲透率的提升，逆變焊機(jī)的產(chǎn)量增速我們保守預(yù)計(jì)在10%左右。

22、綜上，我們保守預(yù)測中國工控IGBT市場規(guī)模增速保持在8%，高于全球工控IGBT市場增速。圖13：中國變頻器市場規(guī)模圖14：中國電焊機(jī)產(chǎn)量-40%-20%0%20%40%60%20112012201320142015201620172018201920202021中國電焊機(jī)產(chǎn)量（萬臺(tái)）YOY100020%1600140080015%120060010%10008004005%6002000%4002000-5%02012201320142015201620172018201920202021E2022E2023E2024E2025E中國變頻器行業(yè)市場規(guī)模（億元）YOY2020A2021A2022

23、E2023E2024E2025E中國工控IGBT市場規(guī)模（億元）38.0041.0444.3247.8751.7055.83YOY8.00%8.00%8.00%8.00%8.00%表7：中國工控IGBT市場規(guī)模測算新能源汽車：IGBT最重要的增量市場中國知網(wǎng)，公司公告19IGBT是新能源汽車中的核心元器件。IGBT在新能源汽車中得到了廣泛的應(yīng)用，對整車的性能有 著重要的影響。IGBT在新能源汽車中的主要應(yīng)用包括電機(jī)控制器、車載充電器（OBC）、車載 空調(diào)、以及為新能源汽車充電的直流充電樁中。圖15：IGBT在新能源汽車中的應(yīng)用應(yīng)用場景功能電機(jī)控制器主逆變器中，IGBT將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)

24、動(dòng)電機(jī)的交流電車載空調(diào)通過逆變器將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換成交流電后，驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行工作車載充電器（OBC）IGBT參與220V交流電轉(zhuǎn)換為直流并為高壓電池充電直流充電樁IGBT是充電模塊的關(guān)鍵組成部分，是充電過程中電力轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)暮诵钠骷?：IGBT在新能源汽車各部位的主要作用和功能新能源汽車：IGBT是電控核心器件中國知網(wǎng)20圖16：電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)原理圖主逆變器是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，它控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。主逆變器的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡量減少損耗并提 升熱效率，車輛的續(xù)航能力和續(xù)航里程與主逆變器的效率高低有著直接的關(guān)系。整車控制器通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）的方式控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，一方面將

25、動(dòng)力電池的直 流電轉(zhuǎn)換成交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；另一方面，也可以將汽車剎車或者下坡時(shí)回收的交流電轉(zhuǎn)換成 直流電，向動(dòng)力電池充電。由六個(gè)IGBT和FRD 組成的三相橋逆變 電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)新能源汽車：電動(dòng)化推動(dòng)功率半導(dǎo)體量價(jià)齊升新能源汽車銷量的快速增長為IGBT帶來了新增需求。我國新能源汽車在過去的幾年里實(shí)現(xiàn)了銷 量的快速增長，根據(jù)乘聯(lián)會(huì)的數(shù)據(jù)，我國新能源乘用車銷量從2015年的17.5萬輛增長至2021年的 329.1萬輛，復(fù)合增速高達(dá)63.1%，特別是2021年在新能源乘用車已經(jīng)有著較大的銷售規(guī)模的基礎(chǔ) 上實(shí)現(xiàn)了181%的銷量增長。汽車電動(dòng)化提升了功率半導(dǎo)體的單車價(jià)值量。根據(jù)Strategy Ana

26、lytics的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年傳統(tǒng)燃 油車中功率半導(dǎo)體的價(jià)值量僅為71美元，價(jià)值量較低；而混合動(dòng)力汽車中功率半導(dǎo)體的價(jià)值量提 升至425美元，是傳統(tǒng)燃油車的6倍；純電動(dòng)汽車中的功率半導(dǎo)體價(jià)值量提升至387美元，是傳統(tǒng) 燃油車的5.5倍。乘聯(lián)會(huì)， Strategy Analytics21714253870100200300400純電動(dòng)汽車傳統(tǒng)燃油汽車混合動(dòng)力汽車功率半導(dǎo)體價(jià)值量（美元）0%50%100%150%200%250%5001005003503002502001502015201620172018201920202021中國新能源乘用車銷量(萬輛)YOY圖18：汽車電動(dòng)化推動(dòng)功率半導(dǎo)

27、體單車價(jià)值量大幅提升（2019年數(shù)據(jù)）圖17：新能源汽車銷量快速增長新能源汽車：銷量提升帶動(dòng)IGBT需求快速增長國際汽車制造商協(xié)會(huì)，中汽協(xié)，英飛凌測算22我們對全球和中國的新能源汽車IGBT市場規(guī)模進(jìn)行了測算，結(jié)果如下：核心假設(shè)：（1）全球和中國的汽車市場保持低速穩(wěn)定增長，增速分別為2%和3%；（2）全球和 中國的新能源汽車滲透率在2025年分別達(dá)到40%和59%；（3）根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)，新能源汽車 IGBT單車價(jià)值量在300美元上下，且后續(xù)隨著新能源汽車性能提升及銷量結(jié)構(gòu)改善，IGBT單車 價(jià)值量持續(xù)提升。測算結(jié)果：至2025年，全球新能源汽車IGBT市場規(guī)模將達(dá)到116億美元，是2021年

28、的5倍以上； 中國新能源汽車IGBT市場規(guī)模將達(dá)到387億元，同樣為2021年的5倍以上。表9：全球和中國新能源汽車IGBT市場規(guī)模測算2020A2021A2022E2023E2024E2025E全球汽車銷量（萬輛）7797.128105.008267.108432.448601.098773.11YOY3.95%2.00%2.00%2.00%2.00%全球新能源汽車滲透率4.16%8.02%14.08%23.47%32.71%39.78%全球新能源汽車銷量（萬輛）324.00650.001163.721979.142813.723489.58YOY100.62%79.03%70.07%42.

29、17%24.02%IGBT單車價(jià)值量（美元）300.00306.00312.00318.00325.00331.00全球新能源汽車IGBT市場空間（億美元）9.7219.8936.3162.9491.45115.51YOY104.63%82.54%73.34%45.30%26.31%中國汽車銷量（萬輛）2531.102627.502706.332787.512871.142957.27YOY3.81%3.00%3.00%3.00%3.00%中國新能源汽車滲透率5.40%13.40%21.50%35.50%49.00%59.00%中國新能源汽車銷量（萬輛）136.73352.05581.8698

30、9.571406.861744.79YOY157.48%65.28%70.07%42.17%24.02%IGBT單車價(jià)值量（美元）300.00306.00312.00318.00325.00331.00中國新能源汽車IGBT市場空間（億美元）4.1010.7718.1531.4745.7257.75中國新能源汽車IGBT市場空間（億元）27.4872.18121.63210.84306.34386.94YOY162.63%68.52%73.34%45.30%26.31%新能源發(fā)電：IGBT廣泛應(yīng)用在光伏和風(fēng)電行業(yè)英飛凌，23圖20：風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過程光伏發(fā)電需要通過光伏逆變器后并入電網(wǎng)，IGBT

31、是光伏逆變器的核心部件。光伏逆變器是太陽 能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是將光伏發(fā)電所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)電能質(zhì) 量要求的交流電，IGBT則是光伏逆變器的核心部件。風(fēng)力發(fā)電需通過風(fēng)電變流器后并網(wǎng)，IGBT同樣是風(fēng)電變流器的核心部件。風(fēng)電變流器的功能是 將風(fēng)電機(jī)組在自然風(fēng)作用下產(chǎn)生的電壓頻率、幅值不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)換為頻率、幅值穩(wěn)定，符合電網(wǎng)要求的電能，風(fēng)電變流器的功能實(shí)現(xiàn)同樣需用到IGBT.圖19：光伏發(fā)電并網(wǎng)過程IGBT的應(yīng) 用環(huán)節(jié)IGBT的應(yīng) 用環(huán)節(jié)新能源發(fā)電：雙碳政策下光伏風(fēng)電發(fā)展大有可為國務(wù)院，發(fā)改委，能源局，彭博242020年9月，中國提出將在2030年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，20

32、60年實(shí)現(xiàn)“碳中和”；2021年9月，中共中 央、國務(wù)院印發(fā)關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見，提出到 2030年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上；2022年1月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃，其中明確提出要 加快發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電；彭博新能源財(cái)經(jīng)也曾預(yù)測，中國能源市場在加速轉(zhuǎn)型的情景下，到2050年中國92%的電能由光伏 和風(fēng)電為主的零碳電源提供。圖21：彭博預(yù)測的加速轉(zhuǎn)型情景下的中國發(fā)電結(jié)構(gòu)新能源發(fā)電：2025年全球光伏IGBT市場達(dá)85億元IEA，國家能源局，公司公告，測算25我們對全球和中國

33、的光伏發(fā)電領(lǐng)域IGBT的市場規(guī)模進(jìn)行了測算，結(jié)果如下：核心假設(shè)：（1）全球新增光伏裝機(jī)量和中國新增光伏裝機(jī)量到2025年分別持續(xù)增長至388GW和 134GW；（2）光伏組件和光伏逆變器的容配比為1.2；（3）光伏逆變器單瓦價(jià)格從2020年的0.2 元，持續(xù)降低至2025年的0.18元；（4）IGBT占光伏逆變器總成本的比例為15%。測算結(jié)果：根據(jù)我們的測算，全球光伏逆變器用IGBT的市場規(guī)模將從2020年的35億元持續(xù)增長 至2025年的85億元；中國光伏逆變器用IGBT市場規(guī)模將從2020年的12億元持續(xù)增長至2025年的 29億元。表10：全球和中國光伏領(lǐng)域IGBT市場規(guī)模測算2020A

34、2021A2022E2023E2024E2025E全球新增光伏裝機(jī)量（GW）139.40181.24231.64304.59347.80387.70YOY30.01%27.81%31.49%14.18%11.47%中國新增光伏裝機(jī)量（GW）48.2054.9384.29104.28121.47134.23YOY13.96%53.44%23.73%16.48%10.50%容配比1.201.201.201.201.201.20全球光伏逆變器需求量（GW）116.17151.03193.04253.83289.83323.08中國光伏逆變器需求量（GW）40.1745.7870.2486.90101

35、.23111.86光伏逆變器單瓦價(jià)格（元/W）0.200.200.190.190.180.18IGBT占光伏逆變器成本比例15.00%15.00%15.00%15.00%15.00%15.00%全球光伏逆變器用IGBT市場規(guī)模（億元）34.8544.1855.0270.4478.2584.81YOY26.76%24.54%28.03%11.10%8.38%中國光伏逆變器用IGBT市場規(guī)模（億元）12.0513.3920.0224.1227.3329.36YOY11.11%49.51%20.47%13.33%7.43%新能源發(fā)電：風(fēng)電領(lǐng)域IGBT需求同樣將穩(wěn)定增長GWEC，國家能源局，公司公告，

36、測算26我們對全球和中國的風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域IGBT的市場規(guī)模進(jìn)行了測算，結(jié)果如下：核心假設(shè)：（1）全球風(fēng)電新增裝機(jī)規(guī)模到2025年達(dá)到146GW，中國風(fēng)電新增裝機(jī)規(guī)模到2025年達(dá)到78GW；（2）風(fēng)電變流器單瓦價(jià)格為0.1元；（3）IGBT占風(fēng)電變流器成本的比例為15%。測算結(jié)果：根據(jù)我們的測算，全球風(fēng)電變流器用IGBT的市場規(guī)模將從2021年的14億元持續(xù)增長 至2025年的22億元；中國風(fēng)電變流器用IGBT市場規(guī)模將從2021年的7億元持續(xù)增長至2025年的12 億元。表11：全球和中國風(fēng)電領(lǐng)域IGBT市場規(guī)模測算2020A2021A2022E2023E2024E2025E全球新增風(fēng)電裝機(jī)量

37、（GW）114.0090.62106.91124.61136.64146.24YOY-20.51%17.98%16.55%9.65%7.03%中國新增風(fēng)電裝機(jī)量（GW）71.6747.5759.5267.9573.0577.55YOY-33.63%25.12%14.15%7.51%6.17%全球風(fēng)電變流器需求量（GW）114.0090.62106.91124.61136.64146.24中國風(fēng)電變流器需求量（GW）71.6747.5759.5267.9573.0577.55風(fēng)電變流器單瓦價(jià)格（元/W）0.100.100.100.100.100.10IGBT占風(fēng)電變流器成本比例15.00%15.

38、00%15.00%15.00%15.00%15.00%全球風(fēng)電變流器用IGBT市場規(guī)模（億元）17.1013.5916.0418.6920.5021.94YOY-20.51%17.98%16.55%9.65%7.03%中國風(fēng)電變流器用IGBT市場規(guī)模（億元）10.757.148.9310.1910.9611.63YOY-33.63%25.12%14.15%7.51%6.17%80%70%60%50%40%30%20%10%0%201620172018201920202021變頻空調(diào)滲透率變頻冰箱滲透率變頻洗衣機(jī)滲透率變頻白電：變頻家電也是IGBT重要的應(yīng)用領(lǐng)域英飛凌，產(chǎn)業(yè)在線，27IGBT與驅(qū)

39、動(dòng)電路、保護(hù)電路集成為IPM模塊應(yīng)用在變頻白電中。功率變換模塊是變頻家電實(shí)現(xiàn) 變頻的關(guān)鍵部件，通常使用智能功率模塊（IPM）。我國變頻白電的滲透率正不斷提升。我國三大白電銷量近年來穩(wěn)定在3億上下，且隨著節(jié)能減排 要求的提高，我國白電的變頻化率正不斷提升，根據(jù)產(chǎn)業(yè)在線的數(shù)據(jù)，2021年空調(diào)、冰箱和洗衣 機(jī)的變頻化率分別達(dá)到68%、34%和46%，未來還將進(jìn)一步提升。圖22：英飛凌變頻冰箱解決方案采用了IPM模塊圖23：我國白電銷量及其變頻滲透率35,00030,00025,00020,00015,00010,0005,0000201620172018201920202021空調(diào)銷量（萬臺(tái)） 冰箱

40、銷量（萬臺(tái)） 洗衣機(jī)銷量（萬臺(tái)）IPM模塊和IGBT單管變頻白電：變頻白電IGBT需求2025年將達(dá)90億元公司公告，產(chǎn)業(yè)在線，測算282020A2021A2022E2023E2024E2025E空調(diào)銷量（萬臺(tái)）14146.4015260.0016023.0016824.1517665.3618548.63YOY-6.08%7.87%5.00%5.00%5.00%5.00%變頻空調(diào)銷量（萬臺(tái)）7485.4010447.0012818.4014300.5315722.1717064.74變頻空調(diào)滲透率52.91%68.46%80.00%85.00%89.00%92.00%變頻空調(diào)單機(jī)IPM模塊數(shù)

41、量（個(gè)）2.002.002.002.002.002.00變頻空調(diào)IPM模塊需求（萬個(gè)）14970.8020894.0025636.8028601.0631444.3434129.47冰箱銷量（萬臺(tái)）8446.908643.008815.868992.189172.029355.46YOY9.17%2.32%2.00%2.00%2.00%2.00%變頻冰箱銷量（萬臺(tái)）2506.602943.003350.033776.714219.134677.73變頻冰箱滲透率29.67%34.05%38.00%42.00%46.00%50.00%變頻冰箱單機(jī)IPM模塊數(shù)量（個(gè)）1.001.001.001.0

42、01.001.00變頻冰箱IPM模塊需求（萬個(gè)）2506.602943.003350.033776.714219.134677.73洗衣機(jī)銷量（萬臺(tái)）6323.506817.006953.347092.417234.257378.94YOY-4.59%7.80%2.00%2.00%2.00%2.00%變頻洗衣機(jī)銷量（萬臺(tái)）2626.973145.003476.673758.984051.184353.57變頻洗衣機(jī)滲透率41.54%46.13%50.00%53.00%56.00%59.00%變頻洗衣機(jī)單機(jī)IPM模塊數(shù)量（個(gè)）1.001.001.001.001.001.00變頻洗衣機(jī)IPM模塊需

43、求（萬個(gè)）2626.973145.003476.673758.984051.184353.57變頻白電IPM模塊需求（萬個(gè)）20104.3726982.0032463.5036136.7539714.6543160.78YOY10.50%34.21%20.32%11.32%9.90%8.68%變頻白電IPM單價(jià)（元）23.0022.5422.0921.6521.2120.79YOY-2.00%-2.00%-2.00%-2.00%-2.00%中國變頻白電用IPM模塊市場規(guī)模（億元）46.2460.8271.7178.2384.2589.73核心假設(shè)：（1）空冰洗銷量增速分別為5%、2%和2%；（

44、2）節(jié)能減排促進(jìn)空冰洗的變頻化率持 續(xù)提升；（3）一般空調(diào)IPM模塊數(shù)量為兩個(gè)，冰洗IPM模塊數(shù)量為一個(gè)；（4）變頻白電IPM模 塊價(jià)格在20元-25元，且價(jià)格每年2%遞減。表12：中國變頻白電領(lǐng)域IGBT市場規(guī)模測算軌道交通：IGBT是軌道交通牽引中的核心器件西南交通大學(xué)，中國鐵道科學(xué)研究院，29交流傳動(dòng)技術(shù)是現(xiàn)代軌道交通牽引傳動(dòng)的主流選擇和核心技術(shù)。交流傳動(dòng)原理：車輛經(jīng)受電弓從 接觸網(wǎng)獲得單相交流高壓電，輸送給車載牽引變壓器進(jìn)行降壓，然后通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電， 再由逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成調(diào)頻調(diào)壓的三相交流電，最后輸送給交流牽引電機(jī)，整個(gè)過程包含了 交-直-交的變化。交流傳動(dòng)優(yōu)勢：（1）良好

45、的牽引和制動(dòng)性能；（2）功率因數(shù)高，諧波干擾?。唬?）電機(jī)功率大、體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)行可靠性高；（4）動(dòng)態(tài)性能和粘著利用好。牽引變流器是交流傳動(dòng)技術(shù)的關(guān)鍵部件。牽引變流器由整流器、中間直流電路和逆變器三部分組 成，在交流傳動(dòng)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)交-直-交轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，滿足列車牽引與運(yùn)行控制的要求。IGBT是牽引變流器最核心的器件之一。IGBT作為牽引變流器的主型開關(guān)器件，是牽引變流器中最核心的器件之一。圖24：軌道交通交流傳動(dòng)系統(tǒng)原理IGBT的應(yīng) 用環(huán)節(jié)軌道交通：中國軌交IGBT市場將保持相對穩(wěn)定國家統(tǒng)計(jì)局，國家鐵路局，住建部，鐵道科學(xué)研究院，測算30我們對中國軌道交通領(lǐng)域IGBT的市場規(guī)模進(jìn)行

46、了測算，結(jié)果如下：核心假設(shè)：（1）根據(jù)“十四五規(guī)劃”，2025年我國高鐵里程達(dá)到5萬公里，城市軌交里程達(dá)到 1.3萬公里；（2）動(dòng)車組密度緩慢增加，軌交車輛密度保持相對穩(wěn)定；（3）根據(jù)鐵科院數(shù)據(jù)， 假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)組動(dòng)車組IGBT數(shù)量為120個(gè)，單列城市軌交列車IGBT數(shù)量為50個(gè)；（4）動(dòng)車組用IGBT 價(jià)格為0.9萬元/個(gè)，城市軌交車輛用IGBT價(jià)格為0.65萬元/個(gè)。測算結(jié)果：根據(jù)我們的測算，中國軌道交通領(lǐng)域IGBT的市場規(guī)模后續(xù)將保持相對穩(wěn)定，整體市 場空間保持在5.5億元至6.5億元之間。表13：中國軌道交通領(lǐng)域IGBT市場規(guī)模測算2020A2021A2022E2023E2024E2025E

47、中國高鐵營業(yè)里程（公里）37929.0140204.7542617.0345174.0547884.4950757.56YOY7.18%6.00%6.00%6.00%6.00%6.00%中國動(dòng)車組保有量（標(biāo)準(zhǔn)組）391842624560487952195583動(dòng)車組密度（標(biāo)準(zhǔn)組/百公里）10.3310.6010.7010.8010.9011.00當(dāng)年新增動(dòng)車組（標(biāo)準(zhǔn)組）253344298319341364單標(biāo)準(zhǔn)組動(dòng)車組IGBT數(shù)量（個(gè)）120120120120120120動(dòng)車組用IGBT單價(jià)（萬元/個(gè)）0.900.900.900.900.900.90中國高鐵用IGBT市場規(guī)模（億元）2.733

48、.713.223.443.683.93中國城市軌道交通運(yùn)營里程（公里）7597.948585.679701.8110866.0312061.2913267.42YOY25.40%13.00%13.00%12.00%11.00%10.00%城市軌道交通運(yùn)營車輛（輛）396034378749479554176151367664運(yùn)營車輛密度（輛/公里）5.215.105.105.105.105.10當(dāng)年新增運(yùn)營車輛（輛）893541845692593860966151單列城市軌交車輛車廂數(shù)量（輛）777777單列城市軌交車輛的IGBT數(shù)量（個(gè)）505050505050城市軌交用IGBT單價(jià)（萬元/個(gè)

49、）0.650.650.650.650.650.65中國城市軌交用IGBT市場規(guī)模（億元）4.151.942.642.762.832.86中國軌道交通用IGBT市場規(guī)模（億元）6.885.655.866.206.516.79需求匯總：中國IGBT市場規(guī)模2025年將超600億元數(shù)據(jù)來源：東吳證券研究所測算312020A2021A2022E2023E2024E2025ECAGR工業(yè)控制38.0041.0444.3247.8751.7055.838.00%YOY8.00%8.00%8.00%8.00%8.00%新能源汽車27.4872.18121.63210.84306.34386.9469.71%

50、YOY162.63%68.52%73.34%45.30%26.31%新能源發(fā)電22.8020.5228.9534.3138.2941.0012.45%YOY-9.98%41.03%18.52%11.60%7.07%變頻白電46.2460.8271.7178.2384.2589.7314.18%YOY31.53%17.91%9.09%7.70%6.50%軌道交通6.885.655.866.206.516.79-0.28%YOY-17.82%3.72%5.71%4.99%4.26%其他18.0018.5419.1019.6720.2620.873.00%YOY3.00%3.00%3.00%3.00

51、%3.00%合計(jì)159.40218.75291.57397.11507.35601.1630.41%YOY37.23%33.29%36.20%27.76%18.49%市場規(guī)?？偭浚焊鶕?jù)我們的測算，中國IGBT市場規(guī)模在2021至2025年間將保持持續(xù)增長的態(tài)勢， 預(yù)計(jì)到2025年中國IGBT市場規(guī)模總量將達(dá)到601億元，復(fù)合增速高達(dá)30%。下游需求結(jié)構(gòu)：（1）工控IGBT市場將保持穩(wěn)定的增長，復(fù)合增速在8%左右；（2）新能源汽車 IGBT是IGBT最具成長性的細(xì)分市場，其市場規(guī)模將從2020年28億元增長至2025年的387億元， CAGR高達(dá)69.71%，是IGBT市場規(guī)模增長的最強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力，

52、2025年新能源IGBT需求將占到IGBT總 需求的65%；（3）新能源發(fā)電IGBT市場規(guī)模在2025年將達(dá)到41億元，CAGR為12.5%，也是驅(qū)動(dòng) IGBT需求增長的重要細(xì)分市場；（4）變頻白電IGBT市場規(guī)模隨著白電變頻化率的提高同樣將 持續(xù)增長，CAGR在14%左右；（5）軌交市場整體發(fā)展較為平穩(wěn)，因此軌交IGBT需求也將保持 相對穩(wěn)定的狀態(tài)。表14：中國IGBT市場規(guī)模測算3.格局：外資壟斷集中度高，國產(chǎn)替代持續(xù)加速32IGBT行業(yè)擁有很高的進(jìn)入壁壘公司公告，33行業(yè)壁壘具體表現(xiàn)技術(shù)壁壘IGBT行業(yè)的核心技術(shù)包括IGBT芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，IGBT模塊的設(shè)計(jì)、制造和測試。由于IGBT是

53、下游產(chǎn)品的 核心器件，且需要工作在大電流、高電壓和高溫等環(huán)境下，因此不管是在芯片設(shè)計(jì)、芯片制造以及模組封裝 等環(huán)節(jié)都有非常高的技術(shù)要求和工藝要求。市場壁壘IGBT是下游應(yīng)用產(chǎn)品的核心器件，IGBT的產(chǎn)品性能、可靠性以及穩(wěn)定性對下游產(chǎn)品的性能表現(xiàn)有著直接的影 響。因此，客戶在導(dǎo)入IGBT時(shí)的驗(yàn)證測試周期長，替換成本高，客戶在選擇IGBT時(shí)通常較為保守謹(jǐn)慎。資金壁壘IGBT同樣屬于資金密集型行業(yè)，研發(fā)投入大，各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)測試設(shè)備投入大。且從研發(fā)立項(xiàng)到實(shí)現(xiàn)客戶大批量銷售需要較長時(shí)間，對行業(yè)玩家有著較強(qiáng)的資金要求。從行業(yè)進(jìn)入的角度來看，IGBT行業(yè)的進(jìn)入門檻非常高。整體來看，IGBT行業(yè)的進(jìn)入壁壘有三

54、個(gè) 方面，分別為技術(shù)壁壘、市場壁壘以及資金壁壘，這里我們主要關(guān)注前面兩者。技術(shù)壁壘：IGBT的技術(shù)環(huán)節(jié)包含了IGBT芯片的設(shè)計(jì)和制造以及模組的設(shè)計(jì)和制造。（1）IGBT 芯片需要工作在大電流、高電壓和高頻率的環(huán)境下，對芯片的可靠性有著很高的要求；同時(shí)芯片 設(shè)計(jì)還要保證開通關(guān)斷、抗短路能力和導(dǎo)通壓降的均衡。因此IGBT芯片自主研發(fā)的要求非常高， 設(shè)計(jì)和參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化十分特殊復(fù)雜，有著非常多的行業(yè)know how的積累。（2）IGBT芯片的制 造環(huán)節(jié)同樣有著較高的難度，一方面IGBT芯片本身的背面工藝難度較高，另一方面IDM模式自 建產(chǎn)能需要非常大的資金投入，而Fabless模式下需要與代工廠實(shí)現(xiàn)

55、技術(shù)和工藝的深度磨合。（3） 模塊方面，由于模塊的集成度高，且工作在大電流、高電壓、高溫等惡劣環(huán)境下，因此在模塊設(shè) 計(jì)和制造工藝實(shí)現(xiàn)上須同時(shí)考慮絕緣、耐壓、散熱和電磁干擾等諸多因素。要實(shí)現(xiàn)IGBT模塊產(chǎn) 品的高可靠性、穩(wěn)定性和一致性同樣需要長時(shí)間的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累。市場壁壘：IGBT是下游應(yīng)用產(chǎn)品的核心器件，IGBT的產(chǎn)品性能、可靠性以及穩(wěn)定性對下游產(chǎn)品 的性能表現(xiàn)有著直接的影響。因此，客戶在導(dǎo)入IGBT時(shí)的驗(yàn)證測試周期長，替換成本高。因此 客戶在選擇IGBT時(shí)通常較為保守謹(jǐn)慎，且一旦在選定后去做更改和替換的意愿都不強(qiáng)。表15：IGBT行業(yè)擁有非常高的進(jìn)入壁壘技術(shù)壁壘（1） ：芯片設(shè)計(jì)要求大電流密

56、度、低損耗、耐高溫高壓技術(shù)原理示意圖技術(shù)優(yōu)勢技術(shù)不足典型應(yīng)用案例及 產(chǎn)品溝槽柵技術(shù)提高增強(qiáng)注入效應(yīng)消除了結(jié)型場效應(yīng)管區(qū) 域，具有元胞緊湊和通 態(tài)壓降小的特點(diǎn)，可以 實(shí)現(xiàn)更大的電流密度需考慮窄臺(tái)面寬度對 器件短路能力的影響 且對制造工藝要求高英飛凌 HybridPACK Drive屏蔽柵技術(shù)通過減小柵極與 集電極的正對面 積降低密勒電容減小密勒電容，降低開通損耗太小的密勒電容對造 成反向恢復(fù)時(shí)過大的 dV/dt，引起EMI問 題日立車規(guī)級(jí)模塊MBB400TX12AIGBT芯片設(shè)計(jì)需滿足大電流密度、低功率損耗、耐高溫高壓等技術(shù)要求，特別是車規(guī)級(jí)IGBT芯 片的要求將會(huì)更高。目前，在大電流密度、低功

57、率損耗方面的芯片技術(shù)主要有：溝槽柵技術(shù)、屏蔽柵技術(shù)、載流子存儲(chǔ)層技術(shù)、超級(jí)結(jié)技術(shù)和逆導(dǎo)IGBT等技術(shù)。表16：IGBT芯片大電流密度、低功率損耗技術(shù)34中國知網(wǎng)，技術(shù)壁壘（1） ：芯片設(shè)計(jì)要求大電流密度、低損耗、耐高溫高壓技術(shù)原理示意圖技術(shù)優(yōu)勢技術(shù)不足典型應(yīng)用案例及 產(chǎn)品載流子存儲(chǔ) 層技術(shù)提高增強(qiáng)注入效 應(yīng)，通過添加載 流子存儲(chǔ)層（CS layer）阻止空穴 進(jìn)入P基區(qū)，以提 高近發(fā)射極處的 空穴濃度實(shí)現(xiàn)通態(tài)壓降的降低需考慮對各元胞 Vge（th）一致性的影響三菱J1系列模塊超級(jí)結(jié)技術(shù)超級(jí)結(jié)技術(shù)進(jìn)一步降低芯片的損耗目前正處于研究階段暫無逆導(dǎo)技術(shù)同一芯片上集成 IGBT和FWD減小芯片面積使封裝

58、更 方便，同時(shí)節(jié)省了焊接 芯片和鍵合綁定線的成 本，散熱面積更大，允 許更高的工作結(jié)溫存在電壓回跳現(xiàn)象， 且由于反向恢復(fù)特性 差和成品率較低等因 素目前未還廣泛應(yīng)用富士M653系列 車規(guī)級(jí)模塊表16續(xù)：IGBT芯片大電流密度、低功率損耗技術(shù)35中國知網(wǎng)，技術(shù)壁壘（1） ：芯片設(shè)計(jì)要求大電流密度、低損耗、耐高溫高壓技術(shù)原理示意圖技術(shù)優(yōu)勢技術(shù)不足典型應(yīng)用案例及 產(chǎn)品緩沖層技術(shù)芯片厚度的減小 會(huì)導(dǎo)致芯片耐壓 裕量下降的問題， 可以通過添加緩 沖層改變電場分 布，實(shí)現(xiàn)芯片耐 壓等級(jí)的提高實(shí)現(xiàn)芯片耐壓等級(jí)的提 高/終端結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過緩解結(jié)面處 的電場集中效應(yīng)， 實(shí)現(xiàn)增大器件擊 穿電壓和提高可 靠性的目的電

59、動(dòng)汽車中普遍采用場 限環(huán)與場板相結(jié)合的終 端結(jié)構(gòu)，制造工藝簡單， 一般通過增大場限環(huán)個(gè) 數(shù)、寬度以及場板長度 即可提高器件耐壓等級(jí)如何選擇合適的環(huán)數(shù) 環(huán)寬和場板長度是一 個(gè)技術(shù)難點(diǎn)/目前，在耐高溫、高壓方面的IGBT芯片技術(shù)主要有：緩沖層技術(shù)和終端結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)。表17：IGBT芯片耐高溫高壓技術(shù)36中國知網(wǎng)，技術(shù)壁壘（2） ：IGBT芯片制造環(huán)節(jié)的背面工藝難度較高襯底材料場氧化終端場限環(huán)光刻、硼離子注入及 推進(jìn)有源區(qū)光刻及刻 蝕，JFET注入及 推進(jìn)Trench光刻及 刻蝕，犧牲氧化 層生長及去除N+砷注入及推 進(jìn)P-body硼注入 及推進(jìn)多晶硅淀積及多 晶硅刻蝕柵氧化層生長介質(zhì)層淀積接觸孔光

60、刻P+注入金屬淀積、光刻及刻蝕鈍化層淀積、光 刻及刻蝕背面減薄背面注入背面退火背面金屬化IGBT芯片制造環(huán)節(jié)中背面工藝難度較高。IGBT芯片的正面工藝與MOS基本一致，在正面結(jié)構(gòu)形 成后，IGBT芯片將進(jìn)行背面工藝，主要包括：背面減薄，背面注入、背面退火和背面金屬化， 背面工藝的難度整體較大。圖25：Trench FS IGBT芯片的主要工藝流程工藝環(huán)節(jié)作用工藝難點(diǎn)背面減薄滿足特定耐壓指標(biāo)，降低芯片損耗減薄會(huì)在背面和引進(jìn)大量的層錯(cuò)、位錯(cuò)等缺陷，同時(shí)會(huì)帶來晶圓 翹曲和碎片的問題。英飛凌最低能減薄至40m，國內(nèi)普遍在 120m至175m背面注入通過離子注入完成背面摻雜注入?yún)^(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生空位、間隙原子