IGBT半導(dǎo)體功率器件將迎來(lái)新一輪發(fā)展機(jī)遇[圖]

    功率半導(dǎo)體器件是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的核心器件。主要用途包括逆變、變頻等。受惠于5G及電動(dòng)車需求的顯著增長(zhǎng)。

    IGBT是新能源汽車電機(jī)控制系統(tǒng)和充電樁的核心器件。IGBT約占新能源汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及車載充電系統(tǒng)成本的40%，折合到整車上約占總成本的7~10%，它的性能決定了整車的能源利用率。IGBT多應(yīng)用于高壓領(lǐng)域，MOSFET主要應(yīng)用在高頻領(lǐng)域。

    功率半導(dǎo)體器件是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的核心器件。主要用途包括逆變、變頻等。功率半導(dǎo)體可以根據(jù)載流子類型分為雙極型功率半導(dǎo)體和單極型功率半導(dǎo)體。雙極型功率半導(dǎo)體包括功率二極管、雙極結(jié)型晶體管（BJT）、電力晶體管（GTR）、晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。單極型功率半導(dǎo)體包括功率MOSFET、肖特基勢(shì)壘功率二極管等。它們的工作電壓和工作頻率也有所不同。功率半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、新能源交通、軌道交通、發(fā)電與配電等電力電子領(lǐng)域。

2017年全球功率器件市場(chǎng)結(jié)構(gòu)按產(chǎn)品劃分

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    預(yù)計(jì)在2022年全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)426億美元。在2015年全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)中，英飛凌以12%的市場(chǎng)占有率排名第一。歐美日廠商憑借其技術(shù)和品牌優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了全球功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)的70%。

    中國(guó)開(kāi)展功率半導(dǎo)體的研究工作比較晚，且受到資金、技術(shù)及人才的限制，功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體呈現(xiàn)出數(shù)量偏少、企業(yè)規(guī)模偏小、技術(shù)水平偏低及產(chǎn)業(yè)布局分散的特點(diǎn)。原始創(chuàng)新問(wèn)題成為阻礙國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。國(guó)際功率半導(dǎo)體廠商尚未形成專利和標(biāo)準(zhǔn)的壟斷。相比國(guó)外廠商，國(guó)內(nèi)廠商在服務(wù)客戶需求和降低成本等方面具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)代替空間十分廣闊。

2016-2022年全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)

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全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

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    新能源汽車是指采用非常規(guī)車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源的汽車，如純電動(dòng)車、插電式混合動(dòng)力汽車。預(yù)計(jì)在2020年中國(guó)新能源汽車銷量將達(dá)200萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)53.8%。新能源汽車新增大量功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用。2020年全球汽車功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)70億美元。特斯拉modelS車型使用的三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中每一相的驅(qū)動(dòng)控制都需要使用28顆IGBT芯片，三相共需要使用84顆IGBT芯片。

2012-2020年新能源汽車銷量及增速預(yù)測(cè)

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2016-2020年全球汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)

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    IGBT，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT和MOS組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。IGBT可以實(shí)現(xiàn)直流電和交流電之間的轉(zhuǎn)化或者改變電流的頻率，有逆變和變頻的作用。

    在結(jié)構(gòu)方面，IGBT比MOSFET多一層P+區(qū)，通過(guò)P層空穴的注入能夠降低器件的導(dǎo)通電阻。隨著電壓的增大，MOSFET的導(dǎo)通電阻也變大，因而其傳導(dǎo)損耗比較大，尤其是在高壓應(yīng)用場(chǎng)合中。相較而言，IGBT的導(dǎo)通電阻較小。

    全球IGBT市場(chǎng)主要競(jìng)爭(zhēng)者包括德國(guó)英飛凌、日本三菱、富士電機(jī)、美國(guó)安森美、瑞士ABB等，前五大企業(yè)的市場(chǎng)份額超過(guò)70%。預(yù)計(jì)在2022年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)60億美元，增量空間巨大。國(guó)外廠商已研發(fā)出完善的IGBT產(chǎn)品系列。其中，仙童等企業(yè)在消費(fèi)級(jí)IGBT領(lǐng)域處于優(yōu)勢(shì)地位。ABB、英飛凌和三菱電機(jī)在1700V以上的工業(yè)級(jí)IGBT領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)。在3300V以上電壓等級(jí)的領(lǐng)域，英飛凌、ABB和三菱電機(jī)三家公司居壟斷地位，代表著國(guó)際IGBT技術(shù)的最高水平。

2017年全球IGBT市場(chǎng)份額

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2016-2022年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)

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    中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)占世界功率半導(dǎo)體市場(chǎng)份額的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT器件中，90%依賴于進(jìn)口。

    按電壓分布來(lái)看，消費(fèi)電子領(lǐng)域運(yùn)用的IGBT產(chǎn)品主要在600V以下，如數(shù)碼相機(jī)閃光燈等。1200V以上的IGBT多用于電力設(shè)備、汽車電子、高鐵及動(dòng)車中。動(dòng)車組常用的IGBT模塊為3300V和6500V。智能電網(wǎng)使用的IGBT通常為3300V。

    1、新能源汽車

    電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛，是控制電動(dòng)汽車最關(guān)鍵的部分。IGBT在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中屬于逆變器模塊，將動(dòng)力電池的直流電逆變成交流電提供給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。IGBT約占新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及車載充電系統(tǒng)成本的40%，折合到整車上約占總成本的7~10%，其性能直接決定了整車的能源利用率。汽車半導(dǎo)體行業(yè)的認(rèn)證周期長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)苛。一方面，汽車的大眾消費(fèi)屬性使得它對(duì)IGBT的壽命要求比較高。另一方面，汽車面臨著更為復(fù)雜的工況，需要頻繁啟停、爬坡涉水、經(jīng)歷不同路況和環(huán)境溫度等，對(duì)IGBT是極為嚴(yán)苛的考驗(yàn)。電機(jī)控制系統(tǒng)和充電樁是車用IGBT的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。

    2、軌道交通

    在高鐵短時(shí)間內(nèi)將時(shí)速?gòu)牧闾嵘?00公里的過(guò)程中，需要通過(guò)IGBT來(lái)確保牽引變流器及其他電動(dòng)設(shè)備所需要的電流、電壓精準(zhǔn)可靠。IGBT在軌道交通領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全面的國(guó)產(chǎn)化。

    3、智能電網(wǎng)

    IGBT廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)的發(fā)電端、輸電端、變電端及用電端。從發(fā)電端來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電中的整流器和逆變器都需要使用IGBT模塊。從輸電端來(lái)看，特高壓直流輸電中FACTS柔性輸電技術(shù)需要大量使用IGBT功率器件。從變電端來(lái)看，IGBT是電力電子變壓的關(guān)鍵器件。從用電端來(lái)看，家用LED照明等都對(duì)IGBT有大量的需求。

    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國(guó)IGBT行業(yè)市場(chǎng)全景調(diào)查及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》