2020年中國(guó)IGBT行業(yè)市場(chǎng)需求及IGBT芯片技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析[圖]

    一、下游多領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)IGBT行業(yè)快速成長(zhǎng)

    1、工業(yè)控制為IGBT最大市場(chǎng)領(lǐng)域，需求穩(wěn)定增長(zhǎng)

    工業(yè)控制為IGBT最大市場(chǎng)需求領(lǐng)域，需求穩(wěn)定增長(zhǎng)。IGBT模塊是變頻器、逆變焊機(jī)等傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)的核心元器件，且已在此領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前，隨著工業(yè)控制及電源行業(yè)市場(chǎng)的逐步回暖，預(yù)計(jì)IGBT模塊在此領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模亦將得到逐步擴(kuò)大。

    變頻器行業(yè)

    變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

    IGBT模塊在變頻器中不僅起到傳統(tǒng)的三極管的作用，同時(shí)包含了整流部分的作用。控制器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)通過光藕隔離后進(jìn)入IGBT，IGBT再根據(jù)信號(hào)的變化將380V（220V）整流后的直流電再次轉(zhuǎn)化為交流電輸出。

    近年來(lái)，國(guó)內(nèi)變頻器行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)?？傮w呈上升態(tài)勢(shì)。2016年國(guó)內(nèi)變頻器行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模為416.77億元，平均4年復(fù)合增長(zhǎng)率為8.74%。2017年國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)規(guī)模約453.2億元。近年來(lái)，變頻器市場(chǎng)中國(guó)內(nèi)自主研發(fā)能力有所提升，特別是高壓變頻器在2017年的專利申請(qǐng)數(shù)穩(wěn)定在160項(xiàng)以上。同時(shí)，在實(shí)體經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用下，變頻器已進(jìn)入新能源領(lǐng)域，在冶金、煤炭、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒈３址€(wěn)定增長(zhǎng)，在城市化率提升的背景下，變頻器在市政、軌道交通等公共事業(yè)領(lǐng)域的需求也會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，從而促進(jìn)市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大。未來(lái)幾年，具有高效節(jié)能功能的高壓變頻器市場(chǎng)將受政策驅(qū)動(dòng)持續(xù)增長(zhǎng)，到2023年，高壓變頻器的市場(chǎng)將達(dá)到175億元左右。

中國(guó)變頻器市場(chǎng)規(guī)模

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    逆變焊機(jī)行業(yè)

    逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型的焊接電源。這種電源一般是將三相工頻（50赫茲）交流網(wǎng)路電壓，先經(jīng)輸入整流器整流和濾波，變成直流，再通過大功率開關(guān)電子元件（IGBT）的交替開關(guān)作用，逆變成幾千赫茲至幾萬(wàn)赫茲的中頻交流電壓，同時(shí)經(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十伏電壓，后再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當(dāng)平穩(wěn)的直流焊接電流。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)電焊機(jī)數(shù)量保持穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)。2018年國(guó)內(nèi)電焊機(jī)產(chǎn)量為853.3萬(wàn)臺(tái)，同比2017年增加了58.46萬(wàn)臺(tái)。電焊機(jī)市場(chǎng)的持續(xù)升溫亦將保證IGBT需求量逐步增大。

中國(guó)電焊機(jī)數(shù)量

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    2、新能源汽車行業(yè)是驅(qū)動(dòng)IGBT發(fā)展的重要領(lǐng)域

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)IGBT行業(yè)產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：IGBT模塊在新能源汽車領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是新能源汽車電機(jī)控制器、車載空調(diào)、充電樁等設(shè)備的核心元器件。其中電機(jī)控制器+鋰電池+汽車電機(jī)=新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)，電機(jī)控制器相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，而其中的IGBT模塊相當(dāng)于是汽車動(dòng)力系統(tǒng)的“CPU”。

新能源汽車應(yīng)用場(chǎng)景

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    隨著新能源汽車從48V/MHEV（輕混合電動(dòng)車）逐漸向PHEV/FHEV（混合電動(dòng)車）再向BEV（純電動(dòng)車）發(fā)展，單臺(tái)汽車中功率半導(dǎo)體含量大幅提升，48V/MHEV和PHEV/FHEV車型，2018年的單臺(tái)汽車的功率半導(dǎo)體含量相對(duì)于傳統(tǒng)汽車分別增加了75美金和300美金，而BEV純電動(dòng)車中功率半導(dǎo)體的含量為455美金。由于IGBT是新能源電動(dòng)汽車的核心元器件之一，單臺(tái)電動(dòng)汽車的功率半導(dǎo)體含量的大幅提升，必將帶來(lái)單臺(tái)電動(dòng)汽車IGBT價(jià)值量的提升。

不同電動(dòng)等級(jí)汽車功率半導(dǎo)含量

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    從新能源電動(dòng)汽車成本來(lái)看，占比較大的零部件是電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)零部件等，分別大概占到40%、15%、12%、8%。IGBT模塊作為電控系統(tǒng)的核心零部件，大概占到電控系統(tǒng)成本的30-40%左右，粗略估計(jì)IGBT模塊占到整車成本的4-5%左右。

電動(dòng)車整車成本結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    近年來(lái)全球新能源汽車銷量快速增長(zhǎng)，全球新能源乘用車的銷量將由2019年的221萬(wàn)輛增長(zhǎng)到2025年的1200萬(wàn)輛，年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到32.6%，而中國(guó)作為全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，占比將維持在40-50%份額。

全球新能源乘用車銷量統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    2016年全球電動(dòng)車銷量大概200萬(wàn)輛，共消耗了大概9億美金的IGBT，平均每輛車450美金。預(yù)計(jì)隨著全球電動(dòng)車的銷量提升，IGBT在電動(dòng)車領(lǐng)域的市場(chǎng)將在2022年達(dá)到20億美金。

電動(dòng)車將帶動(dòng)IGBT市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    此外，隨著新能源汽車的不斷普及，對(duì)于充電樁的需求日益增加，也會(huì)拉動(dòng)IGBT的需求。由于中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)最大，每年新增的充電樁數(shù)量也是全球最多。從2010年的1000樁左右的建設(shè)規(guī)模到2018年的30萬(wàn)樁左右的建設(shè)規(guī)模，2019年上半年又新增22.5萬(wàn)樁。直流充電樁中，IGBT是最核心的部分，占總成本達(dá)到30%。我們認(rèn)為，隨著充電樁的新增規(guī)模不斷提升，也會(huì)進(jìn)一步拉動(dòng)IGBT的需求。

中國(guó)充電樁每年新增規(guī)模（樁）

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    3、變頻白色家電滲透率提升，拉動(dòng)IGBT需求

    隨著節(jié)能環(huán)保的大力推行，具有變頻功能的白色家電將具有廣闊的市場(chǎng)前景。具有變頻功能的白色家電最核心的部件之一是其內(nèi)部的“變頻器”，而IGBT模塊作為變頻器的核心元器件，其高頻開閉合功能能夠帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn)：1、較小的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗；2、出色的EMI性能，可通過改變驅(qū)動(dòng)電阻的大小滿足EMI需求的同時(shí)保持開關(guān)損耗在合理范圍內(nèi)；3、強(qiáng)大的抗短路能力；4、較小的電壓尖峰（對(duì)家電起到保護(hù)作用）。中國(guó)作為全球最大的家電市場(chǎng)和生產(chǎn)基地，亦孕育著大規(guī)模的IGBT市場(chǎng)。變頻白色家電的推廣不僅僅能夠促進(jìn)IGBT模塊市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)張，更能夠給IGBT模塊提供穩(wěn)定的市場(chǎng)需求。近年來(lái)國(guó)內(nèi)白色家電變頻系列銷量占比逐漸提升。空調(diào)系列：2012年到2018年，國(guó)內(nèi)變頻空調(diào)銷量從3016萬(wàn)臺(tái)提升到6434萬(wàn)臺(tái)，滲透率從28.94%提升到42.70%，仍有較大的提升空間；冰箱系列：2012年到2018年，國(guó)內(nèi)變頻冰箱銷量從363萬(wàn)臺(tái)提升到1665萬(wàn)臺(tái)，滲透率從4.80%提升到22.15%，仍有很大提升空間；洗衣機(jī)系列：2012年到2018年，國(guó)內(nèi)變頻洗衣機(jī)銷量從577萬(wàn)臺(tái)提升到2163萬(wàn)臺(tái)，滲透率從10.36%提升到32.97%，同樣有很大提升空間。

中國(guó)變頻空調(diào)銷量及滲透率情況

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

中國(guó)變頻冰箱銷量及滲透率情況

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

中國(guó)變頻洗衣機(jī)銷量及滲透率情況

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    我們認(rèn)為隨著國(guó)內(nèi)白色家電變頻系列產(chǎn)品的滲透率的逐漸提升，將會(huì)不斷地拉動(dòng)IGBT的需求。

    4、新能源發(fā)電逐漸成熟，驅(qū)動(dòng)IGBT持續(xù)成長(zhǎng)

    新能源發(fā)電主要以光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為代表。由于新能源發(fā)電輸出的電能不符合電網(wǎng)要求，需通過光伏逆變器或風(fēng)力發(fā)電逆變器將其整流成直流電，再逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電后輸入并網(wǎng)。IGBT模塊是光伏逆變器和風(fēng)力發(fā)電逆變器的核心器件，新能源發(fā)電行業(yè)的迅速發(fā)展將成為IGBT模塊行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)的又一動(dòng)力。近年來(lái)國(guó)內(nèi)新能源發(fā)電設(shè)備容量保持快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。從2016年到2019年，國(guó)內(nèi)新能源發(fā)電設(shè)備容量一直保持快速增長(zhǎng)，并網(wǎng)風(fēng)電發(fā)電設(shè)備容量從14864萬(wàn)千瓦增加到21005萬(wàn)千瓦，并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備容量從7742萬(wàn)千瓦增加到20468萬(wàn)千瓦，新能源發(fā)電設(shè)備容量（風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電）占全口徑發(fā)電設(shè)備容量比重從13.74%增加到20.63%。

全口徑發(fā)電設(shè)備容量

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    二、IGBT芯片技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

    IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的縮寫，即絕緣柵雙極型晶體管。它是由BJT和MOSFET組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件，既有MOSFET的開關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，又有BJT導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn)，在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的，因而是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件，是未來(lái)應(yīng)用發(fā)展的主要方向。正是由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，IGBT自20世紀(jì)80年代末開始工業(yè)化應(yīng)用以來(lái)發(fā)展迅速，不僅在工業(yè)應(yīng)用中取代了MOSFET和GTR，甚至已擴(kuò)展到SCR及GTO占優(yōu)勢(shì)的大功率應(yīng)用領(lǐng)域，還在消費(fèi)類電子應(yīng)用中取代了BJT、MOSFET等功率器件的許多應(yīng)用領(lǐng)域。

IGBT由BJT和MOSFET組成

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

IGBT兼顧高功率、高頻優(yōu)勢(shì)

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

IGBT應(yīng)用于高功率領(lǐng)域

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

Transistor/IGBT/MOSFET參數(shù)對(duì)比

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

    IGBT技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是：大電流、高電壓、低損耗、高頻率、功能集成化和高可靠性。傳動(dòng)領(lǐng)域（如電力牽引機(jī)車）和智能電網(wǎng)領(lǐng)域都需要大功率IGBT的應(yīng)用，英飛凌、東芝、三菱、西門子等公司高壓IGBT器件已可做到6500V，ARPA．E（先進(jìn)能源研究計(jì)劃署）更是推出了SiCIGBT模塊，電壓能達(dá)到15kV。IGBT芯片發(fā)展趨勢(shì)是：薄片工藝，主要是減少熱阻，減小襯底電阻從而減小通態(tài)損耗;管芯，主要是提高器件電流密度，十余年來(lái)管芯面積減少了2／3；大硅片，硅片由5英寸變?yōu)?2英寸，面積增加了5.76倍，折算后每顆芯粒的成本可大為降低；新材料方面主要以SiC和GaN寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表。

IGBT芯片技術(shù)的發(fā)展

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理