【研报】半导体行业深度报告：IGBT功率半导体研究框架-20201202（103页）_6mb

IGBT功率半导体研究框架总结

核心内容

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种功率开关器件，用于直流与交流电之间的转换。它在节能环保、新能源汽车、工业控制、轨道交通和新能源发电等领域具有广泛的应用。随着技术的不断进步，IGBT已发展至第七代，主要趋势是从材料利用效率的提升向模块及系统整合方向发展。

主要观点

1. 行业增长

   • 主要增长动力来自新能源汽车、工业领域（新基建）、新能源发电及轨道交通。
   • 中国在新能源汽车和高铁领域具备明显优势，推动了IGBT需求的增长。

2. 行业趋势

   • 技术引领行业发展，IGBT技术不断升级，提升性能与效率。
   • 随着硅材料的极限，行业逐步向模块化、系统化发展。

3. 行业壁垒

   • IGBT的制造流程复杂，工艺周期长达2.5-3个月，对参数要求极高。
   • 企业需要长时间积累经验，才能实现稳定生产。

4. 竞争格局

   • 行业呈现头部集中趋势，主要由英飞凌、三菱、富士、意法半导体、安森美等国际巨头主导。
   • 中国企业在高铁和新能源汽车领域实现突破，推动国产替代进程。

5. 投资机会

   • 国产替代是主要投资方向，建议关注功率晶圆代工、虚拟IDM和IDM企业。
   • 重点企业包括华虹半导体、积塔半导体、中芯国际、斯达半导、比亚迪半导体、中车时代半导体、华润微、闻泰科技、士兰微等。

关键信息

应用领域与市场需求

• 低压（600V）

  • 主要应用于变频白色家电（空调、冰箱）和传统燃油汽车电子点火系统。
  • 中国变频空调销量约6800万台，变频冰箱销量约2000万台，变频洗衣机约2600万台。
  • 2019年全球家电销量达5.7亿台，同比增长约4%。

• 中压（1200V）

  • 工业领域（如逆变焊机、变频器）和UPS电源为主要应用。
  • 中国高压变频器市场预计2023年达到175亿元，变频器市场规模预计未来5年保持10%以上增长。

• 高压（3300V以上）

  • 主要应用于新能源发电（光伏、风电）和轨道交通（高铁）。
  • 中国新能源发电装机容量持续增长，2019年达4.1亿kW，占全国总装机容量的五分之一。

市场规模与增长

• 全球市场规模

  • 2018年全球IGBT分立器件市场规模13.1亿美元，IPM模块16.8亿美元，IGBT模块32.5亿美元。
  • 2016年中国IGBT市场规模15.4亿美元，2018年达19.23亿美元，复合年均增长率11.74%。

• 中国市场增长

  • 中国IGBT市场增速高于全球，2010-2018年复合增长率达18.2%。
  • 预计2020年中国IGBT需求达1.1亿只，而国内供给仅0.2亿只，存在巨大供需缺口。

IGBT技术演进

• IGBT经历了7代技术升级，包括衬底从PT穿通、NPT非穿通到FS场截止，栅极从平面到Trench沟槽，再到微沟槽。
• 每代产品在芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等方面不断优化。
• 2018年全球IGBT单管市场中，英飞凌、三菱、富士、安森美、意法半导体等占据主要市场份额。

IGBT封装与制造

• IGBT模块制造涉及芯片封装、焊接工艺、DBC基板等，技术复杂，工艺流程长，对可靠性要求高。
• 封装技术包括标准焊接、烧结、压力接触等，以提高功率密度和散热效率。
• 中国企业在封装工艺上不断改进，如低温银烧结和塑封工艺。

国产替代进展

• 国内企业认证周期从5年缩短至1年，晶圆代工厂为功率半导体企业提供强大的制造支持。
• 士兰微、比亚迪半导体等企业已实现部分国产替代，与国际厂商竞争。
• 国内企业面临技术壁垒，需通过技术积累与市场拓展实现突破。

未来展望

• IGBT行业将持续受益于新能源汽车、工业自动化、新能源发电和轨道交通等领域的快速发展。
• 国产替代将成为重要趋势，国内企业有望复制英飞凌、三菱等企业的成功路径。
• 技术研发与市场拓展并重，未来IGBT将向更高功率、更高效率、更可靠的方向发展。