IGBT 的發展與應用

 依產品結構形式不同, 單管主要應用於小功率家用電器, 分布式太陽能逆變器及小功率變頻器等領域; IGBT 模組主要應用於大功率工業變頻器, 電焊機, 新能源汽車 (電機控制器, 車載空調, 充電樁) 等領域; IPM 主要在變頻空調, 變頻洗衣機等白色家電領域有廣泛應用.

根據應用場景的電壓不同, IGBT 有超低壓, 低壓, 中壓和高壓等類型, 其中新能源汽車, 工業控制, 家用電器等使用的 IGBT 以中壓為主, 而軌道交通, 新能源發電和智能電網等對電壓要求較高, 主要使用高壓 IGBT.

從 IGBT 模塊晶片的內部縱向結構來看, 可分為穿通型 (PT) 非穿通型 (NPT). 英飛淩第一代 IGBT 就是採用的 PT 技術. NPT結構是德國西門子推出, 為 90 年代的主流產品. FS 是西門子研制出新的 IGBT 結構, 同時具有 PT 和 NPT 的優點, 現居於主導地位.

自從八十年代中期研發出第一只 IGBT 器件以來, 隨著 IGBT 的技術發展, 傳統場截止型結構已接近其理論極限. 超結及半超結器件憑借耐高溫, 低損耗和高抗短路能力在 IGBT 領域備受關注, 是 IGBT 未來技術發展主要探索方向.

工控和新能源汽車是 IGBT 需求占比最大的兩個下游領域, 分別占比為 37% 和 28%, 其次是新能源發電和家電變頻市場, 需求占比分別為 9% 和 8%. 2020 年以來, 新能源汽車需求明顯提速, 2021 年較 2020 年需求占比提升 19%, 是 IGBT 主要的增量需求來源.

目前中國是全球最大的 IGBT 需求市場, 需求量約占全球四成, 占比有望持續提升. 根據 WSTS 的數據, 中國 IGBT 市場銷售規模從 2016~ 2021, CAGR 超 20%, 遠超全球平均水平, 預計至 2025 年仍將維持高速增長, 市場規模將有望超 486 億元. 

電池, 電驅和電控是電動新能源車的三大重要部件. 而 IGBT 則是電控系統中的核心元器件, 它決定了新能源汽車的行駛性能. 據英飛淩 2021 年財報顯示, 在國際上 IGBT 的單車價值為 330 美元, 占新能源汽車整車總成本的 5%以上, 是電控系統里面成本占比最大的元器件.

IGBT 被廣泛應用於太陽能逆變器和風電變流器, 主要是將太陽能組件和風機發出的電壓和一定頻率的電能, 經過交直轉換為穩定電壓和頻率的電能饋入電網或接入家庭用戶. IGBT 是新能源發電逆變器實現逆變功能的核心, 主要應用在 DC/DC 升壓, DC/AC 逆變電路中.

從全球市場競爭格局來看, 歐美日廠商資金實力雄厚, 技術水平領先, 產業經驗豐富, 憑借先發優勢搶占了全球功率半導體絕大多數的市場份額, 並且一直保持較大的領先優勢. 中國廠商 (藍色部分) 在全球競爭中不具備優勢, 所占市場份額較低.

相關概念股上游有散熱:  "艾姆勒" (逆變器散熱模組),   健策 (散熱產品).   代工: ''茂矽"  (MOSFET/IGBT).  封測的 "捷敏" (各種功率元件的封測). 中游則有  "大中" (MOSFET與 IGBT 製造, 主要客戶為 PC),  "富鼎" (MOSFET 為主), "朋程" (燃油車發電機二極體為主) 等.