近期，多家国内半导体企业在对外披露2022年业绩时，均指出过去一年IGBT产品需求旺盛，这项业务增长迅猛。随着我国双碳战略的逐步推广落地，以及新能源行业的大力发展，IGBT正在驶入成长快车道，IGBT行业也将迈上新高度。
什么是IGBT？
作为电力电子器件之一，IGBT是工业控制及自动化领域的核心元器件，其主要作用是可根据工业装置中信号指令来调节电路中电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控目的。
由于结合了BJT和MOS这两种器件的优点，IGBT具有高频、高电压、大电流，易于开关等优良性能，被业界誉为电力电子装置的“CPU”，目前广泛应用于工业控制、轨道交通、白色家电、新能源发电、新能源汽车等领域。
按照产品结构形式不同，IGBT可分为IGBT单管、IGBT模块和IPM模块三大类。IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器等领域；IGBT模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车等领域（当前市场上销售的多为此类模块化产品）；智能功率模块IPM主要在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域有广泛应用。
IGBT主要产品形式
来源：英飞凌官网、东海证券研究所整理
IGBT发展历程及未来技术趋势
自20世纪80年代发展至今，IGBT芯片经历了7代技术及工艺的升级，从平面穿通型到微沟槽场截止型，IGBT从芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标都进行了不断的优化，断态电压从600V提高到7000V，关断时间从0.5微秒降低至0.12微秒，工艺线宽由5um降低至0.3um。
此外，由于IGBT产品对可靠性和质量稳定性要求较高，下游客户认证周期较长，所以产品的生命周期较一般集成电路产品较长，对不同代际的IGBT产品，由于性能和需求差异导致应用领域略有不同，目前市场上应用最广泛的仍是IGBT第4代工艺产品。
随着IGBT的技术发展，传统场截止型结构已接近其理论极限。超结及半超结器件凭借耐高温、低损耗和高抗短路能力在IGBT领域备受关注，是IGBT未来技术发展主要探索方向。
IGBT 技术发展趋势总结
来源：公开数据整理，英飞凌官网，东海证券研究所
国内IGBT市场仍有较大发展空间
纵观全球，近十年来全球IGBT市场规模保持连续增长，从2012年的32亿美元增长至2021年的70.9亿美元，其中工控和新能源汽车是IGBT需求占比最大的两大下游领域，其次是新能源发电市场。
目前，我国是全球最大的IGBT需求市场，需求量约占全球四成，且需求占比有望持续提升。
WSTS（世界半导体贸易统计组织）的数据
中国IGBT市场销售规模从2016年的88亿元增长至2021年的238.8亿元，复合年均增长率超20%，远超全球平均水平，预计至2025年仍将维持高速增长，市场规模将有望突破486亿元。
中国IGBT市场规模
来源：集邦咨询，Datayes,东海证券研究所
尽管我国产能增长势头迅猛，但目前大部分IGBT产品仍需要依靠进口，主要原因在于国内厂商大多以生产中低端的功率器件产品为主，在IGBT等新型功率器件这一类高技术、高附加值的中高档产品领域中，国外大厂拥有绝对的技术竞争优势，我国必须通过大量进口来满足日益增长的国内市场需求。
2015-2021年中国IGBT产量、需求量及国产占比
来源：中研网，观研天下，东海证券研究所
新能源需求爆发，带动IGBT行业发展
国内IGBT市场两大核心驱动力——电动汽车和新能源发电。众所周知，在电动化驱动下，电池、电驱和电控是电动新能源车的三大重要部件。而 IGBT 则是电控系统中的核心元器件，它决定了新能源汽车的行驶性能。
IGBT 在电动新能源汽车上的应用场景
来源：意法半导体，中国知网，东海证券研究所
根据英飞凌2021年财报显示，在国际上IGBT的单车价值为330 美元，约占新能源汽车整车总成本的 5%以上，是电控系统里面成本占比最大的元器件。针对我国电动新能源汽车，经过测算，单车价值约为 273美元，随着我国电动新能源汽车的蓬勃发展，以及大功率对IGBT的要求越来越高，将间接提高IGBT 在整车的成本比重，不断拓宽IGBT成长空间。
另外，我们预计2022年我国新能源汽车销量将突破600万辆，对应的IGBT市场规模为16.38亿美元，假设2025年中国汽车销量为3000万辆，新能源渗透率为45%，销量约为1350万辆，按单车价值 281美元来算，中国车规级IGBT市场规模将达到38亿美元，人民币约260亿，市场空间广阔。
在新能源发电应用领域，IGBT 被广泛应用于光伏逆变器和风电变流器，是新能源发电逆变器实现逆变功能的核心，在能源发电市场加速转型的背景下，光伏风电发展大有可为，是IGBT市场强劲的驱动力。东海证券预计，到2025年光伏发电IGBT市场规模将达到22.1亿元，复合年均增长率为13.35%；风电发电IGBT市场规模将达到11.28亿元，复合年均增长率约12.88%，增速高于全球平均水平。
IGBT是助力国家实现碳中和的重要工具之一，在节能减排方面能够发挥巨大作用。随着新能源汽车的发展以及清洁能源的普及，国内IGBT的市场热度将持续升温。
在国内IGBT市场规模快速增长，新能源需求爆发贡献主要增量的背景下，本土IGBT企业依托国内新能源产业扩容，以其自身产品竞争力、供应链的优势和巨大的市场提升空间，加速提升IGBT国产替代份额。
IGBT与SiC的互补共存
在长期看来，IGBT和SiC将在市场中相辅相成，并适用于不同的应用场景中，其主要归因于各自不同的材料特性、工艺成熟度、产品良率、可靠性和成本等因素。
SiC适合应用于高频、高压等应用场景中，尤其是600-1700V范围。相较于Si，SiC器件可提供高耐压、高速开关和低导通电阻。尤其在新能源汽车领域，传统的硅基IGBT芯片在高压快充车型中已经达到了材料的物理极限，因此新能源汽车厂商开始采用SiC。
IGBT则更加适用在大功率、大电流的应用场景中。IGBT的硅基材料成本低廉且制作工艺成熟，硅的价格仅是宽禁带材料的三分之一至四分之一，所以IGBT的制造成本低于SiC MOSFET。其次，IGBT结构简单、故障率较低，从而使IGBT的可靠性高于SiC MOSFET。
图源：德州仪器官网
目前SiC衬底和外延的成本占比高达70%，由于SiC产品良率仍处在提升阶段，SiC产品价格仍高于IGBT。因此SiC现阶段渗透率较低，仍需一定时间提升利用频率。在此期间，IGBT和SiC器件将会互补共存。
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