中國IGBT市場現(xiàn)狀分析及全球市場規(guī)模預測

    IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。

　據(jù)博思數(shù)據(jù)發(fā)布的《2016-2022年中國IGBT功率模塊市場分析與投資前景研究報告》：2020年功率半導體全球市場規(guī)模有望達231億美元。2014年-2020年，平均增長率為6.4%。到2020年，市場規(guī)模有望是2014年的1.5倍。2020年以來，工業(yè)和汽車方面的需求將帶動市場發(fā)展，到2025年，功率半導體全球市場規(guī)模達339億1000萬美元，2020 年-2025年間，年平均增長率將達到8.0%。

2016-2022年全球IGBT市場規(guī)模預測
 

資料來源：博思數(shù)據(jù)整理

　　工業(yè)領(lǐng)域，新能源、UPS、鐵路方面的功率半導體需求增加。日本、美國的光伏發(fā)電需求旺盛，風力發(fā)電歐洲的需求較大。此外，工業(yè)用機器人、半導體生產(chǎn)設(shè)備等業(yè)務(wù)發(fā)展形勢較好，Servo電動機用IPM增加。鐵路方面，除中國市場以外，東南亞、印度、南美方面的投資較多。

    在新能源、節(jié)能環(huán)保“十二五”規(guī)劃等一系列國家政策措施的支持下，國內(nèi)IGBT的發(fā)展獲得巨大的推動力，市場持續(xù)快速增長。2015年，國內(nèi)IGBT市場規(guī)模達94.8億元。近幾年我國IGBT市場規(guī)模情況如下圖所示：

2008-2015年我國IGBT市場規(guī)模情況

資料來源：公開資料整理

    2020年以后，東南亞和中南美地區(qū)的電力設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施投資有望變得活躍。因此，耐壓3.3kv以上的IGBT模塊的出貨量有望增加。

    IGBT技術(shù)不斷發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)也發(fā)生了較大的變化。IGBT的結(jié)構(gòu)發(fā)展經(jīng)歷了穿透型（PT）、非穿透型（NPT）以及場終止型（TFS）。隨著結(jié)構(gòu)的不斷升級，其產(chǎn)品技術(shù)特性也得到了不斷發(fā)展，從在穿透型的IGBT升級到具有更快關(guān)斷速度、開關(guān)損耗更低以及更加耐用的非穿透型，再到芯片更薄、導通損耗更低以及開關(guān)損耗更低的場終止型。同時，功率器件模塊化技術(shù)也在不斷提升，伴隨著以MOS結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的半導體器件技術(shù)的成熟，設(shè)計者將功率器件芯片與控制電路、驅(qū)動電路、過壓、過流、過熱和欠壓保護以及自診斷電路組合起來，密封裝在同一絕緣外殼內(nèi)，這種將芯片與輔助電路組裝在一起的電路結(jié)構(gòu)叫做智能化功率半導體模塊（IPM），是現(xiàn)階段的發(fā)展熱點。

    而在未來隨著新技術(shù)、新材料以及新工藝的不斷涌現(xiàn)，CAD設(shè)計、離子注入、MOCVD、多層金屬化、納米級光刻等先進工藝技術(shù)應(yīng)用到功率器件中，IGBT設(shè)計技術(shù)將不斷得到推動和提升。通過與這些技術(shù)緊密結(jié)合，IGBT的集成化趨勢更加明顯，將逐步向“IGBT子系統(tǒng)”方向發(fā)展。另外，新材料的應(yīng)用也將不斷成熟，摻As緩沖層IGBT以及SiC IGBT將成為未來IGBT的重要發(fā)展發(fā)向，以促使產(chǎn)品更加適應(yīng)高頻、高速、高壓以及高功率的應(yīng)用。

    IGBT技術(shù)的發(fā)展目標是：大電流、高電壓、低損耗、高頻率、功能集成化和高可靠性。傳動領(lǐng)域（如電力牽引機車）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6．5 kV，ARPA．E（先進能源研究計劃署）更是推出了SiC．IGBT模塊，電壓能達到15 kV。

    一段時間以來，IGBT的工作頻率限制在50 kHz以下，而許多開關(guān)電源需用到更高的頻率，而高頻領(lǐng)域基本是功率MOSFET的天下。英飛凌生產(chǎn)的High Speed 3 1．2 kV IGBT的開關(guān)工作頻率可達60 kHz。美國IR公司（WARP系列）和APT公司（GT系列）600 V IGBT器件，其硬開關(guān)工作頻率可達150 kHz，諧振逆變軟開關(guān)電路可達300 kHz。其開關(guān)特性已接近功率MOSFET．而電流密度則為MOSFET的2．5倍，即相同電流時其硅片面積大大減小，因此成本有所降低。

    IGBT芯片發(fā)展趨勢是：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，主要以SiC和GaN寬禁帶半導體材料為代表。

    IGBT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直在尋找成本和性能的平衡點。目標是尋找最合適的產(chǎn)品及最低的成本，而對于最合適產(chǎn)品的定義是．特性滿足客戶需求且特性針對應(yīng)用裕量足夠。對于成本控制要求嚴格的市場，不斷探索降低成本的關(guān)鍵．涉及代工廠選址及一些成本控制。而對于價格不是很敏感的市場，則是不斷優(yōu)化器件特性，發(fā)展最前沿技術(shù)，重心放在產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性上。

    節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟勢必推動功率半導體市場的繁榮，而IGBT是功率半導體的技術(shù)前沿。未來幾年全球IGBT市場規(guī)模將成穩(wěn)步上升的趨勢，預計到2022年全球IGBT市場規(guī)模將達到80.2億美元，電動汽車與新能源產(chǎn)業(yè)將是全球IGBT產(chǎn)品需求增長的重要推動力。