IGBT应用及市场分析

引言

前面我们讲述了什么是IGBT、IGBT的结构特性、常见封装、优缺点、主要用途等，今天我们来看一下IGBT的应用及市场分析。

IGBT模块制造流程

➤ 晶圆生产：包含硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型三个步骤，目前国际主流是8英寸晶圆，部分晶圆厂12英寸产线逐步投产，晶圆尺寸越大，良品率越高，最终生产的单个器件成本越低，市场竞争力越大；

➤ 芯片设计：IGBT制造的前期关键流程，目前主流的商业化产品基于Trench-FS设计，不同厂家设计的IGBT芯片特点不同，表现在性能上有一定差异；

➤ 芯片制造：芯片制造高度依赖产线设备和工艺，全球能制造出顶尖光刻机的厂商不足五家；要把先进的芯片设计在工艺上实现有非常大的难度，尤其是薄片工艺和背面工艺，目前这方面国内还有一些差距；

➤ 器件封装：器件生产的后道工序，需要完整的封装产线，核心设备依赖进口；

具体流程

IGBT应用领域

依产品结构形式不同，IGBT有单管、IGBT模块和智能功率模块IPM三种类型。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（电机控制器、车载空调、充电桩）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。

根据应用场景的电压不同，IGBT有超低压、低压、中压和高压等类型，其中新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的IGBT以中压为主，而轨道交通、新能源发电和智能电网等对电压要求较高，主要使用高压IGBT。

IGBT发展趋势

从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了7代升级，从平面穿通型(PT)到沟槽型电场-截止型(FS-Trench)，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经历了不断的优化，断态电压也从600V提高到6500V以上。目前市场上应用最广泛的仍是IGBT第4代工艺产品。IGBT技术的整体发展趋势是大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性。

英飞凌IGBT芯片发展历程

IGBT市场分析

中国市场IGBT产量及需求量比对

➤ 中国已成为全球最大的IGBT市场，产量及需求量持续增长。在2017年~2021年，自给率都不到20%，国产化需求迫切；

➤ 基于国家相关政策中提出核心元器件国产化要求，国产替代成为中国IGBT行业发展和促进行业内企业发张的主要驱动因素，预计2024年IGBT自给率超过40%；

近年来为了推动功率半导体行业尤其是IGBT产业健康快速发展，国家相关部门不仅制定了相关的一系列政策措施，还不断加大扶持力度。IGBT国产化还是国家十四五规划中关键半导体器件的发展重点之一。来自市场需求持续增长和国家大量投入资金的双重刺激，不仅吸引了一批拥有丰富IGBT经验的海外华人归国，也给包括斯达半导、比亚迪、中车时代电气等在内的企业提供了掌握IGBT核心技术的机会，进一步推进IGBT国产化进程，早日摆脱IGBT产品进口依赖这一现状。

➤ 2022年全球IGBT的市场规模约为58.6亿美元，受益于新能源汽车、新能源、工业控制等领域的需求大幅增加，预计2024年全球IGBT市场规模将达到66亿美元。

➤ 中国是全球最大的IGBT市场，约占全球IGBT市场规模的40%，预计到2024年中国IGBT市场规模将达到25.7亿美元。

根据市场消息，IGBT交期在40至54周之间，IGBT的短缺预计会持续到2024年。导致IGBT缺货的原因可以简单归为三点：其一是产能受限，扩增缓慢；其二是车用需求旺盛；其三是当前太阳能逆变器采用IGBT的比重大幅提升，绿色能源市场拉动IGBT市场；由于以上多重因素影响，导致IGBT的供应缓解还需要一段时间。

IGBT产业链图

IGBT的核心产业链中，我国有多个企业积极参与布局，主要分为Fabless、foundry、IDM三种运作模式。IDM模式即垂直整合制造商，是指包含电路设计、晶圆制造、封装测试、模块等全环节业务的企业模式；Fabless模式是芯片设计与销售经营模式，即企业自身专注于芯片设计与销售，而将芯片制造外协给代工厂商生产制造的模式；Foundry模式主要负责制造生产环节，根据客户的产品设计，采购原材料来进行加工制造。

海外龙头企业多为IDM模式，如英飞凌、安森美等企业，国内IDM模式的公司较少，绝大多数为上市公司，但在全球市场中占据一定的市场份额，如比亚迪半导、士兰微、中车时代电气等公司。

国内主流的芯片生产是采用Fabless的代工模式，典型公司有斯达半导、宏微科技等，而代工厂根据公司提供的工艺流程和设计版图，生产出各项参数符合设计指标的芯片，华虹宏力目前是国内最先进，最全面的半导体功率器件代工厂。

国内厂商和国外厂商存在差距的原因主要是国外厂商成立时间早，比如富士电机成立于1923年，三菱电机成立于1921年，技术积累丰富，同时与海外汽车、工控等大型企业合作十分紧密，在技术与生态上优势显著。

国内的几大厂商主要集中在1997—2005年，技术追赶较慢，产业资源十分稀缺，但国内企业已经完成0-1的技术突破，先从消费级、工业级中低端产品入手逐步打开市场，目前已经有一些企业带来车规级高端产品市场，随着国产化不断深入，国内企业未来迎来加速发展期。

IGBT市场展望

➤ 新能源汽车市场增量最大

新能源汽车领域有望成为未来IGBT最大增量市场，此外，IGBT也是新能源充电桩的核心部件之一，约占到充电桩成本的20%；2021年全球新能源汽车销量675万辆，同比增长108%，极大带动了IGBT行业的快速发展。

➤ 光伏领域需求增长加快

由于政策支持叠加技术进步，光伏行业长期发展明确。其中国内风光大基地和“整县光伏”等项目加快推进，国内风光基地一期项目批复规模100GW,工商业分布式光伏和用户光伏快速增长，同时带动IGBT需求增长。

➤ 工业控制领域需求稳步提升

IGBT模块是变频器，逆变焊机等传统工业控制及电源行业的核心器件，且已在此领域中得到广泛应用。目前，随着工业控制及电源行业市场的逐步回暖，预计IGBT模块在此领域的市场规模亦将得到逐步扩大。

汽车IGBT模块要做哪些测试？

汽车IGBT模块对产品性能和质量的要求要明显高于消费和工控领域，因此车规认证成为了汽车IGBT模块市场的最重要壁垒，一般来说，车规级IGBT需要2年左右的车型导入周期。

汽车IGBT模块测试标准主要参照AEC-Q101和AQG-324，同时车企会根据自己的车型特点提出相应的要求，主要测试方法包括：参数测试、ESD测试、绝缘耐压、机械振动、机械冲击、高温老化、低温老化、温度循环、温度冲击、UHAST（高温高湿无偏压）、HTRB（高温反偏）、HTGB（高温栅偏）、H3TRB/HAST（高温高湿反偏）、功率循环、可焊性。

其中功率循环和温度循环作为代表的耐久测试，要求极为严格，例如功率循环次数可能从几万次到十万次不等。主要目的是测试键合线、焊接层等机械连接层的耐久情况。测试时的失效机理主要是，芯片、键合线、DBC、焊料等的热膨胀系数不一致，导致键合线脱落、断裂，芯片焊层分离，以及焊料老化等。

专业实验室

Foxconn电子零组件实验室具有100多名经验丰富的工程师，实验室于2014年获得中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可，获得了APPLE/ HUAWEI/HP/DELL/LENOVO等国际知名客户的认可，为客户提供检测、分析、验证等服务。以上是IGBT应用及市场分析（下），后续我们将持续进行相关检测专题。若有相关检测分析需求，可以留言咨询或者拨打我们的热线电话咨询：400-0812-988。

END

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