中國IGBT市場現狀分析及全球市場規模預測

    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（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅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點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

　據博思數據發布的《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，市場規模有望是2014年的1.5倍。2020年以來，工業和汽車方面的需求將帶動市場發展，到2025年，功率半導體全球市場規模達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市場規模預測
 

資料來源：博思數據整理

　　工業領域，新能源、UPS、鐵路方面的功率半導體需求增加。日本、美國的光伏發電需求旺盛，風力發電歐洲的需求較大。此外，工業用機器人、半導體生產設備等業務發展形勢較好，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、節能環保“十二五”規劃等一系列國家政策措施的支持下，國內IGBT的發展獲得巨大的推動力，市場持續快速增長。2015年，國內IGBT市場規模達94.8億元。近幾年我國IGBT市場規模情況如下圖所示：

2008-2015年我國IGBT市場規模情況

資料來源：公開資料整理

    2020年以后，東南亞和中南美地區的電力設備等基礎設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技術不斷發展，其結構和工藝技術也發生了較大的變化。IGBT的結構發展經歷了穿透型（PT）、非穿透型（NPT）以及場終止型（TFS）。隨著結構的不斷升級，其產品技術特性也得到了不斷發展，從在穿透型的IGBT升級到具有更快關斷速度、開關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損耗更低的場終止型。同時，功率器件模塊化技術也在不斷提升，伴隨著以MOS結構為基礎的半導體器件技術的成熟，設計者將功率器件芯片與控制電路、驅動電路、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，這種將芯片與輔助電路組裝在一起的電路結構叫做智能化功率半導體模塊（IPM），是現階段的發展熱點。

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

    IGBT技術的發展目標是：大電流、高電壓、低損耗、高頻率、功能集成化和高可靠性。傳動領域（如電力牽引機車）和智能電網領域都需要大功率IGBT的應用，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，而許多開關電源需用到更高的頻率，而高頻領域基本是功率MOSFET的天下。英飛凌生產的High Speed 3 1．2 kV IGBT的開關工作頻率可達60 kHz。美國IR公司（WARP系列）和APT公司（GT系列）600 V IGBT器件，其硬開關工作頻率可達150 kHz，諧振逆變軟開關電路可達300 kHz。其開關特性已接近功率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英寸變為12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產業的發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品及最低的成本，而對于最合適產品的定義是．特性滿足客戶需求且特性針對應用裕量足夠。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，則是不斷優化器件特性，發展最前沿技術，重心放在產品質量和可靠性上。

    節能減排，低碳經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前沿。未來幾年全球IGBT市場規模將成穩步上升的趨勢，預計到2022年全球IGBT市場規模將達到80.2億美元，電動汽車與新能源產業將是全球IGBT產品需求增長的重要推動力。