一、IGBT产业概述
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT器件三大设计目标：(1)降低导通功耗；(2)降低开关损耗；(3)提升耐击穿程度；IGBT通常用于高电压和大电流的开关器件，因此需要较高的耐击穿能力以防止短路，同时，降低每次开关时造成的损耗和导通时造成的能量损耗。
IGBT设计目标基本情况
数据来源：华经产业研究院整理
国内IGBT主要产商
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二、IGBT下游产业链分析
新能源发电主要以光伏发电和风力发电为代表。由于新能源发电输出的电能不符合电网要求，需通过光伏逆变器或风力发电逆变器将其整流成直流电，再逆变成符合电网要求的交流电后输入并网。IGBT模块是光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件，新能源发电行业的迅速发展将成为IGBT模块行业持续增长的又一动力。在国际节能环保的大趋势下，IGBT下游的风电产业、光伏和新能源汽车、等领域发展迅速，对IGBT模块需求逐步扩大，新兴行业的加速发展将持续推动IGBT市场的高速增长。以风电为例，2020年，是我国风电行业获得爆发性增长的一年，全国风电新增并网装机7167万千瓦，其中陆上风电新增装机6861万千瓦、海上风电新增装机306万千瓦。到2020年底，全国风电累计装机2.81亿千瓦，其中陆上风电累计装机2.81亿千瓦、海上风电累计装机939万千瓦。
2012-2020年中国风电装机累积量与增量统计图
数据来源：国家能源网，华经产业研究院整理
以光伏为例，中国光伏行业几经曲折，目前已经形成了成熟且具有竞争力的产业链，成为我国为数不多的、可同步参与国际竞争并在产业化方面取得领先优势的新兴产业之一。同时，作为光伏补贴的最后一年，我们也看到了国内光伏产业的成长力。2020年光伏新增装机量为48.2GW，同比2019年增长60.4%。
2015-2020年中国光伏行业历年新增装机量统计图
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以新能源汽车为例，IGBT模块在新能源汽车领域中发挥着至关重要的作用，是新能源汽车电机控制器、车载空调、充电桩等设备的核心元器件。其中电机控制器+锂电池+汽车电机=新能源汽车动力系统，电机控制器相当于传统汽车的发动机，而其中的IGBT模块相当于是汽车动力系统的“CPU”。受益于政策的优惠，我国新能源汽车市场从2015年开始快速发展，新能源汽车产销量大幅上升;随后2019年受到补贴倒退和疫情的影响，产销量增速放缓。2019年国内新能源汽车销量为120.6万辆，比2018年下降4%。目前，为了缓解疫情对新能源汽车行业的影响，我国推迟补贴政策至2021年，行业发展正逐渐恢复中。2020年，新能源汽车销量完成139.73万辆。
2015-2020年中国新能源车销量统计图
数据来源：华经产业研究院整理
在国内新能源汽车IGBT模块市场中，英飞凌公司中是绝对的龙头，市场占比58.2%，相比2016年33%的市场占比，其市场地位有了进一步的巩固。比亚迪微电子则在多年的技术积累中，逐渐成长为中国IGBT市场份额第二大企业，2019年占比为18%。
2019中国新能源汽车功率模块各供应商市场份额
数据来源：华经产业研究院整理
三、IGBT现状分析
IGBT功率器件需要承受高电压和大电流，对于稳定性、可靠性要求最高，在产品设计和工艺实现时需要考虑绝缘、耐压、散热、抗干扰、电磁兼容性等诸多因素；需要经过长时间研发积累逐步掌握；从1988年至今，一代IGBT产品生命周期平均长达10年，富士、三菱等海外企业已推出第七代IGBT，国内领先企业已具备第六代量产能力，紧跟在后。
各代IGBT芯片的特性
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2019年全球IGBT市场达到54.2亿美元；中国大陆为24.2亿美元，中国市场在全球占比48%，同时，2016-2019年复合增速约为20%左右；中国IGBT应用占比为IGBT分立21%、IGBT模组50%、IPM模组30%。未来IGBT将持续向高电压、大电流和高集成度模组升级；模组和IPM模块应用占比有望提升。
2015-2019年中国和全球IGBT市场规模统计图
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相关报告：华经产业研究院发布的《2021-2026年中国IGBT行业投资分析及发展战略研究咨询报告》；
中国IGBT应用占比分布基本情况
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四、IGBT竞争格局
由于IGBT对设计及工艺要求较高，而国内缺乏IGBT相关技术人才、工艺基础薄弱且企业产业化起步较晚，因此IGBT市场长期被大型国外跨国企业垄断。虽然规模占比全球一半左右的市场份额，然而尖端产品基本全部依赖进口。2019中国IGBT市场占比前三的分别是英飞凌、三菱电机和富士电机。其中占比最高的是英飞凌，为16%。
2019年中国IGBT市场竞争格局基本状况
数据来源：华经产业研究院整理
英飞凌脱胎于西门子半导体部门，作为少数几家掌握IGBT芯片核心技术的公司，其IGBT芯片产量居全球首位，一些电力半导体厂家均从英飞凌购买IGBT芯片用于封装IGBT模块。英飞凌的超薄IGBT芯片加工技术对其他厂家也是一个巨大的技术挑战，在全球功率半导体市场，英飞凌连续9年名列榜首。2019年全球IGBT市场占比最高仍然为稳居第一的英飞凌，为33%，第二第三分别是来自日本的富士电机和来自美国的安森美，分别占比12%和8%。
2019全球IGBT市场竞争格局基本状况
数据来源：华经产业研究院整理
五、行业前景分析
就发展趋势而言，中国功率半导体市场规模占世界市场的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上，90%主要依赖进口，基本被国外欧美、日本企业垄断。而中国IGBT产业目前在国家利好政策的推动下取得了一定的技术进步，在新能源发电行业和新能源汽车行业的迅速发展将成为IGBT模块行业持续增长的重要发展动力，推动了中国IGBT朝着国产化的目标快速发展。
就技术方面而言，未来IGBT模块技术将围绕芯片背面焊接固定与正面电极互连两方面不断改进，有望将无焊接、无引线键合及无衬板/基板等先进封装理念及技术结合起来，将芯片的上下表面均通过烧结或压接来实现固定及电极互连，同时在模块内部集成更多其他功能元件，如温度传感器、电流传感器及驱动电路等，不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。目前IGBT芯片普遍采用平面栅或者沟槽栅结构，并运用软穿通体结构与透明集电极区结构技术，以及各种增强型技术，以提高综合性能和长期可靠性。高压IGBT模块技术还是以标准的焊接式封装为主，中低压IGBT模块产品则出现了很多新技术，如烧结取代焊接，压力接触取代引线键合，无衬板/基板封装等。未来IGBT将继续朝着集成化、智能化、小型化的方向发展。
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