IGBT，中国还落后五年？

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来 源 : 内容编译自Yole 。

据Yole最新报道，IGBT 市场正在进入一个新阶段，硅、SiC 和 GaN 并存，每一种都满足特定的性能和成本要求。

虽然 SiC 正在迅速发展，尤其是在 800V 电动汽车平台和高效工业系统中，但 IGBT 仍然在高功率、高电压和成本敏感型应用中占据主导地位，例如 HEV/PHEV、光伏逆变器、风力涡轮机、UPS、铁路牵引和电网基础设施。

可再生能源和充电应用领域的系统电压不断上升，超高功率系统中晶闸管的使用逐渐减少，以及有利于成熟、可扩展的IGBT技术的强劲价格压力，都增强了市场动能。

受系统集成趋势的支持，模块化需求增长速度超过了离散元件，而离散元件市场仍然主要由工业和消费应用驱动。

与此同时，市场正受到重大供应链变动的影响，包括整合、新的投资以及中国、欧洲和美国之间的地缘政治紧张局势。这些因素直接影响着制造能力、技术变革和竞争地位。

Yole预计，到 2030 年，IGBT 设备市场总额将达到 134 亿美元，复合年增长率为 7.5%。

尽管碳化硅正在迅速获得市场认可，但在混合动力汽车、光伏、风力发电、UPS、铁路和电网应用等对成本敏感且功率高的市场中，IGBT 仍将是不可或缺的。

系统功率和电压(V)不断提高的趋势有利于IGBT的发展，IGBT在高压、大电流应用中具有显著优势。它们将继续作为硅MOSFET的有力替代方案，而硅MOSFET主要用于低功率、低电压系统。

IGBT的应用及主要需求驱动因素:

1、混合动力和经济型电动汽车

2、系统电压上升:更大的光伏、储能系统、风能和电动汽车直流充电系统正在向更高的电压发展，这强化了高压 IGBT 的作用。

3、从晶闸管转向:在高功率、高电压应用中，由于效率更高，IGBT 正在稳步取代晶闸管。

4、成本压力:多个市场上的激烈价格竞争有利于IGBT相对于SiC器件的发展。

5、稳健性和可靠性:IGBT 具有稳健性和可靠性，在铁路、海上风电、国防和航空航天等6、关键应用中占据有利地位，在这些应用中，高功率和高电压处理能力至关重要。

不利的一面是，IGBT面临着来自SiC MOSFET日益激烈的竞争，尤其是在800V纯电动汽车和某些工业应用领域，例如电动汽车直流快速充电器。随着SiC价格的持续下降，这种竞争可能会蔓延到低成本电动汽车领域。

中国处于IGBT供应链重组的中心

未来几年，由于诸多因素的影响，IGBT供应链将发生显著变化:

1、应用领域:混合动力汽车市场的兴起、“经济型电动汽车”趋势、众多应用系统规模的不断扩大，以及由此带来的系统功率和电压的提升。现有IGBT厂商凭借合适的解决方案赢得了这些市场，并将从这些趋势中获益。

2、市场环境:地缘政治问题和贸易壁垒，“中国+1”战略，“中国制造，中国制造”战略、不断增长的军事和国防应用市场、多个市场的高成本压力，以及印度等对成本敏感的新兴市场。

3、技术:IGBT 制造向更大晶圆的过渡，以及 SiC 裸芯片和封装的改进。

4、供应链变化:垂直整合趋势与合作、中国IGBT厂商崛起、中国在许多IGBT应用领域的主导地位、巨大的中国国内市场以及NTD硅服务提供商的产能有限。

5、触达客户至关重要。由于中国在许多IGBT应用领域占据主导地位，因此在中国设有生产基地或拥有强大中国市场渠道的IGBT厂商享有竞争优势，其销售额在未来几年有望增长。

6、受国内电动汽车、光伏和风能需求的支撑，中国厂商正在崛起。

一些200毫米硅晶圆厂正在被改造用于生产碳化硅器件，而IGBT领域的领军企业则专注于300毫米晶圆。拥有300毫米晶圆生产能力的制造商相比那些仅限于200毫米晶圆生产的制造商，在成本方面具有结构性优势。向更大直径(FZ 6英寸至8英寸和CZ 300毫米)的过渡有利于拥有300毫米晶圆生产能力的硅晶圆制造商，而小直径FZ晶圆供应商的需求则在下降。

尽管 SiC 和 GaN 功率电子技术的发展重点十分明确，但许多企业仍在投资 IGBT 技术——整个行业的合作与并购仍在继续。

IGBT创新正从器件架构转向

晶圆技术、制造效率和封装

硅基IGBT技术正日趋成熟，创新方向已从器件架构转向晶圆技术、制造效率和封装。尽管SiC和GaN在研发领域仍占据主导地位，但硅基IGBT在许多高压和成本敏感型应用中仍然不可或缺，持续降低成本、改进晶圆级工艺和优化热管理是保持竞争力的关键。

晶圆:

300 毫米晶圆在 CZ 晶圆上的产量不断增加，从而带来规模和成本优势。

赤身裸体:

多代IGBT在效率和性能方面均取得了显著提升。然而，这项技术正逐渐接近其物理和架构极限——如今的进步是渐进式的(“微调”)，并且通常针对特定应用。

由于 SiC MOSFET 的成本预计将在 2024-2025 年期间大幅下降，IGBT 将需要专注于积极的成本优化，以保持竞争力，尤其是在汽车和可再生能源市场。

IGBT 涵盖范围很广，包括为 OEM 定制的非标准电压等级。

封装:

IGBT 的封装开发虽然不如 WBG 器件那样活跃，但仍然至关重要。

IGBT功率模块必须在高性能与成本竞争力之间

取得平衡。目前已出现三种降低IGBT模块成本而不大幅牺牲性能的主要策略:

1. 提高功率密度:采用更小的IGBT芯片和更少的元件；2. 使用“足够好”的材料和简化封装；3. 优化制造工艺。

许多中国厂商专注于追赶IGBT的历史性能标杆，而全球领先企业(例如英飞凌、富士电机、三菱电机)则始终处于创新前沿。中国厂商需要五年以上的时间才能赶上IGBT历史领先企业的技术水平。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第4231期内容，欢迎关注。

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