【1. IGBT：電力電子行業中的核心器件】
在電力電子行業裏，IGBT被稱作「CPU」。
IGBT的綜合效能很優秀。IGBT的全名叫絕緣柵雙極型晶體管，是由絕緣柵型場效應管和雙極型三極管這兩部份組成的。它有MOSFET輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關速度快，還有BJT通態電流大、導通壓降低、損耗小等優點，是功率半導體今後主要的發展方向之一。
IGBT效能優異，下遊套用很廣泛。
IGBT有高功率密度、驅動電路簡單、安全工作區寬等特點，所以成了中大功率、中低頻率電力電子器材的首選。在工作頻率不到105Hz時，矽基IGBT是功率半導體器件的首選，功率在幾千瓦到十兆瓦之間，一般用在工業控制（像變頻器、逆變焊機、不間斷電源這些）、新能源汽車（主電驅、OBC、空調、轉向等方面）、新能源發電（光伏逆變器、風電變流器）、變頻白電（IPM）、軌域交通（牽引變流器）、智能電網等領域。
IGBT技術的發展走向
從正面柵極結構來講，它的結構有一個演化過程，是從平面柵發展到溝槽柵，再到最新的微溝槽柵，現在市場上主流的IGBT芯片大多是溝槽柵結構的。柵極結構從平面發展成溝槽這種變化，對提高電流密度有好處，還能讓導通壓降降低，元胞尺變小，制造成本也能降低。
從體結構方面看，它經歷了三代的演變，分別是穿通型（PT，Punch Through）、非穿通型（NPT，Non - Punch Through）和場截止型（FS，Field Stop）。
IGBT芯片憑借持續的技術叠代，各項效能指標持續最佳化。從最初的平面穿通型（PT）發展到2018年的精細溝槽柵場截止型，芯片面積、工藝線寬、導通壓降、關斷時間以及功率損耗等各項技術指標一直在不斷最佳化。
英飛淩IGBT芯片的叠代經過。
英飛淩的IGBT芯片技術已經叠代到了第七代，從最開始的平面穿通型IGBT發展到微溝槽場截止IGBT。（這裏沒把僅有單管封裝產品的IGBT芯片列出來）。
【2.空間：新能源等驅動IGBT需求持續增長】
全球IGBT市場的規模已經突破了66億美元。
全球IGBT的市場規模一直在增長，現在已經超66億美元了。研究機構Omdia的數據顯示，在過去差不多十年裏，全球IGBT市場規模持續擴大，2012年是32億美元，到2020年就變成66億美元了，這八年的復合增長率大概是10%。從全球範圍來說，工控和新能源汽車是IGBT下遊需求占比最大的兩個領域。從下遊需求來看（數據是2017年的），工控是IGBT目前需求最大的市場，占比達到37%；新能源汽車是第二大市場，需求占比為28%；接下來是新能源發電和變頻白電市場，它們的需求占比分別是9%和8%。
全球IGBT市場裏，中國市場規模占了將近四成，而且增長速度還更快。
中國IGBT市場規模漲得特別快，2019年就已經超150億元了。智研咨詢的數據顯示，中國IGBT市場規模增速很快，2012年是60億元，到2019年就變成155億元了，復合增長率在15%上下，比全球IGBT市場規模的增速要高。
工控是IGBT需求的基本盤，以後會穩步增長。
IGBT可是變頻器、逆變焊機、UPS電源、電磁感應加熱這些傳統工業控制和電源行業裏的核心元器件。就拿工控領域裏最常用的變頻器來說吧，變頻器就是把固定的電壓和頻率轉變成電壓與頻率都能變化的器材，一般是由整流、濾波、逆變、制動、驅動和檢測這些電路組成的。IGBT一般用在變頻器的逆變電路和制動電路裏，主要是用在逆變電路。變頻器靠內部IGBT的開合來調整輸出電源的電壓和頻率。
IGBT最重要的增量市場：新能源汽車
在新能源汽車裏，IGBT可是核心元器件呢。這IGBT在新能源汽車中被廣泛運用，整車效能受它的影響很大。新能源汽車中，電機控制器、車載充電器（OBC）、車載空調，還有給新能源汽車充電的直流充電樁，這些地方都主要用到了IGBT。
在新能源發電方面，IGBT在光伏和風電行業裏被廣泛運用。
光伏發電得經過光伏逆變器才能並入電網，而IGBT是光伏逆變器的核心部件。光伏逆變器在太陽能光伏發電系統裏屬於關鍵器材，它能把光伏發電產生的直流電轉變成符合電網電能質素要求的交流電，IGBT是光伏逆變器的核心部件。
變頻白電，IGBT有個重要的套用領域，那就是變頻家電。
在中國，變頻白色家電的滲透率一直在不斷提高。中國白色家電裏的三大品類，它們的銷量這幾年穩定在大概3億左右。而且，由於節能減排的要求越來越高，中國白色家電的變頻化比率也在持續上升。產業線上的數據顯示，2021年的時候，空調、冰箱和洗衣機的變頻化率分別是68%、34%和46%，以後這個比率還會進一步提高。
軌域交通裏，IGBT在軌域交通牽引方面是個核心器件。
交流傳動技術是現代軌域交通牽引傳動方面的主要選擇，也是核心技術。交流傳動是這麽個原理：車輛透過集電弓從接觸網獲取單相交流的高壓電，把這電傳給車載牽引變壓器降壓，接著用整流器把它變成直流電，再讓逆變器把直流電轉變成調頻調壓的三相交流電，最後給到交流牽引電機，這一整個過程有交 - 直 - 交的轉換。交流傳動有這些優勢：（1）牽引和制動效能不錯；（2）功率因數高，產生的諧波幹擾小；（3）電機功率大，體積小，重量輕，執行起來可靠性高；（4）動態效能和粘著利用的效果好。
【3.格局：外資壟斷集中度高，國產替代持續加速】
IGBT這個行業，進入的壁壘特別高。
技術壁壘：IGBT的技術涉及IGBT芯片、模組的設計與制造。（1）IGBT芯片得在大電流、高電壓、高頻率環境裏工作，這對芯片可靠性要求很高；芯片設計還得讓開通關斷、抗短路能力、導通壓降達到均衡。所以IGBT芯片自主研發要求特別高，設計和參數的調整最佳化既特殊又復雜，需要積累很多行業經驗（know how）。（2）IGBT芯片制造環節難度也不小，一是IGBT芯片背面工藝難，二是IDM模式自己建產能要投入大量資金，Fabless模式得和代工廠在技術和工藝上深度磨合。（3）在模組這塊，因為模組整合度高，又在大電流、高電壓、高溫等惡劣環境下工作，所以在模組設計和制造工藝時得同時考慮絕緣、耐壓、散熱、電磁幹擾等很多因素。要讓IGBT模組產品有高可靠性、穩定性和一致性，也得長時間積累行業經驗。
市場壁壘：IGBT作為下遊套用產品的關鍵器件，其效能、可靠性與穩定性會直接影響下遊產品的效能。所以，客戶引入IGBT時，驗證測試周期很長，替換成本也高。這樣一來，客戶挑選IGBT時往往比較保守謹慎，而且選定之後，想要更改和替換的意願都很弱。
IGBT的壁壘很高，所以就形成了一種格局，這種格局就是被少數外資壟斷。
全球IGBT市場現在被德國、日本和美國的企業壟斷著。IGBT行業的進入門檻挺高的，外資廠商開展業務又早，先發優勢很顯著（英飛淩第一代IGBT產品1988年就有了），所以就形成了現在這種德日美等國企業壟斷IGBT市場的情況。當前全球IGBT排名前五的廠商是英飛淩、三菱、富士電機、安森美和賽米控。英飛淩、三菱、富士電機和安森美都是IDM模式，把產業鏈的上中下遊垂直整合起來了，構建起很強大的有利競爭。
格局有了變化：國產不斷進步，再加上供應鏈安全這一因素，國產替代就換擋提速了。
國產替代加速有內在原因：（1）IGBT屬於功率半導體器件，技術叠代慢、周期長，一代產品能用很久，超十年。而且客戶大多看重IGBT產品的穩定性和可靠性，不太想追求新技術（英飛淩2007年推出的第四代IGBT芯片現在還是行業主流產品）。所以，盡管國內IGBT廠家起步晚，但行業給了本土廠家足夠的發展和追趕時間，現在國內IGBT廠商技術發展快，已經有產品能大量滿足下遊客戶需求了。（2）本土IGBT企業服務更到位，能很快回應下遊客戶需求，產品價格比外資企業有優勢，有助於下遊客戶降低成本。（報告來源：未來智庫）
【4.國內車規級IGBT產業鏈梳理】
國內車規級IGBT的產業鏈。
車規級IGBT產業鏈主要有四個環節：一是芯片設計，二是晶圓制造，三是模組封裝，四是下遊的電控系統套用。
本土企業裏，時代電氣和比亞迪在業務上是垂直整合的，從IGBT芯片設計一直到最末端的電控系統都有涉及；士蘭微是IDM大廠，業務也完整涵蓋芯片設計、晶圓制造和模組封裝；斯達和宏微都是Fabless模式，一心撲在芯片設計和模組封裝方面，晶圓制造外包給晶圓代工廠來做；智新半導體和青藍半導體只專註於模組封裝這一塊；華虹、積塔和中芯紹興專門做IGBT晶圓代工的活兒。
斯達半導的營收在穩定增長，新能源所占的比例也在不斷提升。
公司的營業收入一直在穩定增長，過去五年的復合增長速度達到了41.5%，在營收方面呈現出穩定的增長性。由於公司下遊的工業控制、新能源汽車、新能源發電和變頻白電等行業發展得很快，再加上公司IGBT產品的進口替代比例不斷提高，公司營業總收入從2016年的3.01億元增加到了2021年的17.07億元，五年間的復合增長率達到了41.5%這麽高。
比亞迪半導體可是車規級IGBT方面的領先企業呢。
這家公司在國內車規級半導體企業裏處於領先地位。它以前是比亞迪半導體事業部（第六事業部），現在主要做功率半導體（IGBT、碳化矽器件）、智能控制IC（MCU芯片、電源IC）、智能傳感器和光電半導體的研發、生產與銷售工作。
時代電氣：高壓IGBT領域的龍頭要進軍車規級市場了。
軌交裝備的龍頭企業一直在拓展新興裝備業務。這家公司主要做軌域交通裝備產品的研發、設計、制造、銷售和相關服務，像軌域交通電氣裝備、軌域工程機械、通訊訊號系統這些都在其產品範圍內。同時呢，這個公司也不斷在拓展軌域交通以外的新興業務，像功率半導體器件、工業變流產品、新能源汽車電驅系統、傳感器和海工裝備等都是。
【5.碳化矽——第三代半導體功率器件大有可為】
碳化矽材料的效能很優越。
像矽、鍺這樣的元素半導體，還有砷化鎵、碳化矽、氮化鎵之類的化合物半導體材料，在半導體裏是比較常見的。按照研究和大規模套用時間的先後順序，在業內一般會把半導體材料分成三代：
第一代半導體材料的代表是矽和鍺，集成電路是其典型套用。在半導體材料裏，矽基的產量最大，套用範圍也最廣。
第二代半導體材料以砷化鎵為代表。砷化鎵的電子遷移率是矽的6倍還多，它的器件有著高頻、高速的光電效能，所以在光電子和微電子領域被廣泛運用。
第三代半導體材料以碳化矽和氮化鎵為代表。跟前兩代半導體材料比起來，碳化矽禁頻寬度大、擊穿電場強度高、熱導率高、電子飽和速率高，抗輻射能力也強。這些特性讓它適合在高壓、高頻、高溫的環境裏使用，在電力電子領域制造高功率半導體器件時特別適用。
碳化矽器件在效能上也比矽基器件要好。
碳化矽材料有很棒的特性，以它為基礎制成的碳化矽功率器件在電氣效能方面很優越：
碳化矽材料的擊穿電場強度是傳統矽基材料的十倍呢，所以碳化矽功率器件的耐高壓效能可比同規格的矽基功率器件強多了。
耐高溫這方面呢，碳化矽有兩個優勢。其一，碳化矽的熱導率是矽材料的三倍還多。在功率一樣的時候，它散熱能力更好，溫度能更低，這樣一來，在器件散熱設計上要求就沒那麽高了，有助於提高整合度，讓器件朝著小型化發展。其二，碳化矽的禁頻寬度是矽基的三倍還不止呢。禁頻寬度越寬，器件能承受的極限工作溫度就越高（半導體器件在高溫下會出現載流子本征激發現象，這會讓器件沒法用了），所以碳化矽功率器件的極限工作溫度能超過600℃，但現在矽基的IGBT工作溫度通常是175℃。
碳化矽飽和電子漂移速度超矽兩倍多，這樣一來，碳化矽器件導通電阻就更低，導通時損耗小。而且碳化矽器件沒有電流拖尾的情況，開關損耗也比矽基器件低，還能實作更高的開關頻率。
碳化矽產業會快速發展起來。
新能源汽車的套用帶動了碳化矽器件市場的高速增長。Yole預測，因為碳化矽在新能源汽車、工業和能源等方面的需求在增加，全球碳化矽器件市場會從2021年的10億美元增長到2027年的60多億美元，復合增長率能達到34%。汽車碳化矽器件市場呢，會從2021年的6.85億美元增長到2027年的大概50億美元，復合增長率高達40%，到2027年的時候，汽車碳化矽器件市場規模會占碳化矽器件市場總規模的80%上下。
【報告節選：】
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精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站
