功率器件是電子裝置電能轉換與電路控制的核心，主要用於改變電壓和頻率。主要用途包括變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制等，同時具有節能功效。功率半導體器件廣泛應用於移動通訊、消費電子、新能源交通、軌道交通、工業控制、發電與配電等電力、電子領域，涵蓋低、中、高各個功率層級。

近年來，由於新能源汽車以及風光儲的強勢需求，功率半導體中，IGBT用量大幅增加，目前IGBT的交貨周期在50周以上。車用IGBT大廠此前表示，自傢車用IGBT訂單已滿載，但IGBT仍處於緊缺狀態。業內分析師則認為，IGBT的供需缺口大約在40%-50%左右。

閱讀這篇文章你會瞭解：1.什麼是IGBT?2.IGBT的技術路徑3.IGBT的市場空間4.SiC的影響幾何？

行業概覽

IGBT屬於雙極型、矽基功率半導體，具有耐高壓特性。融合瞭BJT（Bipolarjunction transistor，雙極型三極管）和MOSFET 的性能優勢 ， 結構為MOSFET+一個BJT，兼具BJT大電流增益和MOS壓控易於驅動的優勢，自落地以來在工業領域逐步替代MOSFET和BJT，目前廣泛應用於650-6500V的中高壓領域，屬於功率器件領域最具發展前景的賽道。

IGBT最常見的應用形式是模塊。大電流和大電壓環境多使用IGBT模塊，IHS數據顯示模塊和單管比例為3:1。而IPM是特殊的IGBT模塊，主要應用於中小功率變頻系統。

IGBT模塊主要有五種結構。以2 in 1模塊為例，模塊中封裝瞭兩組芯片，根據電流或功率要求不同每組可並聯多顆IGBT芯片（ IGBT芯片與FRD一一對應）

IGBT模塊的優勢：與單管相比，IGBT模塊：1）集成度更高，更節約體積2）多IGBT芯片並聯，電流規格更大3）減少外部電路連接的復雜性4）散熱性更好，可靠性提升

技術路徑

IGBT產業大致可分為芯片設計、晶圓制造、模塊封裝、下遊應用四個環節，其中設計環節技術突破難度略高於其他功率器件，制造環節資本開支相對大同時更看重工藝開發，封裝環節對產品可靠性要求高，應用環節客戶驗證周期長，綜合看IGBT屬於壁壘較高的細分賽道。

由於IGBT 芯片工作在大電流、高電壓的環境下，對可靠性要求較高，同時芯片設計需保證開通關斷、抗短路能力和導通壓降（控制熱量）三者處於均衡狀態，芯片設計與參數調整優化十分特殊和復雜，因而對於新進入者而言研發門檻較高（看重研發團隊的設計經驗）

IGBT應用端迭代節奏慢於研發端，目前市場主流水平相當於英飛凌第4代。由於IGBT屬於電力電子領域的核心元器件，客戶在導入新一代IGBT產品時同樣需經過較長的的驗證周期，且並非所有應用場景都追求極致性能，因此每一代IGBT芯片都擁有較長的生命周期。

IGBT制造的三大難點：背板減薄、激光退火、離子註入

IGBT的正面工藝和標準BCD的LDMOS區別不大，但背面工藝要求嚴苛（為瞭實現大功率化）。具體來說，背面工藝是在基於已完成正面Device和金屬Al層的基礎上，將矽片通過機械減薄或特殊減薄工藝（如Taiko、Temporary Bonding 技術）進行減薄處理，然後對減薄矽片進行背面離子註入，如N型摻雜P離子、P型摻雜B離子，在此過程中還引入瞭激光退火技術來精確控制矽片面的能量密度。

特定耐壓指標的IGBT器件，芯片厚度需要減薄到100-200μm，對於要求較高的器件，甚至需要減薄到60~80μm。當矽片厚度減到100-200μm的量級，後續的加工處理非常困難，矽片極易破碎和翹曲。

從8寸到12寸有兩個關鍵門檻：減薄要求從120um轉成80um，翹曲更嚴重，國內能解決背面高能離子註入（氫離子註入），設備單價高

IGBT模塊重視散熱及可靠性，封裝環節附加值高。IGBT模塊在實際應用中高度重視散熱性能及產品可靠性，對模塊封裝提出瞭更高要求。此外，不同下遊應用對封裝技術要求存在差異，其中車規級由於工作溫度高同時還需考慮強振動條件，其封裝要求高於工業級和消費級。

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設計優化、材料升級是封裝技術進化的兩個維度。

設計升級方面主要是：1）采用聚對二甲苯進行封裝。聚對二甲苯具有極其優良的導電性能、耐熱性、耐候性和化學穩定性。2）采用低溫銀燒結和瞬態液相擴散焊接。在焊接工藝方面，低溫銀燒結技術、瞬態液相擴散焊接與傳統的錫鉛合金焊接相比，導熱性、耐熱性更好，可靠性更高。

材料升級方面主要是：1）通過使用新的焊材，例如薄膜燒結、金燒結、膠水或甚至草酸銀，來提升散熱性能2）通過使用陶瓷散熱片來增加散熱性能3）通過使用球形鍵合來提升散熱性能。

市場空間

1個8寸晶圓可以產出259顆相應規格芯片，對應10個80KW的車規模塊（PS：包含瞭FRD芯片）

結論：一顆8寸晶圓可以滿足10輛A00級車的電控需求（80KW以下），5輛160KW的A級車的電控需求。

光伏：光伏逆變器中IGBT單位成本約0.02元/W。我們測算2019/20年全球光伏行業IGBT需求約23/27億元，我們預計2025年將伴隨光伏裝機增長至70億元（國內占比約60%，對應42億元），5 年CAGR超過20%。

風電：預計“十四五”期間國內風電年均裝機超50GW，年復合增速10%-15%。以1.5MW雙饋型風機為例，其中變流器中IGBT用量約21個（1700V/2400A）；目前風電變流器中IGBT單位成本約為0.025元/W。根據我們測算，2020年國內風電行業IGBT需求約9億元，預計2025年增長至17.5億元，5年CAGR接近15%。

光伏+風電整體需求增速約15~20%；若考慮儲能需求，實際增速更高。

IGBT模塊是變頻器、逆變焊機等傳統工業控制及電源行業的核心元器件,下遊增速約10~15% 。細分市場包括變頻器、工業電源、電焊機 、伺服器等。工控領域IGBT需求相對分散，國內市場空間約70~80億元，預計未來維持10~15%增速。

2020年初國傢推出新能效標準加速傢電的變頻化，行業增速約20%。以空調為例，國內2022年完全淘汰定頻空調，定速空調和變頻3級能效產品以下均不符合新國標，將淘汰目前在售的90%以上的定速空調型號和50%的變頻空調型號。IHS預計全球2017~22年變頻傢電出貨量CAGR達到19%。

變頻傢電多使用IPM，全球空間有望達百億級別。IPM（智能功率模塊）是一種特殊的IGBT模塊，集成瞭驅動、保護電路等。空調使用2顆IPM（內外機），其他傢電使用1顆IPM，單顆ASP在10~30元。基於IHS預測的變頻傢電出貨量測算，2017年到2022年全球傢電用IPM總需求將由49億元增長至117億元。

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目前 SiC 功率器件主要定位於功率在1kw-500kw之間、工作頻率在10KHz-100MHz之間的場景，特別是一些對於能量效率和空間尺寸要求較高的應用。

SiC的影響幾何

盡管1990s SiC襯底就已經實現產業化，但可靠性和高成本限制瞭行業普及。

SiC功率器件成本遠高於Si基功率器件，成本降低驅動逐步滲透：SiC 二極管：應用相對容易，和 Si 基產品價格差在3~5倍。在比特幣的螞蟻挖礦機的電源中有批量的商業應用，在高效能的(數據中心)電源、 PV、充電樁中已有不少應用。

SiC MOSFET：應用相對較難，和Si基產品價格差在~5倍，在 PV 逆變器、充電樁、電動汽車充電與驅動、電力電子變壓器等逐步開始應用。

根據IHS Markit數據，2018年SiC功率器件市場規模約3.9億美元。預計到2027年將超過100億美元，對應9年CAGR為43%。驅動力包括：

需求端：1）特斯拉引領下，新能源汽車逐步開始使用SiC MOS，拉動龐大需求（預計是最大也是最重要的市場）2）電力設備等領域的帶動

供給端：1）產品技術升級，SiC襯底尺寸從4寸轉向6寸，再向8寸升級2）產能擴張後產生規模效應

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直接成本增加：在逆變器中用SiC MOS替換IGBT，會增加約1~200美金的器件成本。

其他成本降低：1）SiC 可使控制器效率提升 2%~8，進而降低電池成本。根據CASA，電動車每百公裡電耗減少1kWh，電池成本節約1500元（反之，同樣的電池成本續航能力更強）。 2）由於高頻特性，配套的變壓器、電感等磁性元件成本降低（電感成本與頻率成反比）。3）逆變器體積減小，降低其他材料成本。4）低功耗、高工作結溫降低散熱要求。

電池容量更大的高端車型或電動大巴車，更容易率先引入SiC MOSFET。

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