(报告出品方/作者:东吴证券,黄细里)
1. IGBT:电力电子行业中的核心器件
IGBT被称为电力电子行业的“CPU”
IGBT具有优秀的综合性能。IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管,它由绝缘栅型场效应管和双极型 三极管两个部分组成,其兼具MOSFET输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快和 BJT通态电流大、导通压降低、损耗小等优点,是功率半导体未来主要的发展方向之一。
凭借优异的性能,IGBT拥有广泛的下游应用
IGBT凭借着高功率密度、驱动电路简单以及宽安全工作区等特点,成为了中大功率、中低频率 电力电子设备的首选。在工作频率低于105Hz的范围内,硅基IGBT是首选的功率半导体器件,其 功率范围涵盖几千瓦至十兆瓦,典型的应用领域包括工业控制(变频器、逆变焊机、不间断电源 等);新能源汽车(主电驱、OBC、空调、转向等);新能源发电(光伏逆变器、风电变流器); 变频白电(IPM);轨道交通(牵引变流器);智能电网等。
IGBT技术发展趋势
从正面栅极结构上来看,其结构经历了从平面栅向沟槽栅以及最新的微沟槽栅的演化,目前市场 主流的IGBT芯片以沟槽栅为主。栅极结构从平面向沟槽的发展有利于提高电流密度、降低导通 压降、降低元胞尺并降低制造成本。
从体结构上来看,其经历了从穿通型(PT,Punch Through)到非穿通型(NPT,Non-Punch Through)再到场截止型(FS,Field Stop)三代的演化。
通过不断的技术迭代,IGBT芯片各项性能指标不断优化。从最早的平面穿通型(PT)迭代至 2018年的精细沟槽栅场截止型,IGBT芯片的各项技术指标如芯片面积、工艺线宽、导通压降、 关断时间和功率损耗等均得到了不断优化。
英飞凌IGBT芯片迭代历程
从最初的平面穿通型IGBT到微沟槽场截止IGBT,英飞凌的IGBT芯片技术引进迭代到了第七代。 (此处没有列出仅有单管封装产品的IGBT芯片)。
2.空间:新能源等驱动IGBT需求持续增长
全球IGBT市场规模已超过66亿美元
全球IGBT市场规模持续增长,目前已经超过66亿美元。根据研究机构Omdia的数据,全球IGBT市 场规模在过去近十年中保持持续增长,从2012年的32亿美元增长至2020年的66亿美元,八年间的 复合增长率在10%左右。 全球范围内来看,工控和新能源汽车是IGBT需求占比最大的两个下游领域。分下游需求来看 (2017年数据),工控是IGBT目前最大的需求市场,需求占比达到37%;新能源汽车位居第二大 市场,需求占比为28%;其次是新能源发电和变频白电市场,两者的需求占比分别为9%和8%。
中国IGBT市场规模占到全球近四成,且增速更快
中国IGBT市场规模迅速增长,2019年已超过150亿元。根据智研咨询的数据,中国IGBT市场规 模增长迅速,从2012年的60亿元增长至2019年的155亿元,复合增速在15%左右,相比全球IGBT 市场规模的增速更高。
工控:IGBT需求基本盘,未来将实现稳步增长
IGBT是变频器、逆变焊机、UPS电源和电磁感应加热等传统工业控制及电源行业的核心元器件。 以工控领域最常用的变频器为例,变频器是把固定电压、固定频率变换成电压和频率可变化的设 备,其通常由整流部分、滤波部分、逆变部分、制动电路、驱动电路和检测电路等组成。IGBT 通常应用在变频器中的逆变电路以及制动电路中,其中以逆变电路的应用为主。变频器依靠内部 IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率。
新能源汽车:IGBT最重要的增量市场
IGBT是新能源汽车中的核心元器件。IGBT在新能源汽车中得到了广泛的应用,对整车的性能有 着重要的影响。IGBT在新能源汽车中的主要应用包括电机控制器、车载充电器(OBC)、车载 空调、以及为新能源汽车充电的直流充电桩中。
新能源发电:IGBT广泛应用在光伏和风电行业
光伏发电需要通过光伏逆变器后并入电网,IGBT是光伏逆变器的核心部件。光伏逆变器是太阳 能光伏发电系统中的关键设备之一,其作用是将光伏发电所产生的直流电转化为符合电网电能质 量要求的交流电,IGBT则是光伏逆变器的核心部件。