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1、2020年中国IGBT行业市场需求及IGBT芯片技术未来发展趋势分析图 一、下游多领域驱动IGBT行业快速成长 1、工业控制为IGBT最大市场领域，需求稳定增长 工业控制为IGBT最大市场需求领域，需求稳定增长。IGBT模块是变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的核心元器件，且已在此领域中得到广泛应用。目前，随着工业控制及电源行业市场的逐步回暖，预计IGBT模块在此领域的市场规模亦将得到逐步扩大。 变频器行业 变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的
2、电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 IGBT模块在变频器中不仅起到传统的三极管的作用，同时包含了整流部分的作用。控制器产生的正弦波信号通过光藕隔离后进入IGBT，IGBT再根据信号的变化将380V（220V）整流后的直流电再次转化为交流电输出。 近年来，国内变频器行业的市场规模总体呈上升态势。2016年国内变频器行业的市场规模为416.77亿元，平均4年复合增长率为8.74%。2017年国内变频器市场规模约453.2亿元。近年来，变频器市场中国内自主研发能力有所提升，特别是
3、高压变频器在2017年的专利申请数稳定在160项以上。同时，在实体经济的拉动作用下，变频器已进入新能源领域，在冶金、煤炭、石油化工等工业领域将保持稳定增长，在城市化率提升的背景下，变频器在市政、轨道交通等公共事业领域的需求也会继续增长，从而促进市场规模扩大。未来几年，具有高效节能功能的高压变频器市场将受政策驱动持续增长，到2023年，高压变频器的市场将达到175亿元左右。数据来源：公开资料整理 逆变焊机行业 逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。这种电源一般是将三相工频（50赫兹）交流网路电压，先经输入整流器整流和滤波，变成直流，再通过大功率开关电子元件（IGBT）的交替开关作
4、用，逆变成几千赫兹至几万赫兹的中频交流电压，同时经变压器降至适合于焊接的几十伏电压，后再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。近年来，国内电焊机数量保持稳定增长趋势。2018年国内电焊机产量为853.3万台，同比2017年增加了58.46万台。电焊机市场的持续升温亦将保证IGBT需求量逐步增大。数据来源：公开资料整理 2、新能源汽车行业是驱动IGBT发展的重要领域 智研咨询发布的2020-2026年中国IGBT行业产业运营现状及发展前景分析报告数据显示：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
5、+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”。数据来源：公开资料整理 随着新能源汽车从48V/MHEV（轻混合电动车）逐渐向PHEV/FHEV（混合电动车）再向BEV（纯电动车）发展，单台汽车中功率半导体含量大幅提升，48V/MHEV和PHEV/FHEV车型，2018年的单台汽车的功率半导体含量相对于传统汽车分别增加了75美金和300美金，而BEV纯电动车中功率半导体的含量为455美金。由于IGBT是新能源电动汽车的核心元器件之一，单台电动汽车的功率半导体含量的大幅提升，必将带来单台电动汽车IGBT价值量的提升。数据来源
6、：公开资料整理 从新能源电动汽车成本来看，占比较大的零部件是电池、电机、电控系统、电驱动零部件等，分别大概占到40%、15%、12%、8%。IGBT模块作为电控系统的核心零部件，大概占到电控系统成本的30-40%左右，粗略估计IGBT模块占到整车成本的4-5%左右。数据来源：公开资料整理 近年来全球新能源汽车销量快速增长，全球新能源乘用车的销量将由2019年的221万辆增长到2025年的1200万辆，年均复合增长率将达到32.6%，而中国作为全球最大的新能源汽车市场，占比将维持在40-50%份额。数据来源：公开资料整理 2016年全球电动车销量大概200万辆，共消耗了大概9亿美金的IGBT，平
7、均每辆车450美金。预计随着全球电动车的销量提升，IGBT在电动车领域的市场将在2022年达到20亿美金。数据来源：公开资料整理 此外，随着新能源汽车的不断普及，对于充电桩的需求日益增加，也会拉动IGBT的需求。由于中国新能源汽车市场最大，每年新增的充电桩数量也是全球最多。从2010年的1000桩左右的建设规模到2018年的30万桩左右的建设规模，2019年上半年又新增22.5万桩。直流充电桩中，IGBT是最核心的部分，占总成本达到30%。我们认为，随着充电桩的新增规模不断提升，也会进一步拉动IGBT的需求。数据来源：公开资料整理 3、变频白色家电渗透率提升，拉动IGBT需求 随着节能环保的大
8、力推行，具有变频功能的白色家电将具有广阔的市场前景。具有变频功能的白色家电最核心的部件之一是其内部的“变频器”，而IGBT模块作为变频器的核心元器件，其高频开闭合功能能够带来以下优点：1、较小的导通损耗和开关损耗；2、出色的EMI性能，可通过改变驱动电阻的大小满足EMI需求的同时保持开关损耗在合理范围内；3、强大的抗短路能力；4、较小的电压尖峰（对家电起到保护作用）。中国作为全球最大的家电市场和生产基地，亦孕育着大规模的IGBT市场。变频白色家电的推广不仅仅能够促进IGBT模块市场的持续扩张，更能够给IGBT模块提供稳定的市场需求。近年来国内白色家电变频系列销量占比逐渐提升。空调系列：2012
9、年到2018年，国内变频空调销量从3016万台提升到6434万台，渗透率从28.94%提升到42.70%，仍有较大的提升空间；冰箱系列：2012年到2018年，国内变频冰箱销量从363万台提升到1665万台，渗透率从4.80%提升到22.15%，仍有很大提升空间；洗衣机系列：2012年到2018年，国内变频洗衣机销量从577万台提升到2163万台，渗透率从10.36%提升到32.97%，同样有很大提升空间。数据来源：公开资料整理数据来源：公开资料整理数据来源：公开资料整理 我们认为随着国内白色家电变频系列产品的渗透率的逐渐提升，将会不断地拉动IGBT的需求。 4、新能源发电逐渐成熟，驱动IGB
10、T持续成长 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。近年来国内新能源发电设备容量保持快速增长趋势。从2016年到2019年，国内新能源发电设备容量一直保持快速增长，并网风电发电设备容量从14864万千瓦增加到21005万千瓦，并网太阳能发电设备容量从7742万千瓦增加到20468万千瓦，新能源发电设备容量（风电和太阳能发电）占全口径发电设备容量比重
11、从13.74%增加到20.63%。数据来源：公开资料整理 二、IGBT芯片技术的发展趋势 IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的缩写，即绝缘栅双极型晶体管。它是由BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件，既有MOSFET的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点，又有BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，在高压、大电流、高速等方面是其他功率器件不能比拟的，因而是电力电子领域较为理想的开关器件，是未来应用发展的主要方向。正是由于具有上述优点，IGBT自20世纪80年代末开始工业化应用以来发展迅速，不仅在工业应用中取代了MOSF
12、ET和GTR，甚至已扩展到SCR及GTO占优势的大功率应用领域，还在消费类电子应用中取代了BJT、MOSFET等功率器件的许多应用领域。数据来源：公开资料整理数据来源：公开资料整理数据来源：公开资料整理Transistor/IGBT/MOSFET参数对比Transistor/IGBT/MOSFET参数对比参数通态压降通流能力导电电荷开关速度应用频率驱动方式温度系数数据来源：公开资料整理 IGBT技术的发展目标是：大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化和高可靠性。传动领域（如电力牵引机车）和智能电网领域都需要大功率IGBT的应用，英飞凌、东芝、三菱、西门子等公司高压IGBT器件已可做到6500V，ARPAE（先进能源分析计划署）更是推出了SiCIGBT模块，电压能达到15kV。IGBT芯片发展趋势是：薄片工艺，主要是减少热阻，减小衬底电阻从而减小通态损耗;管芯，主要是提高器件电流密度，十余年来管芯面积减少了23；大硅片，硅片由5英寸变为12英寸，面积增加了5.76倍，折算后每颗芯粒的成本可大为降低；新材料方面主要以SiC和GaN宽禁带半导体材料为代表。IGBT芯片技术的发展IGBT芯片技术的发展序号第一代第二代第三代第四代第五代第六代数据来源：公开资料整理