2021年IGBT市场空间与斯达半导公司优势分析报告（40页）.pdf

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1、IGBT 已迭代至第 7 代，优化方向在于减少功率损耗和增加功率密度，目前性能提升趋于极致。IGBT 芯片最早出现于 1980S，在英飞凌、三菱等德日大厂的推动下持续迭代，目前已迭代至第七代。尽管各厂商迭代过程技术路径存在差异，但均以降低损耗和提高功率密度作为重点升级方向，具体升级措施包括：(1)器件纵向结构：非穿通型(NPT)结构 拥有缓冲层的穿通型(PT)结构场截止型(FS)、软穿通型(SPT)结构;(2)元胞结构：平面栅结构垂直于芯片表面的沟槽型结构;(3)硅片的加工工艺：外延生长技术 区熔硅单晶。从第一代的平面穿通型到第七代微沟槽电场截止型，IGBT 芯片迎来全面升级，以 1200V

2、IGBT 芯片为例，第 7 代产品相比第 1 代，芯片面积减少 75%以上，厚度减少 45%以上，功率密度增加 8 倍，功率损耗也降低 80%以上。SiC 有望引领性能全面提升，但高成本制约普及节奏，未来有望与 Si-IGBT 共存。由于 Si-IGBT 和 Si-FRD 组成的 IGBT 模块在追求低损耗的道路上走到极致，意法半导体、英飞凌等功率器件厂商纷纷开始研发 SiC 技术。与 Si 基材料相比，SiC 器件的优势集中体现在：1)SiC 带隙宽，工作结温在 200以上，耐压可达 20kV;2)SiC 器件体积可以减少至 IGBT 的 1/31/5，重量减少至 40%60%;3)功耗降低

3、 60%80%，效率提升 1%3%，续航提升约 10%。在多项工况测试下，SiC MOSFET 相比 Si-IGBT 在功耗和效率上优势显著。根据产业调研，特斯拉在 Model 3 部分版本的主电控中使用 SiC-MOSFET 替代 Si-IGBT。同时 SiC 材料也存在以下亟待提升之处：1)目前 SiC 成品率低、成本高，是 IGBT 的 48 倍;2)SiC 和 SiO2界面缺陷多，栅氧可靠性存在问题。受限于高成本 SiC 器件普及仍需时日，叠加部分应用场景更加看重稳定性，我们认为未来 SiC 在逐步渗透的过程中将与 Si-IGBT 一同成长。而斯达半导顺应产业发展趋势，前瞻布局 SiC

4、 领域：一开始先外购 Cree 的 SiC MOSFET 芯片封装为模块，已成功切入宇通电动大巴供应链;目前自建 6 寸晶圆产线，切入 SiC 器件制造环节。IGBT 下游应用广泛，其中电动车、消费电子、工控等需求最为旺盛。行业内对 IGBT 倾向于按照应用场景的电压等级加以分类，主要分为低压(600V 以下)、中压(600V1200V)和高压(1700V 以上)三个主要电压等级。低电压范围 IGBT 广泛应用于多种 3C 产品，消费电子行业采用的 IGBT 产品一般为 600V 以下，此外燃油车微混系统 BSG 用的 IGBT 也只有 48V;中压范围 IGBT 主要应用在新能源汽车、光伏、工控等下游行业，其中在新能源汽车领域是电控系统的核心元件(600V-1200V)，也是车载空调控制系统和大功率直流充电桩的关键部件;高压领域范围 IGBT 应用于智能电网(柔性直流输电)、轨道交通、风力/光伏发电等领域。从下游需求看，新能源汽车(含充电桩)、变频家电、工业控制及新能源发电是 IGBT 主要的应用领域，占比分别达 31%/27%/20%/11%，其中新能源车及变频家电也是未来增速最快的下游，我们将在第三章中具体分析。