今天我們先來(lái)簡(jiǎn)單聊一聊功率半導(dǎo)體中的IGBT，這是目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中非常熱門(mén)的一個(gè)賽道。

功率半導(dǎo)體屬于整個(gè)產(chǎn)業(yè)里的核心環(huán)節(jié)，位于半導(dǎo)體材料和設(shè)備之后。這里常提到一個(gè)詞，叫功率器件，有人覺(jué)得這倆是一回事，其實(shí)不是相同。

功率半導(dǎo)體包括兩部分：功率器件和功率IC，功率器件是功率半導(dǎo)體分立器件的分支，而功率IC則是將功率半導(dǎo)體分立器件與各種功能的外圍電路集成而得來(lái)。

功率半導(dǎo)體的功能主要是對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對(duì)電路進(jìn)行控制，改變電子裝置中的電壓和頻率，直流或交流等，均具有處理高電壓，大電流的能力。

理想情況下，轉(zhuǎn)化器在打開(kāi)的時(shí)候沒(méi)有任何電壓損 失，在開(kāi)閉轉(zhuǎn)換的時(shí)候沒(méi)有任何的功率損耗，因此功率半導(dǎo)體的產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新，主要是為了提高能量轉(zhuǎn)化效率。

功率器件率里，率先發(fā)展的是功率二極管和三極管，隨后晶閘管開(kāi)始快速發(fā)展。

現(xiàn)在，MOSFET和IGBT逐漸崛起，也曾經(jīng)歷了平面型、溝槽型等轉(zhuǎn)變，至今依然是價(jià)值含量最高，技術(shù)壁壘最高的功率器件。

不過(guò)目前絕大多數(shù)分立器件和集成電路都是硅基材質(zhì)，前文提到的碳化硅和氮化鎵材質(zhì)的功率器件是未來(lái)的趨勢(shì)。感興趣可以看看前文《碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈最全分析》。

IGBT學(xué)名為絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT(雙極型三極管)和 MOSFET(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的全控-電壓驅(qū)動(dòng)的功率半導(dǎo)體。

因此IGBT同時(shí)具備兩者優(yōu)點(diǎn)，在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的，它是電力電子領(lǐng)域較為理想的開(kāi)關(guān)器件。

根據(jù) Yole 統(tǒng)計(jì)，目前全球功率半導(dǎo)體中約 50%是功率 IC，其余的一半是功率分立器件。

在功率分立器件銷售 2017 年占比中，MOSFET 占比最高，約占 31%，其次是二極管/整流橋占比約 29%，晶閘管和 BJT 等占分立器件約 21%，IGBT 占比19%，但是其復(fù)合增速是最快的。

IGBT 的產(chǎn)業(yè)鏈包括了上游的 IC 設(shè)計(jì)，中游的制造和封裝，下游應(yīng)用則包括工控、新能源、家電、電氣高鐵等領(lǐng)域。

根據(jù)封裝形式可分為 IGBT 分立器件、IGBT 模塊以及 IPM三大類產(chǎn)品。

IGBT 分立器件指一個(gè)IGBT 單管和一個(gè)反向并聯(lián)二極管組成的器件。

IGBT 模組指將多個(gè)（兩個(gè)及以上）IGBT芯片和二極管芯片以絕緣方式組裝到 DBC 基板上，并進(jìn)行模塊化封裝。

IPM 則指將功率器件（主要為 IGBT）和驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)電流、溫度監(jiān)視和超溫保護(hù)電路等外圍電路集成再一起生產(chǎn)的一種組合型器件。

目前模塊封裝已成為IGBT核心競(jìng)爭(zhēng)力之一，適用于各種高電壓場(chǎng)景。

此外，IGBT企業(yè)主要有三種業(yè)務(wù)模式：IDM、設(shè)計(jì)和模組。

IDM模式即垂直整合制造商，包含電路設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試以及投向消費(fèi)市場(chǎng)全環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)。這種模式對(duì)企業(yè)的技術(shù)、資金和市場(chǎng)份額要求極高。

設(shè)計(jì)模式即企業(yè)自身專注于芯片設(shè)計(jì)，而將芯片制造外協(xié)給代工廠商生產(chǎn)制造，而芯片代工廠負(fù)責(zé)采購(gòu)硅片和加工生產(chǎn)。這種模式對(duì)資金要求降低，減少了投資風(fēng)險(xiǎn)，能夠快速開(kāi)發(fā)出終端需要的芯片。

國(guó)外巨頭大多采用IDM模式，國(guó)內(nèi)企業(yè)典型如斯達(dá)半導(dǎo)，采用 Fabless+模組的模式。

中國(guó)企業(yè)比較傾向于Fabless模式，主要因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體并不需要特別高精尖的晶圓代工，單獨(dú)建產(chǎn)線資本回收期很長(zhǎng)，而且國(guó)內(nèi)有較多工藝成熟的代工廠，因此作為后進(jìn)者，國(guó)內(nèi)企業(yè)采用Fabless有利于快速追趕。

IGBT行業(yè)具備技術(shù)壁壘，由于功率半導(dǎo)體和模擬IC類似，不像數(shù)字電路可通過(guò) EDA 等軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，功率半導(dǎo)體需要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行不斷調(diào)整與妥協(xié)，因此對(duì)工程師的經(jīng)驗(yàn)要求更高。

而且由于IGBT工作環(huán)境惡劣，使用負(fù)荷較重，對(duì)其性能穩(wěn)定性和可靠性要求較高，所以設(shè)計(jì)和制造的方面都存在較高壁壘。

除提高可靠性外，IGBT未來(lái)也會(huì)朝著更高密度、更大晶圓、更薄厚度發(fā)展。此外，更高熱導(dǎo)率的材料、更厚的覆銅層、更好的集成散熱功能也是IGBT模塊的發(fā)展方向。

IGBT產(chǎn)品生命周期較長(zhǎng)，以英飛凌為例，雖然現(xiàn)在更新到第七代，但20年前發(fā)布的第三代產(chǎn)品在3300V、4500V、6500V等高壓領(lǐng)域依然占據(jù)主導(dǎo)地位，第四代產(chǎn)品仍是目前使用最廣泛的IGBT芯片技術(shù)。

而且新產(chǎn)品的穩(wěn)定性通常需要時(shí)間驗(yàn)證，所以很多客戶即使知道有新產(chǎn)品，依然選擇購(gòu)買老產(chǎn)品。這導(dǎo)致業(yè)內(nèi)大廠產(chǎn)品的替換成本高，具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

作為制造業(yè)大國(guó)，功率半導(dǎo)體器件在我國(guó)的工業(yè)、新能源、軍工等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，具有很高的戰(zhàn)略地位。

功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，可以說(shuō)是半導(dǎo)體行業(yè)非常重要的細(xì)分領(lǐng)域。今天呢，飛鯨投研來(lái)詳細(xì)介紹一下功率半導(dǎo)體行業(yè)。

一、功率半導(dǎo)體行業(yè)概況

功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要是通過(guò)利用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)電源開(kāi)關(guān)和電力轉(zhuǎn)換的功能，具體用途包括變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開(kāi)關(guān)等。

1.功率半導(dǎo)體分類

功率半導(dǎo)體按照封裝形式和集成化程度可分為功率分立器件、功率模組及功率IC。

①功率半導(dǎo)體分立器件：指二極管、晶閘管等用于處理電能的器件，其本身在功能上不能再進(jìn)行細(xì)分。

②功率模塊：由兩個(gè)或兩個(gè)以上半導(dǎo)體分立器件芯片按一定電路連接并進(jìn)行模塊化封裝，主要應(yīng)用于高壓大電流場(chǎng)合，如新能源汽車主驅(qū)逆變、高鐵/動(dòng)車組等。

③功率IC：指將高壓功率器件與其控制電路、外圍接口電路及保護(hù)電路等集成在同一芯片的集成電路。

在功率器件中，晶體管份額最大，常見(jiàn)的晶體管主要有BJT、MOSFET和IGBT。

①M(fèi)OSFET：是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是一種廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管，更適用于高頻場(chǎng)景。

②IGBT：是絕緣柵雙極晶體管，是同時(shí)具備MOSFET的柵電極電壓控制特性和BJT的低導(dǎo)通電阻特性的全控型功率半導(dǎo)體器件，更適用于高壓場(chǎng)景。

2.功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈

功率半導(dǎo)體上游為原材料，包括硅片（研磨片、拋光片和外延片）、鉬片、引線框架、管殼及散熱器等，涉及材料工業(yè)、裝備制造業(yè)、化學(xué)工業(yè)等行業(yè)，原材料價(jià)格直接影響到下游企業(yè)整體成本。功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用廣泛，幾乎涵蓋所有電子制造業(yè)，包括為消費(fèi)電子、工業(yè)控制、電力傳輸和新能源等領(lǐng)域。

3、功率半導(dǎo)體應(yīng)用范圍

功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用廣泛，基本上涉及到電力系統(tǒng)的地方都會(huì)使用功率器件。下游應(yīng)用領(lǐng)域主要可分為幾大部分：消費(fèi)電子、新能源汽車、可再生能源發(fā)電及電網(wǎng)、軌道交通、白色家電、工業(yè)控制，市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)?；诓煌瑧?yīng)用場(chǎng)景所對(duì)應(yīng)的功率和頻率，人們選擇使用相應(yīng)的功率器件和基材。

4、功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)規(guī)模

受益于下游需求拉動(dòng)，全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)。根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2020年全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模422億美元，預(yù)計(jì)2024年將達(dá)到538億美元。

全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)基本被歐洲、美國(guó)、日本廠商主導(dǎo)。根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2020年全球功率分立器件和模組市場(chǎng)規(guī)模209億美元，其中英飛凌占比19.7%，排名第1；安森美占比8.3%，排名第2；意法半導(dǎo)體占比5.5%，排名第3；Top10廠商合計(jì)占比58.7%，市場(chǎng)集中度較高。

中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模也保持持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2020年中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模153億美元，占全球市場(chǎng)36.3%，預(yù)計(jì)2024年將達(dá)到197億美元。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，電源管理IC占比61%，MOSFET占比20%，IGBT占比14%。

二、功率半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)格局

盡管國(guó)內(nèi)發(fā)展前景向好，但不管是從技術(shù)儲(chǔ)備或是營(yíng)收能力上還與外國(guó)企業(yè)有著一定的差距。

根據(jù)Omdia發(fā)布的2021年全球功率半導(dǎo)體十強(qiáng)榜單。從榜單來(lái)看，全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)依舊被美日歐把控，如同過(guò)去的十幾年一樣。且前十名中，排名第一的德國(guó)英飛凌(Infineon)和第二名的美國(guó)安森美(Onsemi)的地位十分穩(wěn)固，第三名往后的排名變化迅速。

全球功率半導(dǎo)體十強(qiáng)中有一半為日本企業(yè)，包括三菱電機(jī)（第4）、富士電機(jī)（第5）、東芝（第6）、瑞薩（第9）、ROHM（第10）。歐洲占據(jù)3席，除了第一的英飛凌和第三的意法半導(dǎo)體外，還有位于荷蘭的恩智浦。美國(guó)，此次除了排名第二的安森美外，威世也榜上有名，排名第七。

中國(guó)僅有一家企業(yè)入選——聞泰科技旗下的安世半導(dǎo)體，排第八名。所以，國(guó)產(chǎn)廠商在巨大的成長(zhǎng)空間面前仍然要面對(duì)高難度的競(jìng)爭(zhēng)。

A股約有20余家從事功率半導(dǎo)體相關(guān)業(yè)務(wù)的上市公司，除了聞泰科技、斯達(dá)半導(dǎo)、揚(yáng)杰科技、華潤(rùn)微、士蘭微、比亞迪半導(dǎo)體等大廠以外，也有一些專注于特定領(lǐng)域的中小企業(yè)。

1、捷捷微電

捷捷微電專業(yè)從事功率半導(dǎo)體芯片和器件的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售，具備以先進(jìn)的芯片技術(shù)和封裝設(shè)計(jì)、制程及測(cè)試為核心競(jìng)爭(zhēng)力的IDM業(yè)務(wù)體系為主。

目前，公司的晶閘管系列產(chǎn)品、二極管及防護(hù)系列等產(chǎn)品采用垂直整合（IDM）一體化的經(jīng)營(yíng)模式，即集功率半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)、制造、器件設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)試、終端銷售與服務(wù)等縱向產(chǎn)業(yè)鏈為一體；公司的MOSFET系列產(chǎn)品采用Fabless+封測(cè)的業(yè)務(wù)模式。

2、新潔能

新潔能是國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體芯片及器件設(shè)計(jì)龍頭。主營(yíng)為功率半導(dǎo)體芯片和器件的研發(fā)、設(shè)計(jì)及銷售。

新潔能具備完善的MOSFET產(chǎn)品矩陣，技術(shù)實(shí)力和銷售規(guī)模處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。公司基于全球半導(dǎo)體功率器件先進(jìn)理論技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)先產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)率先掌握超級(jí)理論技術(shù)，并量產(chǎn)屏蔽柵功率MOSFET及超結(jié)功MOSFET的企業(yè)之一；也是國(guó)內(nèi)最早同時(shí)擁有溝槽型功率MOSFET、超結(jié)功率MOSFET、屏蔽柵功率MOSFET及IGBT四大產(chǎn)品平臺(tái)的本土企業(yè)之一。

3、東微半導(dǎo)

東微半導(dǎo)主要從事高性能功率器件研發(fā)與銷售，是國(guó)內(nèi)少數(shù)具備從專利到量產(chǎn)完整經(jīng)驗(yàn)的高性能功率器件設(shè)計(jì)公司之一，并在應(yīng)用于工業(yè)級(jí)及汽車級(jí)領(lǐng)域的高壓超級(jí)結(jié)MOSFET、中低壓功率器件等產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化替代。

4、華微電子

專注于功率半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)研發(fā)、芯片制造、封裝測(cè)試、銷售等業(yè)務(wù)，中國(guó)功率半導(dǎo)體器件行業(yè)連續(xù)十年排名第一。

三、總結(jié)

未來(lái)隨著車規(guī)級(jí)IGBT需求驅(qū)動(dòng)以及第三代半導(dǎo)體加速滲透，持續(xù)看好IGBT和SiC&GaN布局的“小而美”成長(zhǎng)型公司，同時(shí)“龍頭賽道”具備長(zhǎng)期配置價(jià)值。飛鯨投研認(rèn)為功率半導(dǎo)體在將來(lái)有望成為國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)度最快的細(xì)分領(lǐng)域之一。