2021年IGBT市場空間與斯達半導公司優勢分析報告（40頁）.pdf

1、IGBT 已迭代至第 7 代，優化方向在于減少功率損耗和增加功率密度，目前性能提升趨于極致。IGBT 芯片最早出現于 1980S，在英飛凌、三菱等德日大廠的推動下持續迭代，目前已迭代至第七代。盡管各廠商迭代過程技術路徑存在差異，但均以降低損耗和提高功率密度作為重點升級方向，具體升級措施包括：(1)器件縱向結構：非穿通型(NPT)結構 擁有緩沖層的穿通型(PT)結構場截止型(FS)、軟穿通型(SPT)結構;(2)元胞結構：平面柵結構垂直于芯片表面的溝槽型結構;(3)硅片的加工工藝：外延生長技術 區熔硅單晶。從第一代的平面穿通型到第七代微溝槽電場截止型，IGBT 芯片迎來全面升級，以 1200V

2、IGBT 芯片為例，第 7 代產品相比第 1 代，芯片面積減少 75%以上，厚度減少 45%以上，功率密度增加 8 倍，功率損耗也降低 80%以上。SiC 有望引領性能全面提升，但高成本制約普及節奏，未來有望與 Si-IGBT 共存。由于 Si-IGBT 和 Si-FRD 組成的 IGBT 模塊在追求低損耗的道路上走到極致，意法半導體、英飛凌等功率器件廠商紛紛開始研發 SiC 技術。與 Si 基材料相比，SiC 器件的優勢集中體現在：1)SiC 帶隙寬，工作結溫在 200以上，耐壓可達 20kV;2)SiC 器件體積可以減少至 IGBT 的 1/31/5，重量減少至 40%60%;3)功耗降低

3、 60%80%，效率提升 1%3%，續航提升約 10%。在多項工況測試下，SiC MOSFET 相比 Si-IGBT 在功耗和效率上優勢顯著。根據產業調研，特斯拉在 Model 3 部分版本的主電控中使用 SiC-MOSFET 替代 Si-IGBT。同時 SiC 材料也存在以下亟待提升之處：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，柵氧可靠性存在問題。受限于高成本 SiC 器件普及仍需時日，疊加部分應用場景更加看重穩定性，我們認為未來 SiC 在逐步滲透的過程中將與 Si-IGBT 一同成長。而斯達半導順應產業發展趨勢，前瞻布局 SiC

4、 領域：一開始先外購 Cree 的 SiC MOSFET 芯片封裝為模塊，已成功切入宇通電動大巴供應鏈;目前自建 6 寸晶圓產線，切入 SiC 器件制造環節。IGBT 下游應用廣泛，其中電動車、消費電子、工控等需求最為旺盛。行業內對 IGBT 傾向于按照應用場景的電壓等級加以分類，主要分為低壓(600V 以下)、中壓(600V1200V)和高壓(1700V 以上)三個主要電壓等級。低電壓范圍 IGBT 廣泛應用于多種 3C 產品，消費電子行業采用的 IGBT 產品一般為 600V 以下，此外燃油車微混系統 BSG 用的 IGBT 也只有 48V;中壓范圍 IGBT 主要應用在新能源汽車、光伏、工控等下游行業，其中在新能源汽車領域是電控系統的核心元件(600V-1200V)，也是車載空調控制系統和大功率直流充電樁的關鍵部件;高壓領域范圍 IGBT 應用于智能電網(柔性直流輸電)、軌道交通、風力/光伏發電等領域。從下游需求看，新能源汽車(含充電樁)、變頻家電、工業控制及新能源發電是 IGBT 主要的應用領域，占比分別達 31%/27%/20%/11%，其中新能源車及變頻家電也是未來增速最快的下游，我們將在第三章中具體分析。