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1、SiC、IGBT市场发展现状解析在世界各国针对脱碳、可再生能源需求不断增加以及提高电源效率的背景下，功率半导体市场持续增长,据YoleGroup报告显示,2022年全球功率半导体市场规模达到209亿美元，2022年至2028年将以8.1%的复合年增长率(CAGR)增长，意味着到2028年将达到333亿美元。中国是全球最大的功率半导体消费国，近年来在碳达峰、碳中和发展规划等政策驱动以及产业投资增加多重因素推动下，功率半导体产业链日渐完善，下游应用市场加速拓展,特别是新能源汽车、光伏、储能等新兴产业的崛起，成为拉动功率半导体持续增长的新引擎，未来市场前景十分广阔。在功率半导体市场,IGBT是主要代
2、表器件，占据了绝大部分市场,虽有说法基于硅基的IGBT正在达到其性能极限，潜力愈来愈小，但短时间来看其地位依旧不可动摇，一方面是技术仍在突破，目前主流迭代的技术是第七代，但实际第八代技术也已开发完成，只是尚未大规模推广市场；另一方面则是还有汽车、光伏、储能以及新兴消费电子等领域，对IGBT的应用需求在持续增长，可以说IGBT的整体潜力还有较大的挖掘空间。此外，则是以第三代半导体材料碳化硅为代表的宽禁带功率半导体器件,正凭借其耐高压高温、低导通电阻、低能量损耗等优异性能，开始广泛应用于大功率电力电子场景，特别是在新能源汽车上正快速渗透，呈现爆发式的增长态势，是功率半导体市场未来增长的主要动力。不
3、久前，由艾邦智造主办的第二届功率半导体IGBT/SiC产业论坛在深圳顺利举行，围绕功率半导体行业的各方面问题，多家产业链企业及科研院所在会上发表了自己的见解，本文参考各嘉宾的演讲内容,对目前IGBT、SiC等产业发展状况进行深入探讨，助力功率半导体行业的健康持续发展。想要了解更多功率半导体产业信息，加强与产业链上下游企业的交流合作，欢迎加入艾邦的功率半导体产业链交流社群，扫描以下二维码即可加入产业链微信群及通讯录。IGBT作为一种新型功率半导体器件,是电力电子行业的核心元器件,其能够根据工业装置中信号指令来调节电路中电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控的目的，因此被称为电力电子行业里的CP
4、lT,被广泛应用于新能源汽车、工业控制、白色家电、新能源发电、轨道交通等领域。自问世以来,IGBT技术不断迭代,路径方向主要是降低导通损耗、降低开关损耗以及提高在更大电压、电流、温度范围内稳定工作的能力，其纵向结构、栅极结构以及硅片加工工艺等方面也在持续升级改进，到如今已经历了七次大型技术演变，从核心指标来看，功率密度至少提高了3倍，能耗也降低到了刚开始的1/3。另外，如英飞凌等国外巨头还完成了第八代IGBT技术的开发，据了解，1200V整流器第8代IGBT采用IR最新一代有沟槽栅、场终止技术以及工业标准TO-24封装，能提供软关断特性，尽量减小dv/dt来降低EMI和过电压,提高了可靠性和耐
5、用性,拥有同类型最佳性能;国内企业也有相关的技术储备，如林众电子表示，其第八代IGBT正在预演，明年或可面世。不过新技术能出来不代表就能适用，就像IGBT虽然经过了多次迭代，但目前应用最广泛的依然是第四代产品，就用户而言，自然希望IGBT有更高的功率密度、更低的损耗，还有更小的体积等等，然而这些需求根本是相互矛盾的，技术迭代确实是沿着这一理想状态前进，在实际应用中，却要在真实需求、价格成本、产业供应等方面觅得平衡，这也是新一代IGBT尚未推广的主要原因，但从另一个角度来看的话，也意味着IGBT还有较大的潜力没有被完全挖掘。电动汽车及光伏是IGBT主要增量市场目前市场上IGBT依然处于供不应求的
6、状态，这一轮IGBT需求的高涨，主要是靠电动汽车、光伏储能等行业的带动，在消费电子应用市场尚未回暖的当下，只有这些新兴领域需求保持旺盛。电动汽车将是未来IGBT应用的最大市场，IGBT主要应用于电机驱动的主逆变器、充电相关的车载充电器（OBC）与直流电压转换器（DC/DC）,另外还在一些辅逆变器中完成小功率De-AC转换。据了解，一辆电动汽车使用的IGBT数量高达上百颗，是传统燃油车的七到十倍，能占到整车成本的7%-10%。据中国汽车协会数据，2022年中国新能源汽车销量达688.7万辆,同比增长95.60%,预计2023年销量将超过850万，而整车预计是2700万，占比已超过30%,以目前I
7、GBT新能源汽车单车价值量1900元计算,今年我国新能源汽车IGBT市场规模可达161.5亿元，可以预见，未来几年我国新能源车市场将继续保持高景气度，预计到2025年，IGBT市场规模可翻一倍，达到320亿元。IGBT是光伏逆变器、储能变流器的核心半导体部件，对电能起到整流、逆变等作用，以实现新能源发电的交流并网、储能电池的充放电等功能。其中光伏逆变器是主要应用场景，光伏IGBT占到逆变器成本的10%-15%,基本发电并网的需求，光伏IGBT对可靠性的要求非常高，光伏电池板发出的电能要输入到电网中，需要最大化的发挥出IGBT模块的性能以保持电网的稳定性。光伏也将是IGBT的第二大增量市场，根据
8、国家能源局数据，2023年前三季度，全国光伏新增装机12894万千瓦，同比增长145%,远超过去年全年，以0.16元/W价格来计算的话，光伏逆变器IGBT市场规模已达20.63亿元，未来随着光伏装机量的增长，对IGBT的需求也将继续攀升，另外，光伏逆变器中IGBT等电子元器件使用年限一般为10-15年，而光伏组件的运营周期是25年，意味着在生命周期内至少要更换一次，这也进一步扩大了IGBT在光伏上的使用量。受益于新能源汽车和新能源发电的需求大幅增加，中国IGBT市场规模将持续增长，据东海证券报告，到2026年，中国IGBT市场规模有望达到685.78亿人民币，年复合增长率达21.48%,从下游
9、占比来看，2026年预计新能源汽车、工业控制、变频白电、新能源发电、轨道交通分别为60%、18%、15%、6%以及1%,工业控制与变频白电市场虽大，但已然发展成熟，成长空间有限，而轨道交通则市场太小影响有限。国产IGBT产能快速上涨，自给率已达三成目前全球IGBT市场的集中度较高，海外厂商英飞凌、富士电机、三菱共占据了超过50%的市场份额，根据Omdia数据，2021年全球IGBT单管市场中，中国大陆企业只有士兰微以4%的市场份额进入前十；在模块市场，则有斯达半导和中车时代进入前十大厂商，分别占据3%和2%的市场。这主要是国内企业起步较晚，几大厂商基本在2000年左右进入IGBT赛道，而IGB
10、T拥有较高的技术壁垒，芯片设计、晶圆制造、封测与模块设计三大主要环节都各有难点，想要突破并不容易，国内厂商也基本集中在中低压领域，只有时代电气和斯达半导有高压3300V及以上的产品应用。近年来国内厂商也在加快IGBT的技术迭代，同时积极扩张产能，据中商产业研究院预计，2023年中国IGBT产量有望快速增长达到3624万只，自给率将达到32.90%,已逐步突破产能受限问题。下游应用市场也从消费电子拓展到工控，并瞄准光伏需求，包括斯达半导、比亚迪半导体、新洁能等都已实现了在光伏领域的批量供货，车规级IGBT则由于认证周期长暂时没有太大进展，综合来看，国内厂商基于本土优势，售价较海外可降低20%左右
11、，拥有价格优势,如今在产能不缺的情况下，将进入加快国产替代的增长阶段。想要了解更多IGBT产业信息，加强与产业链上下游企业的交流合作，欢迎加入艾邦的功率半导体产业链交流社群，扫描以下二维码即可加入产业链微信群及通讯录。随着市场对高频、大功率电力电子需求的快速增长，硅基半导体器件的物理极限瓶颈逐渐凸显，由此以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料逐渐走向产业化。从材料性能来看，碳化硅拥有3倍于硅材料的禁带宽度、10倍的临界击穿电场强度、3倍的热导率，因此碳化硅功率器件适合于高频、高压、高温等应用场合，有助于提高电力电子系统的效率和功率密度。目前SiC二极管以及SiCMOSFET已逐步走向市场，
12、有了较为成熟的产品，其中SiC二极管因为不存在反向恢复电荷的优点，在一些领域开始替代硅基二极管得到广泛应用；SiCMOSFET也逐渐应用于汽车、储能、充电桩、光伏等领域；在汽车应用领域，模块化趋势越发凸显，SiC的优越性能需要依靠先进的封装工艺来实现，技术上以相对成熟的壳封为主流，未来或向塑封发展，其定制化开发的特性更适合SiC模块。碳化硅价格下降速度或超想象碳化硅器件的应用主要受到成本高昂的限制，同一级别下SiCMOSFET的价格比Si基IGBT高4倍，这是因为碳化硅的工艺复杂，其中单晶与外延的生长不仅对环境要求苛刻，而且生长速度慢，单晶加工成衬底又要经过切抛磨环节，基于自身材料特性和加工技
13、术不成熟，国内衬底的良率还不到50%,种种因素导致衬底、外延价格居高不下。然而碳化硅器件与硅基器件的成本构成又截然相反，前道的衬底、外延成本分别占整个器件的47%、23%,合计约70%,后道的器件设计、制造、封测环节仅占30%,硅基器件生产成本则主要集中在后道的晶圆制造约50%,衬底成本反而只占7%,碳化硅产业链价值量倒挂的现象意味着上游衬底外延厂商掌握着核心话语权，是国内外企业布局的关键所在。从市场上的动态来看，降低碳化硅成本，除了改进碳化硅长晶及切片工艺外，就是扩大晶圆尺寸，这也是过往半导体发展的成熟路径，WoIfSPeed数据显示，碳化硅衬底从6英寸升级到8英寸，合格芯片产量可以增加80
14、%-90%,并且有助于提高良率，可以将单位综合成本降低50%o2023年被称为8英寸SiC元年，今年国内外碳化硅厂商都在加快对8英寸碳化硅的布局，如Wolfspeed疯狂的投资了145.5亿美元用于碳化硅扩产，其中重要部分就是建设8英寸SiC衬底制造工厂，以保障未来对多家企业的200毫米SiC裸片供应；国内天岳先进和天科合达也都与英飞凌签订了长期协议，未来将供应8英寸碳化硅衬底。从今年开始，碳化硅将加速从6英寸迈向8英寸，WOlfSPeed预计到2024年，8英寸衬底带来的单位芯片成本相较于2022年6英寸衬底的单位芯片成本降低超过60%,成本的下降将进一步打开应用市场，集邦咨询研究数据指出，
15、目前8英寸的产品市占率不到2%,预计到2026年市场份额将增长到15%左右。事实上，碳化硅衬底价格的下降速度或许超乎很多人的想象，当前市场上6英寸衬底的报价是4000-5000元/片,较年初已下降许多，预计明年可降至4000元以下，值得注意的是，有些厂商为了抢先获得市场，已将销售价格降至成本线以下，开启了价格战的模式，主要集中在碳化硅衬底供货已经相对充足的中低压领域，国内外厂商都在大肆扩张的产能，或让碳化硅衬底供过于求阶段来的比想象中更早。想要及时了解碳化硅价格变动信息，加强与产业链上下游企业的交流合作，欢迎加入艾邦的碳化硅半导体产业链交流社群，扫描以下二维码即可加入产业链微信群及通讯录。电动
16、汽车是碳化硅主要应用领域，占比最高能达8成电动汽车领域会是未来导电型碳化硅器件的主要应用场景，包括主驱逆变器、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（DC/DC）和非车载充电桩等，碳化硅器件也非常适合电动汽车，其能在更高的温度下实现高功率密度，提高汽车系统工作效率，同时超低的RDSon能有效降低功率损耗，并且还能显著降低电力电子系统的体积、重量,综合起来能提高电动汽车续航里程达10%左右。目前各大主流新能源汽车厂商都在积极布局碳化硅车型，如比亚迪汉EV、蔚来ES6、理想L9、小鹏G9、保时捷Tayan和现代ioniq5等车型都已经采用了碳化硅器件，据不完全统计，截至2023年上半年，全球已有40款SiC车型进入量产交付，可查到交付数据的SiC车型上半年累计销售达118.7万辆。2023年1-8月推出的SiC车型月份车型1月极氨001、比亚迪仰望、一汽红旗、极星POleStar、现代捷尼赛思、标致Inception
