據Yole最新報導,IGBT 市場正在進入一個新階段,矽、SiC 和 GaN 並存,每一種都滿足特定的性能和成本要求。雖然 SiC 正在迅速發展,尤其是在 800V 電動汽車平台和高效工業系統中,但 IGBT 仍然在高功率、高電壓和成本敏感型應用中佔據主導地位,例如 HEV/PHEV、太陽能逆變器、風力渦輪機、UPS、鐵路牽引和電網基礎設施。可再生能源和充電應用領域的系統電壓不斷上升,超高功率系統中閘流體的使用逐漸減少,以及有利於成熟、可擴展的IGBT技術的強勁價格壓力,都增強了市場動能。受系統整合趨勢的支援,模組化需求增長速度超過了離散元件,而離散元件市場仍然主要由工業和消費應用驅動。與此同時,市場正受到重大供應鏈變動的影響,包括整合、新的投資以及中國、歐洲和美國之間的地緣政治緊張局勢。這些因素直接影響著製造能力、技術變革和競爭地位。Yole預計,到 2030 年,IGBT 裝置市場總額將達到 134 億美元,復合年增長率為 7.5%(2024 年至 2030 年)。儘管碳化矽正在迅速獲得市場認可,但在混合動力汽車、太陽能、風力發電、UPS、鐵路和電網應用等對成本敏感且功率高的市場中,IGBT 仍將是不可或缺的。系統功率(kW)和電壓(V)不斷提高的趨勢有利於IGBT的發展,IGBT在高壓、大電流應用中具有顯著優勢。它們將繼續作為矽MOSFET的有力替代方案,而矽MOSFET主要用於低功率、低電壓系統。IGBT的應用及主要需求驅動因素:1、混合動力和經濟型電動汽車2、系統電壓上升:更大的太陽能、儲能系統、風能和電動汽車直流充電系統正在向更高的電壓發展(500V 至 1,000V / 1,000V 至 1,500V 等),這強化了高壓 IGBT 的作用。3、從閘流體轉向:在高功率、高電壓應用中,由於效率更高,IGBT 正在穩步取代閘流體。4、成本壓力:多個市場上的激烈價格競爭有利於IGBT相對於SiC器件的發展。5、穩健性和可靠性:IGBT 具有穩健性和可靠性,在鐵路、海上風電、國防和航空航天等6、關鍵應用中佔據有利地位,在這些應用中,高功率和高電壓處理能力至關重要。不利的一面是,IGBT面臨著來自SiC MOSFET日益激烈的競爭,尤其是在800V純電動汽車和某些工業應用領域,例如電動汽車直流快速充電器。隨著SiC價格的持續下降,這種競爭可能會蔓延到低成本電動汽車領域。中國處於IGBT供應鏈重組的中心未來幾年,由於諸多因素的影響,IGBT供應鏈將發生顯著變化:1、應用領域:混合動力汽車市場的興起、“經濟型電動汽車”趨勢、眾多應用(太陽能、電池儲能系統、風能、電動汽車直流充電器)系統規模的不斷擴大,以及由此帶來的系統功率和電壓的提升。現有IGBT廠商憑藉合適的解決方案贏得了這些市場,並將從這些趨勢中獲益。2、市場環境:地緣政治問題和貿易壁壘,“中國+1”戰略,“中國製造,中國製造”戰略、不斷增長的軍事和國防應用市場、多個市場(太陽能、風能、電動汽車)的高成本壓力,以及印度等對成本敏感的新興市場。3、技術:IGBT 製造向更大晶圓的過渡,以及 SiC 裸晶片和封裝的改進。4、供應鏈變化:垂直整合趨勢與合作、中國IGBT廠商崛起、中國在許多IGBT應用領域(電動汽車、太陽能、風能、儲能系統)的主導地位、巨大的中國國內市場以及NTD矽服務提供商的產能有限。5、觸達客戶至關重要。由於中國在許多IGBT應用領域(電動汽車、太陽能、風能、儲能系統)佔據主導地位,因此在中國設有生產基地或擁有強大中國市場管道的IGBT廠商享有競爭優勢,其銷售額在未來幾年有望增長。6、受國內電動汽車、太陽能和風能需求的支撐,中國廠商正在崛起(華潤微電子、斯達半導體、比亞迪半導體、士蘭微電子、華虹宏力)。一些200毫米矽晶圓廠正在被改造用於生產碳化矽器件,而IGBT領域的領軍企業則專注於300毫米晶圓。擁有300毫米晶圓生產能力的製造商(例如英飛凌、士蘭)相比那些僅限於200毫米晶圓生產的製造商,在成本方面具有結構性優勢。向更大直徑(FZ 6英吋至8英吋和CZ 300毫米)的過渡有利於擁有300毫米晶圓生產能力的矽晶圓製造商,而小直徑FZ晶圓供應商的需求則在下降。儘管 SiC 和 GaN 功率電子技術的發展重點十分明確,但許多企業仍在投資 IGBT 技術——整個行業的合作與併購仍在繼續。IGBT創新正從器件架構轉向晶圓技術、製造效率和封裝矽基IGBT技術正日趨成熟,創新方向已從器件架構轉向晶圓技術、製造效率和封裝。儘管SiC和GaN在研發領域仍佔據主導地位,但矽基IGBT在許多高壓和成本敏感型應用中仍然不可或缺,持續降低成本、改進晶圓級工藝和最佳化熱管理是保持競爭力的關鍵。晶圓:300 毫米晶圓在 CZ 晶圓上的產量不斷增加,從而帶來規模和成本優勢。赤身裸體:多代IGBT(包括場截止型IGBT、CSTBT和RC-IGBT)在效率和性能方面均取得了顯著提升。然而,這項技術正逐漸接近其物理和架構極限——如今的進步是漸進式的(“微調”),並且通常針對特定應用。由於 SiC MOSFET 的成本預計將在 2024-2025 年期間大幅下降,IGBT 將需要專注於積極的成本最佳化,以保持競爭力,尤其是在汽車和可再生能源市場。IGBT 涵蓋範圍很廣(高達 6.5 kV),包括為 OEM 定製的非標準電壓等級。封裝:IGBT 的封裝開發雖然不如 WBG 器件那樣活躍,但仍然至關重要。IGBT功率模組必須在高性能(散熱管理、穩健性和可靠性)與成本競爭力之間取得平衡。目前已出現三種降低IGBT模組成本而不大幅犧牲性能的主要策略:1. 提高功率密度:採用更小的IGBT晶片和更少的元件;2. 使用“足夠好”的材料和簡化封裝;3. 最佳化製造工藝。許多中國廠商專注於追趕(非中國)IGBT的歷史性能標竿,而全球領先企業(例如英飛凌、富士電機、三菱電機)則始終處於創新前沿。中國廠商需要五年以上的時間才能趕上IGBT歷史領先企業的技術水平。(半導體行業觀察)