IGBT模块行业分析
行业概述与产业链分析
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IGBT模块行业概述
IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块是一种重要的功率半导体器件。
1.结构
从结构上看，它是由IGBT芯片与续流二极管芯片通过特定的电路连接方式，共同封装在一个绝缘的模块外壳内。这种封装形式可以保护芯片不受外界环境干扰，同时便于安装和散热。
2.工作原理
在工作原理方面，IGBT模块结合了MOSFET（金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管）的高输入阻抗和双极型晶体管的低导通压降的优点。简单来说，当在其栅极施加适当的电压信号时，会控制IGBT模块的导通和关断状态，从而实现对电流的控制。例如，在电机驱动系统中，通过控制IGBT模块的通断来调节电机的转速和转矩。
3.特征
IGBT模块的主要特点包括高电压、大电流处理能力。
（1）其电压等级可以从几百伏到数千伏，能够满足高压应用场景的需求；电流容量也较大，可以承载数十安培到数千安培的电流，适用于大功率设备。
（2）而且它具有开关速度快的特性，能够快速地在导通和关断状态之间转换，这样可以有效减少功率损耗，提高设备的效率。
（3）另外，它的可靠性较高，在正常工作条件下能够长时间稳定运行，这对于工业控制和电力电子设备至关重要。
4.应用场景
从应用领域来看，IGBT模块在工业领域应用广泛，如工业电机驱动，包括各种工厂中的大型电机控制，像起重机、输送带等设备的电机驱动都需要IGBT模块。
（1）在电力系统中，用于高压直流输电、无功补偿等设备。
（2）在新能源领域，是光伏逆变器和风力发电变流器的核心部件，能够将直流电转换为交流电，实现电能的并网输送。
（3）在轨道交通领域，用于列车的牵引变流器，控制列车电机的运行，推动列车前进。
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IGBT模块产业链分析
1. 上游环节
（1）材料供应
（Ⅰ）硅片是IGBT模块制造的关键基础材料。高纯度、高质量的硅片对于芯片性能有着至关重要的影响。目前，全球硅片市场主要由少数几家大型企业主导，如日本信越化学、SUMCO等，这些企业在硅片的纯度控制、尺寸规格等方面技术先进，占据了高端硅片市场的较大份额。
（Ⅱ）除硅片外，还需要用到金属材料（如铝、铜等）用于电极制作，以及封装材料（如陶瓷、塑料等）。封装材料的性能直接关系到IGBT模块的散热、绝缘等关键性能。
（2）设备制造
制造IGBT芯片需要高精度的半导体制造设备，如光刻机、刻蚀机、离子注入机等。这些设备技术含量极高，全球市场主要被荷兰ASML、美国应用材料等公司垄断。例如，光刻机是芯片制造过程中的核心设备，其精度决定了芯片的制程和性能，ASML的极紫外光刻机（EUV）技术处于世界领先地位，是高端芯片制造不可或缺的设备。
2. 中游环节
（1）芯片设计与制造
（Ⅰ）在芯片设计阶段，需要专业的设计团队根据不同的应用需求（如电压等级、电流容量、开关速度等要求）进行电路设计。这涉及到复杂的半导体物理和电子电路知识，像英飞凌等国际巨头在芯片设计方面拥有大量的专利技术和丰富的经验，能够设计出高性能、高可靠性的IGBT芯片。
（Ⅱ）芯片制造过程包括外延生长、光刻、蚀刻、离子注入、扩散等多个复杂的工艺步骤。这个过程对生产环境的洁净度、温度、湿度等条件要求极高，并且需要严格的质量控制。目前，全球领先的芯片制造企业主要集中在亚洲地区，如台积电等，这些企业凭借先进的制造工艺和大规模的生产能力，在芯片制造领域占据优势地位。
（2）模块封装与测试
（Ⅰ）封装是将IGBT芯片和续流二极管芯片等按照一定的电路连接方式封装在模块外壳内的过程。封装技术的好坏直接影响到IGBT模块的散热性能、电气绝缘性能和机械稳定性。不同的应用场景对封装形式有不同的要求，例如，对于高功率密度的应用，需要采用先进的封装技术来提高散热效率。
（Ⅱ）测试环节对于保证IGBT模块的质量至关重要。需要对模块的电气性能（如耐压、电流容量、开关特性等）、热性能（如结温、热阻等）进行全面测试。只有通过严格测试的产品才能进入市场。
3. 下游环节
（1）工业应用
（Ⅰ）在工业电机驱动领域，IGBT模块广泛应用于各种电机控制系统，如机床、电梯、起重机等设备。通过控制电机的转速和转矩，实现设备的精确控制和高效运行。
（Ⅱ）在工业自动化生产线中，IGBT模块用于机器人的电机驱动、传送带的电机控制等，提高了生产效率和自动化程度。
（2）电力系统应用
（Ⅰ）在高压直流输电（HVDC）系统中，IGBT模块作为核心的换流器件，能够实现交流电和直流电之间的高效转换，对于远距离、大容量的输电具有重要意义。
（Ⅱ）在无功补偿装置中，IGBT模块可以快速地调节无功功率，提高电网的功率因数，稳定电网电压。
（3）新能源应用
（Ⅰ）在光伏产业中，IGBT模块是光伏逆变器的关键部件，将太阳能电池板产生的直流电转换为符合电网要求的交流电，实现光伏发电系统的并网。随着全球太阳能光伏发电装机容量的不断增加，对IGBT模块的需求也在持续增长。
（Ⅱ）在风力发电领域，IGBT模块用于风力发电变流器，将发电机产生的变频交流电转换为恒频交流电，并且能够实现对风力发电机的最大功率点跟踪（MPPT）控制，提高风能的利用效率。
（4）轨道交通应用
在地铁、高铁等轨道交通车辆中，IGBT模块用于牵引变流器，控制牵引电机的运行，实现列车的启动、加速、减速和制动。它能够根据列车的运行状态和速度要求，精确地调节电机的功率，为列车提供动力。
市场分析与竞争格局
1.IGBT市场分析
根据GlobalSearch的数据，2024年全球IGBT市场规模从2023年的83.2亿美元增长至94.8亿美元，年复合增长率达14.0%。根据预测，2024年中国IGBT市场规模将达到25.7亿美元，产量预计超过7,500万只，自给率或达40%。
2.IGBT竞争格局
（1）全球市场格局
（Ⅰ）从区域来看，欧洲地区约占IGBT芯片市场的35%，主要参与者有英飞凌、安森美、意法半导体等；亚太地区占比约为30%-35%，主要竞争者有三菱电机、富士电机、日立等；北美市场份额约为15%，主要竞争者有安森美、德州仪器等。
（Ⅱ）从厂商来看，国际巨头占据主导地位，如Mitsubishi Electric（三菱电机）、Infineon Technologies（英飞凌）、Fuji Electric（富士电机）和SEMIKRON等，这些企业凭借先进的技术、稳定的产品质量和完善的销售渠道，占据了全球IGBT市场的大部分份额，有数据显示，它们总共约占70%的市场份额。
（2）中国市场格局
本土企业崛起，在中国市场，虽然国际巨头仍占据一定份额，但本土企业如斯达半导、士兰微、比亚迪半导体、中车时代电气等也取得了显著进展。斯达半导是国内IGBT模块市场的领军企业之一，其产品广泛应用于新能源汽车和工业控制等领域；士兰微的IGBT产品在消费级白电领域具有较高的市场认可度；在IGBT驱动器领域，比亚迪半导体、中车时代电气、斯达半导等企业在国内市场上占据领先地位。
（3）IGBT模块行业黑马
（Ⅰ）青岛中微创芯电子有限公司
2024年完成pre-b轮融资，金额近亿元人民币。专注于新型功率半导体器件开发，掌握了比肩国外大厂的第7代IGBT芯片设计技术和目前国内集成度最高的IPM封测技术，产品广泛应用于工业变频、新能源汽车等领域。
（Ⅱ）浙江翠展微电子有限公司
入选2023年长三角数字经济独角兽（潜在）企业榜单，营收以年均超100%的速度增长。其车规级IGBT模块使用了自研芯片，开发了先进的封装材料，还在探索研究铜烧结等新型工艺。
（Ⅲ）黄山谷捷股份有限公司
专业从事功率半导体模块散热基板研发、生产和销售的国家高新技术企业，系车规级功率半导体模块散热基板行业的领先企业，是全球功率半导体龙头企业英飞凌新能源汽车电机控制器用功率半导体模块散热基板的最大供应商。
2.IGBT发展趋势
1.技术发展
超结及半超结器件将成为未来主要探索方向，宽禁带半导体材料应用将推动性能提升，智能IGBT模块集成更多功能和保护电路以提高系统可靠性和效率。
2.市场需求
新能源汽车、可再生能源发电、工业自动化等领域持续发展将使需求继续增长；中国等新兴市场国家技术研发和生产能力提升，将加速进口替代并在全球市场占比提高；应用领域会不断拓展，在5G通信、数据中心、智能电网等新兴领域应用将更广泛。
3.竞争格局
国际巨头仍具技术和市场优势，但国内企业通过技术创新、产品质量提升和销售渠道拓展，市场份额将逐步扩大，国产化进程加速，全球竞争将更加激烈。
4.产业政策
各国政府为推动半导体产业发展，会出台更多支持政策，包括资金补贴、税收优惠、研发投入等，为IGBT产业发展提供有力保障。
IGBT封装材料
1.超低模量与耐高温型硅凝胶Si6074A/B
长期耐高温215℃以上，双组分有机硅凝胶，低温快速固化。
2.耐低温与耐高温型硅凝胶Si6066A/B
长期耐高温230℃以上与耐-60℃以下，双组分有机硅凝胶，低温快速固化。
3.低CTE与耐高温型环氧树脂EP1716A/B
高机械强度、保护和强化环氧树脂灌封胶，高绝缘性、低CTE和低吸水率，阻燃与耐化学品稳定。
（来源蕞达黏合畿）
