技术|IGBT的国产代替和技术趋势功率|ic|器件|半导体|技术

功率半导体行业整体成长稳健，周期性相对小
功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率半导体细分为功率器件（分立器件的一支）和功率IC（集成电路的一支）。理想情况下，完美的转化器在打开的时候没有任何电压损失，在开闭转换的时候没有任何的功率损耗，因此功率半导体这个领域的产品和技术创新，其目标都是为了提高能量转化效率。
下图带阴影部分均是功率半导体：

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根据IHS统计，2019年全球功率半导体市场规模约为400亿美元，预计2019-2025年全球功率半导体CAGR 4.5%；根据华润微招股说明书，中国是全球最大的功率半导体消费国，2018年市场需求规模达到138亿美元，增速为9.5%，占全球需求比例达35.3%。
功率半导体产品梯次多，IGBT 是新一代中的典型产品
功率分立器件的演进路径基本为二极管晶闸管MOSFETIGBT，其中，IGBT是功率半导体新一代中的典型产品。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的全控-电压驱动的功率半导体，IGBT既有MOSFET的开关速度快、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点，又有BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，在高压、大电流、高速等方面是其他功率器件不能比拟的，因而是电力电子领域较为理想的开关器件，也被誉为“电力电子器件里的CPU”。

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根据Yole等相关统计，目前全球功率半导体中约50%是功率IC，其余的一半是功率分立器件；在功率分立器件销售2017年占比中，MOSFET占比最高，约占31%，其次是二极管/整流桥占比约29%，晶闸管和BJT等占分立器件约21%，IGBT占比19%，但是其复合增速是所有产品中最快的。

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IGBT 产业链与三种业务模式
IGBT的产业链包括了上游的IC设计，中游的制造和封装，下游则包括了工控、新能源、家电、电气高铁等领域；
IGBT企业有三种业务模式：

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IDM：IDM模式即垂直整合制造商，是指包含电路设计、晶圆制造、封装测试以及投向消费市场全环节业务的企业模式，IGBT芯片、快恢复二极管芯片设计只是其中的一个部门，同时企业拥有自己的晶圆厂、封装厂和测试厂。该模式对企业技术、资金和市场份额要求极高，目前仅有英飞凌、三菱等少数国际巨头采用此模式；
模组：如丹佛斯、赛米控等；
Fabless模式：Fabless是Fabrication（制造）和less（没有）的组合。Fabless模式是集成电路行业的一种经营模式，即企业自身专注于芯片设计，而将芯片制造外协给代工厂商生产制造的模式，而芯片代工厂商负责采购硅片和加工生产。Fabless模式的企业无需投资建立晶圆制造生产线，减小了投资风险，能够快速开发出终端需要的芯片。
国外巨头大多数均采用IDM模式，而国内典型公司如斯达半导采用的Fabless+模组的模式：Fabless的模式在中国比较流行的主要原因在于，功率半导体并不是需要特别高精尖的晶圆厂代工，而单独建产线资本回收期非常长，另外大陆有较多的成熟工艺代工厂产能足够支配，因此对于国内厂商大多是后进者来说，在快速追赶期Fabless也不失为一种比较好的模式。
IGBT产品更新慢，价格稳定
从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了6代升级，从平面穿通型（PT）到沟槽型电场—截止型（FS-Trench），芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从600V提高到6500V以上。

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基站射频PA在5G面临新挑战
IGBT产品更新换代慢：目前英飞凌定义的IGBT4代是市场主流，已应用了十年以上，英飞凌于18年底推出IGBT7，较4代面积减少25%，成本降低，功耗降低，预计大面积推广仍需要2-3年。IGBT更新换代相对比较慢，芯片对于产品性能起决定性作用，模块只能保证芯片性能发挥。IGBT芯片新一代和老一代各有优势，老一代损耗和面积等指标不一定好，但是稳定性是经过长时间验证的，相当一部分客户在新一代出来时候还选择使用老一代芯片。国内和国际其他公司都有布局IGBT7代技术，但是产品的验证周期较长，一般客户需要5~10年验证可靠性和应用端的问题，因此迭代速度较慢。目前最新代的IGBT斯达在和华虹共同研发，预计年底试生产。