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1. 功率半导体：电子装置电能转换与电路控制的核心
功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心。功率半导体是一 种广泛用于电力电子装置和电能转换和控制电路的半导体元件，可通过半 导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能。
功率半导体具有能够支持高电压、大电流的特性，主要用途包括变 频、整流、变压、功率放大、功率控制等。除保障电路正常运行外，因其 能够减少电能浪费，功率半导体还能起到节能、省电的作用。
图表1. 功率半导体原理
图表2. 功率半导体功能
2. 功率半导体=功率器件+功率 IC
功率半导体按器件集成度可以分为功率分立器件和功率 IC 两大类。功率分立器件包括二极管、晶体管和晶闸管三大类，其中晶体管市场规模最大，常见的晶体管主要包括IGBT、MOSFET、BJT（双极结型晶体管）。
功率 IC 是指将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电 路等集成在同一芯片的集成电路，是系统信号处理部分和执行部分的桥梁。
图表3. 功率半导体产品范围示意图
3. IGBT：电力电子行业的“CPU”
兼具 MOSFET 及 BJT 两类器件优势，IGBT 被称为电力电子行业的 “CPU”。IGBT 全称绝缘栅双极晶体管，是由 BJT(双极型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。
IGBT 具有电导调制能力，相对于 MOSFET 和双极晶体管具有较强的 正向电流传导密度和低通态压降，因此兼具有 MOSFET 的高输入阻抗 MOSFET 器件驱动功率小、开关速度快、BJT 器件饱和压降低、电流密度 高和 GTR 的低导通压降的优点。
图表4：3种类型英飞凌 IGBT 结构示意图
图表 5. IGBT 结构图
4. IGBT发展史：历经七代技术演进，产品性能逐代提升
历时超 30 年，IGBT 已经发展至第七代，各方面性能不断优化。目前 为止，IGBT 芯片经历了七代升级：衬底从 PT 穿通，NPT 非穿通到 FS 场 截止，栅极从平面到 Trench 沟槽，最后到第七代的精细 Trench 沟槽。
随着技术的升级，芯片面积、工艺线宽、通态功耗、关断时间、开关 功耗均不断减小，断态电压由第一代的600V升至第七代7000V。
图表 6. IGBT 技术演进
图表 7. IGBT 芯片技术发展
5. 下游应用：新能源汽车、轨交等新兴领域打开市场空间
低压 IGBT 多用于消费、汽车、家电领域，中高压 IGBT 多用于轨 交、智能电网领域。IGBT 下游应用领域广泛，按电压等级划分，超低压 （400-500V）IGBT 主要应用于消费电子领域，低压（600-1350V）IGBT 多应用于电动汽车、新能源、智能家电领域，中压（1400-2500V）IGBT 多应用于轨道交通、新能源发电领域，高压（2500-6500V）IGBT 多应用 于轨道牵引、智能电网领域。
目前，IGBT 作为新型功率半导体器件的主流器件，其应用领域包含 工业、 4C（通信、计算机、消费电子、汽车电子）等传统产业领域，以 及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。
图表8. IGBT的主要应用领域
图表9. IGBT 芯片技术发展
6. 市场规模：2022 年全球 IGBT 市场规模有望达到 57 亿美元
2017-2022 年全球 IGBT 市场规模 CAGR 达 7.04%，中国市场主要应 用包括新能源汽车、工控、消费电子。受益于工业控制及电源行业市场的 逐步回暖，以及下游的变频家电、新能源汽车等领域的迅速发展，全球及 中国 IGBT 市场规模持续增长。根据 WSTS 数据，预计 2022 年全球 IGBT 市场规模将达到近 57 亿美元，2017-2022 年 CAGR 达到 7.04%。
从下游应用领域规模占比来看，2020 年中国 IGBT 市场应用以新能源 汽车、工业控制及消费电子类为主，占比分别为 30%、27%及 22%。
图表10. 全球 IGBT 市场规模（单位：亿美元）
图表11. 2020 年中国 IGBT 市场下游应用占比
来源：ittbank
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