功率半导体IGBT市场浅谈

半导体守护者 2024-10-08 21:02:32

简单聊一下什么是 IGBT,它(绝缘栅双极型晶体管)是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

受益于新能源领域的快速发展,我国IGBT市场不断扩张推向新高点,其中新能源汽车是最重要的驱动力。2022年从42%有望逐步提升至2026年的60%,其次为工控、变频白电和新能源发电,预期2026年占比分别为18%、15%以及6%,轨道交通体量相对较小,预期2026年占比为1%。在节能减排政策的背景下,工业控制、变频白色家电等节能效果明显的产品近年来市场规模也实现持续稳定增长。

能够评价 IGBT 性能的指标有很多个,比较关键指标有三个,其一是降低开关损耗,是指在满足高频率的开关功能条件下,提升转换能量效率;其二是导通损耗,是指电路导通后降低热损耗,提升电能转换效率;其三是提升安全工作区,是指尽可能保证器件在更大的温度、电压、电流范围内稳定工作。

全球 IGBT 龙头企业英飞凌有史以来诞生了七代不同的产品,每一代产品在结构上有较大的差异,在关键性能指标上也都有较大的提升,相对来说越是先进的产品,性能效果越高,能够将产品研发到第几代技术,某种程度上也说明了企业在绝对技术上的研发实力。如果考虑到成本等因素,IGBT 目前性价比较高的产品属于第四代产品。

IGBT 是光伏逆变器的“心脏”,在光伏领域中市场需求提速较快。IGBT 等功率器件作为光伏逆变器、风电变流器及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。其中光伏逆变器是最主要的应用场景,光伏 IGBT 对于可靠性的要求非常高,新能源发电输出的电能需要通过光伏逆变器将整流后的直流电逆变为符合电网要求的交流电后输入电网,这种线路需要将 IGBT 模块性能的可用性实现最大化以保持电网的稳定性。

新能源发电主要包括风电、光伏、储能三部分,目前风光储装机量大幅提升,发展势头强劲,同时带动 IGBT 需求增长。光伏逆变器原材料主要由结构件、电感、半导体器件等构成,半导体器件和集成电路材料主要为 IGBT 元器件、IC 半导体等。

从整个 IGBT 的产业链来看,核心环节几乎都是海外企业为主,但在每一个产业链环节,我国均有企业在积极布局。IGBT 的核心产业链中,我国有多个企业积极参与布局,主要分为Fabless、foundry、IDM 三种运作模式。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、模块等全环节业务的企业模式;Fabless 模式是芯片设计与销售经营模式,即企业自身专注于芯片设计与销售,而将芯片制造外协给代工厂商生产制造的模式;Foundry 模式主要负责制造生产环节,根据客户的产品设计,采购原材料来进行加工制造。

海外龙头企业多为 IDM 模式,如英飞凌、安森美等企业,国内 IDM 模式的公司较少,绝大多数为上市公司,但在全球市场中占据一定的市场份额,如比亚迪半导、士兰微、中车时代电气等公司。国内主流的芯片生产是采用 Fabless 的代工模式,典型公司有斯达半导、宏微科技等,而代工厂根据公司提供的工艺流程和设计版图,生产出各项参数符合设计指标的芯片,华虹宏力目前是国内最先进,最全面的半导体功率器件代工厂。

全球 IGBT 市场呈现出集中度高,海外厂商英飞凌、富士电机、三菱这 TOP3 大企业占据了超过 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进入前十大厂商中,占据 4%的市场份额;2021 年全球 IGBT 模块市场中,中国大陆只有斯达半导和中车时代进入前十大厂商,分别占据 3%和 2%。

国外巨头英飞凌无论在单管还是模块都处于绝对龙头地位,而国内厂商市场份额较低,且只在某一产品上具备竞争优势。国内厂商和国外厂商存在差距的原因主要是国外厂商成立时间早,比如富士电机成立于 1923 年,三菱电机成立于 1921 年,技术积累丰富,同时与海外汽车、工控等大型企业合作十分紧密,在技术与生态上优势显著。国内的几大厂商主要集中在1997—2005年,技术追赶较慢,产业资源十分稀缺,但国内企业已经完成 0-1 的技术突破,先从消费级、工业级中低端产品入手逐步打开市场,目前已经有一些企业带来车规级高端产品市场,随着国产化不断深入,国内企业未来迎来加速发展期。

IGBT市场在新能源领域推动和政策支撑下将迎来快速增长期,新能源汽车市场是最充足的驱动力,车规级IGBT的认证周期长、技术壁垒高、受到客户认可难度大,国内厂商正进一步实现技术突破同时扩张产能布局提高核心竞争力,国产替代正驶入加速带。

总结:IGBT模块龙头企业斯达半导、IGBT行业领军企业宏微科技、轨交和车规级IGBT龙头企业时代电气、半导体IDM龙头企业士兰微、IDM+Fabless模式相结合企业扬杰科技、ODM+功率半导体龙头企业闻泰科技。

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