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IGBT产业链投资图谱全解

来源:未知  浏览数:  发表日期:
受益于新能源汽车以及风光储的强势需求,近年来IGBT用量大幅增加。
据Omdia预测,到2024年全球功率半导体市场规模将达到524亿美元。到2025年,中国IGBT市场规模有望达到522亿人民币,年复合增长率达19.11%。
随着国产替代进程加速,IGBT全产业链有望迎来广阔机遇。

IGBT行业概览

功率半导体主要产品包括功率器件(二极管、IGBT、MOS、BJT)。其中,MOS、IGBT属于第二代功率半导体器件,附加值更高。
新型功率半导体器件IGBT已成为电力电子领域开关器件的主流发展方向。
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是由MOS、BJT组成的复合全控型功率半导体,兼具MOS输入阻扛高、BJT导通电压低的两大优势,驱动功率小且饱和电压低,适用于高压、大电流领域,是电力电子装置的CPU。
IGBT结构示意图:

资料来源:电子工程专辑
IGBT发展历程
从1988年IGBT诞生至今,已经有七代IGBT结构。
自上世纪80年度IGBT开启工业化应用以来,IGBT技术经历了丰富的技术演变,涌现出七代不同的IGBT技术方案。2012年三菱电机推出第七代IGBT。
IGBT7采用了新型微沟槽(MPT)+电场场截止技术。根据富士电机发布的第七代IGBT产品数据,相比于第六代V系列,IGBT7可以使逆变器的功率损耗降低10%,最高操作结温度从150°C提高到175°C,这有助于减小设备尺寸。

IGBT 下游市场应用广泛
IGBT依据电压等级不同,可划分为低压、中压和高压IGBT,分别广泛应用于消费电子、新能源汽车、新能源发电、轨交以及电网等领域。
从电压等级来划分,600V以下的低压IGBT主要应用于消费电子领域,600V~1200V的中压IGBT主要应用于新能源车、光伏、家电、工业(电焊机、UPS)领域,1700V以上的超高压IGBT主要应用于轨交、风电、智能电网领域。
功率半导体下游市场运用广泛:

资料来源:YOLE
新能源车:IGBT最大增量市场
在汽车在电气化的过程中,半导体增量市场绝大部分都在功率半导体,其中IGBT是新能源汽车电控系统和直流充电桩的核心器件,决定了整车的能源利用率,其成本占到新能源汽车整车成本的10%,占充电桩成本的20%。
新能源汽车动力系统=电池+电驱(电机+电控),IGBT是电控的关键部件。
与传统燃油车相比,新能源汽车没有发动机和启停系统,新增了电池、电机、电控核心部件以及车载DC/DC、电空调驱动、车载充电器(OBC)等电力电子装置。
在运行过程中,车载空调、OBC、逆变器、DC/DC、发电机等都有赖于IGBT对电的频繁电压和交直流转换,都需要大量的IGBT器件。
电控是新能源汽车产业链的重要环节,它接受整车控制器的指令,进而控制驱动电机的转速和转矩,以控制整车的运动,相当于传统汽车的发动机。
电控占整车成本的15~20%,是除了电池之外成本第二高的器件。IGBT则是电控的关键部件,约占其成本的37%。
2021年全球新能源车销量达650万辆,对应IGBT市场规模达111亿元,中国新能源车销量达350万辆,对应IGBT市场规模达60亿元。
IGBT在新能源汽车中的应用:

资料来源:比亚迪
IGBT产业链

IGBT是技术成熟的器件,产业链的各个环节都相对稳定。
IGBT核心技术为IGBT芯片的设计和制造以及IGBT模块的设计、制造和测试。行业壁垒非常高,包括对人才和设备的要求也极高。
行业认证周期长,车规级认证周期长达2~3年,定点企业先发优势明显。
IGBT制造属于资本密集型行业,一条年产25万片的8寸晶圆线投资额超20亿元。
IGBT产业链图谱及代表公司:

资料来源:行行查
IGBT产业链公司运作模式
IGBT产业链公司运作模式可分为Fabless、Foundry、IDM三类。
Fabless模式主要负责设计芯片电路以及最终的销售,将具体生产环节外包,在中国市场主要厂商有斯达半导、中科君芯等。
Foundry模式主要负责主制造、封装或测试的其中环节,主要厂商有上海先进、江苏宏微等。
IDM模式集芯片设计、制造、封测多个环节于一身,全球龙头企业多为此模式,比如英飞凌、三菱等,海外企业凭借多年的积累,在车规级IGBT产品市场占据了一定的先发优势。
在IGBT分立器件和IGBT模块领域,英飞凌是当之无愧的龙头厂商,据Omdia数据,其2021年的市占率均为全球第一,占有全球三分之一以上的市场。
中国市场IDM模式代表企业包括中车时代电气、比亚迪等。
IGBT产业链代表公司运作模式:

资料来源:YOLE
随着全球制造业向中国的转移,中国已逐渐成为全球最大的IGBT消费市场。
近年来产业国产化进程显著加速,出现一批有代表性的国内本土制造企业,如中车时代电气、比亚迪、斯达半导、士兰微、华润微、江苏宏微科技等。
2021年比亚迪半导、斯达半导、时代电气车载IGBT收入约为13、5、2亿元,同比均实现翻倍增长,国产化率超过30%。


比亚迪通过向自供,在新能源汽车IGBT模块市场中市占率达到了18%。此外,斯达半导、时代电气等国内厂商也成功在国内新能源汽车用IGBT模块市场中占取到了一定份额。
时代电气750V车规级逆导IGBT芯片已处于样件试验阶段;斯达半导基于第七代IGBT技术的车规级650/750V IGBT芯片已研发成功,并预计于2022年开始批量供货;宏微科技750V车规级IGBT预计于2022年开始起量。士兰微车载IGBT产品已在部分客户处批量供货。
比亚迪在去年底与士兰微签订IGBT供货订单,此外获得订单的还有斯达半导、时代电气、华润微等。其中时代电气今年4月末透露,目前新能源车IGBT订单饱满,2022年落实的车规IGBT交付水平有望超过70万台。
部分本土企业IGBT业务近况(IGBT技术以英飞凌IGBT产品技术为基准):



光伏&储能:IGBT第二增量市场
IGBT是光伏逆变器、储能逆变器的核心器件,集中式光伏主要采用IGBT模块,分部式光伏主要采用IGBT单管或模块。
2021年全球光伏逆变器CR10合计超过95%,CR5接近80%。2017年CR10约75%,CR5接近60%,五年期间行业整体集中度大幅提升。
从逆变器竞争格局来看,全球前十名中有六家是中国供应商(阳光电源、华为古瑞瓦特、锦浪科技、上能电气、固德威),特变电工、首航新能源、科华数据位列前二十。
中国光伏行业占全球八成产能,IGBT此前全部用的是海外芯片。因为IGBT紧缺,2021年国产器件开始被大量导入,2022年开始中国IGBT企业大量接到光伏企业的订单。
近年来海外厂商扩产普遍谨慎、产能增量有限,新能源驱动IGBT需求有望迎来高速增长,自产化率快速提升,国产替代有望迎来广阔的空间。