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IGBT前景廣闊,國內缺口大

李錦峰 2019-10-21 2688 0

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近日,工信部在政協十三屆全國委員會第二次會議第2282號(公交郵電類256號)提案的答復函中提到,將推動我國工業半導體材料、芯片、器件及IGBT模組產業發展。IGBT是BJT和MOSFET組成的復合全控型-電壓驅動式-功率半導體器件,其自關斷的特征在諸多領域具備不可替代的作用。本文主要介紹國內外IGBT現狀。

摘要:近日,工信部在政協十三屆全國委員會第二次會議第2282號(公交郵電類256號)提案的答復函中提到,將推動我國工業半導體材料、芯片、器件及IGBT模組產業發展。IGBT是BJT和MOSFET組成的復合全控型-電壓驅動式-功率半導體器件,其自關斷的特征在諸多領域具備不可替代的作用。本文主要介紹國內外IGBT現狀。

 

  絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是由 BJT(雙極型三極管)和 MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降兩方面的優點,廣泛應用于 600V 以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、牽引系統等領域。IGBT 是能源變換與傳輸的核心器件,能夠提高用電效率和質量,具有高效節能和綠色環保的特點。IGBT產業鏈包括設計、制造、模組等(見圖1)。

  圖1:IGBT產業鏈

 ?。ㄙY料來源:公開資料,五度易鏈行業研究中心)

設計制造銜接難,IDM成為主流

  芯片的制造工藝復雜,成本較高,而且設計領域與制造領域各自均有極高的壁壘,最終成就了蘋果、華為、高通等設計巨頭,臺積電、格羅方德、中芯國際等制造巨頭。與芯片不同的是。IGBT基本沒有設計或者制造的巨頭,反而一家企業發展到一定的規模之后基本轉型IDM模式,例如中科君芯。

  IDM模式有兩個優點:其一、IGBT是模擬器件,Know How非常重要,上下游的配合度直接影響產品質量;其次,IDM企業有內部資源整合優勢,這將縮短從設計到制造的時間,提高利潤率,這是主流廠商采用IDM模式的原因。

全球IGBT市場增長,中國市場增速更快

  IGBT作為功率半導體器件第三次技術革命的代表性產品,具有高頻率、高電壓、大電流,易于開關等優良性能,被業界譽為功率變流裝置的CPU,廣泛應用于軌道交通、航空航天、船舶驅動、智能電網、新能源、交流變頻、風力發電、電機傳動、汽車等強電控制等產業領域。隨著軌道交通為代表的新興產業市場崛起,全球IGBT市場逐年上升,2010年全球規模30.36億美元,該數字2018年為58.26億,復合增長率9.8%,中國市場規模同期增速為18.2%(見圖2)。

  圖2全球/中國IGBT市場規模

  (資料來源:公開資料,五度易鏈行業研究中心)

  中國市場規模增長較快,其中軌道交通和電動汽車增長最為明顯。軌道交通方面,中國城市軌道交通運營里程從2013年的2408公里增長到2018年6035公里,軌道交通規模的擴張為其上游IGBT的發展帶來極大需求。此外,電動汽車的發展是驅動中國IGBT市場發展的另一個重要原因,2011年中國電動汽車銷量僅8千輛,2018年銷量達125.6萬輛,增速可觀(見圖3)。

  圖3 中國電動汽車(包括混合動力)銷量圖

  (資料來源:公開資料,五度易鏈行業研究中心)

全球市場集中度高,國內產量不足

  全球IGBT行業市場集中度高,當中2017年英飛凌(Infineon)占全球市場份額的27.1%;三菱(Mitsubishi)市場占有率為16.4%;日本富士電機(Fuji Electric)市場占有率為10.7%,2017年全球前五大生產商占據市場總量的67.5%(見圖4). 從電壓上分類,英飛凌占據了600-1700V范圍中IGBT的頭把交椅,而恩智浦則是占據了低壓 IGBT 的市場第一,2500V以上的高壓則主要由三菱提供,中國中車受益于高鐵對大功率IGBT的需求在4500V以上的產品上市場份額位列全球第五。 整體來講,中國IGBT產業非常薄弱。

  圖4 2017年全球IGBT市占比

 ?。ㄙY料來源:2018英飛凌年報,五度易鏈行業研究中心)

  國內IGBT設計領域已有一定基礎,但與國際水平仍有很大差距,目前國內IGBT設計廠商體量偏小,主要有中科君芯、嘉興斯達、吉林華微斯帕克、臺基股份、南京銀茂、寧波達新、上海浦巒等。國內IGBT設計技術的主要來源有兩條途徑:其一,來源于外企人員的回流,如斯達、南京銀茂、普巒半導體等;其二,來源于國外合作,如比亞迪、吉林華微等。目前看我國國產IGBT在逐步增長,但是仍存在很大的需求缺口,2018年國產IGBT1115萬只,需求量達到7898萬只(見圖5)。主要是國內IDM企業與國際巨頭差距較大,目前我國IGBT 優秀企業不多,南車時代、比亞迪等均主要為自己的高鐵和新能源汽車做配套,華微電子屬于國內在消費類IGBT 市場的龍頭企業,此前主要產品是第四代產品,和國際龍頭差距較大。

  圖5 我國IGBT產量和需求量

 ?。ㄙY料來源:公開資料,五度易鏈行業研究中心)

結語

  IGBT是能源變換與傳輸的核心器件,其不具備放大的作用,而是在導通與阻斷切換,是名副其實的高級開關。IGBT與芯片行業有別,設計與制造的銜接的重要性決定了主流企業基本是IDM形式。從2010年起,全球IGBT市場逐步增長,中國市場受下游需求刺激增速更快。但整體上主要的份額被外資廠商占據,全球市場集中度高,國內產量不足。


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