全球隔離芯片（隔離器件）行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

全球隔離芯片（隔離器件）行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析一、隔離芯片綜述隔離芯片指芯片輸入和輸出之間具備電氣隔離特性的芯片，電氣隔離的目的包括高低壓電路絕緣、隔離噪聲、匹配電平等。在高壓系統(tǒng)或者多電路連接系統(tǒng)中，出于安規(guī)或者電氣隔離的要求，需要用到隔離芯片。根據(jù)功能不同，隔離芯片可以分為數(shù)字隔離芯片、隔離驅(qū)動(dòng)芯片、隔離采樣芯片三。類。其中，按照功能不同，數(shù)字隔離芯片又可以分為數(shù)字隔離器、隔離通訊接口（CAN、LIN、485等），數(shù)字隔離器主要用于將輸入信號(hào)傳遞到與輸入隔離的輸出端口，隔離通訊接口則加入了通訊協(xié)議的解析功能，可以將通訊鏈路上的信號(hào)轉(zhuǎn)化成MCU/SoC易處理的格式。隔離驅(qū)動(dòng)芯片又可以分為單管、半橋驅(qū)動(dòng)等，主要區(qū)別是能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)的MOSFET/IGBT數(shù)量不同，單管為1個(gè)，半橋?yàn)?個(gè)。隔離采樣芯片可以分為電壓采樣、電流采樣、隔離放大器、ADC等，電壓/電流采樣主要面向信號(hào)直采，隔離放大器則應(yīng)用于傳感器后端信號(hào)處理，ADC用于模數(shù)轉(zhuǎn)換。二、隔離芯片技術(shù)發(fā)展背景從技術(shù)路線上來(lái)說(shuō)，隔離器件可以分為光耦和數(shù)字隔離芯片兩種。其中光耦合組件是最早的隔離器，也稱為光耦隔離器或光耦合器。光隔離器是一種器件，有兩個(gè)二極管，一個(gè)是光源或發(fā)射器，通常是一個(gè)發(fā)光二極管（LED），另一個(gè)作為光電傳感器的光電二極管。LED將電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為光，光電二極管檢測(cè)入射光，并根據(jù)入射光產(chǎn)生相應(yīng)的電能，以此實(shí)現(xiàn)電氣隔離。在1990年代后期以CMOS為基礎(chǔ)的數(shù)字隔離器發(fā)展出來(lái)之前，光耦基本上是唯一的隔離解決方案。但由于光電二/三極管特性限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)高頻傳輸且功耗較大，此外常見(jiàn)的光耦用電介質(zhì)空氣和環(huán)氧樹(shù)脂介電強(qiáng)度有限，隔離性能較差。數(shù)字隔離器件是使用半導(dǎo)體工藝技術(shù)來(lái)創(chuàng)建通過(guò)隔離屏障傳輸數(shù)據(jù)的變壓器或電容器。其中數(shù)字隔離主要為磁感隔離芯片（簡(jiǎn)稱“磁耦”）、電容耦合隔離芯片（簡(jiǎn)稱“容耦”）和巨磁阻隔離等類型，巨磁阻隔離的應(yīng)用相對(duì)較少。近年來(lái)容耦和磁耦，由于其傳輸速度更高、絕緣性能更好（一般采用SiO2或Polyimide聚酰亞胺作為電介質(zhì)）的特點(diǎn)，快速替代光耦器件。從具體性能上來(lái)看，相比光耦，容耦在隔離強(qiáng)度、速度、功耗上有較大優(yōu)勢(shì)；相比磁耦，容耦在成本和EMI（電磁干擾）上有一定優(yōu)勢(shì)，屬于性價(jià)比較優(yōu)的選擇。對(duì)于第三代半導(dǎo)體，由于開(kāi)關(guān)速度較快，對(duì)CMTI（表征隔離性能的參數(shù)），采用容耦或磁耦方案已成為必須。在汽車、新能源發(fā)電、工業(yè)等成本相對(duì)不敏感、同時(shí)對(duì)性能有較高要求的領(lǐng)域，容耦芯片已替代掉光耦的大部分份額，光耦芯片主要應(yīng)用于消費(fèi)電子等低端場(chǎng)景，磁耦芯片則主要應(yīng)用在高端場(chǎng)景中。三、隔離芯片產(chǎn)業(yè)鏈從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，隔離芯片上游為原材料及電子元器件，下游應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：1）新能源汽車OBC、主驅(qū)以及充電樁中的通訊、驅(qū)動(dòng)、信號(hào)采樣；2）光伏發(fā)電系統(tǒng)中的通訊、驅(qū)動(dòng)、信號(hào)采樣；3）服務(wù)器電源、基站電源中多機(jī)通訊互連、板級(jí)通訊、信號(hào)采樣等；4）工業(yè)變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)中的通訊、驅(qū)動(dòng)、信號(hào)采樣。四、隔離芯片行業(yè)現(xiàn)狀分析從全球隔離芯片市場(chǎng)來(lái)看，根據(jù)MarketsandMarkets數(shù)據(jù)，2022年全球數(shù)字隔離芯片市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)約18億美元，預(yù)計(jì)到2027年增長(zhǎng)至27億美元，2022-2027年CAGR為8.45%。從下游應(yīng)用來(lái)看，工業(yè)和汽車電子是數(shù)字隔離芯片的兩個(gè)最大應(yīng)用領(lǐng)域，2020年占比分別達(dá)到28.58%和16.84%，預(yù)計(jì)到2026年達(dá)到28.80%和16.79%。從細(xì)分市場(chǎng)柵級(jí)驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年全球柵極驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)規(guī)模約16.78億美金，預(yù)期到2027年將達(dá)到27.32億美金，2020-2030年CAGR=8.5%。五、隔離芯片行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，歐美半導(dǎo)體公司在數(shù)字隔離芯片領(lǐng)域起步較早，并在長(zhǎng)期以來(lái)占據(jù)了市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。根據(jù)MarketsandMarkets的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年TI、SiliconLabs、ADI、Broadcom（博通公司）以及Infineon占全球數(shù)字隔離類芯片的市場(chǎng)規(guī)模為40%-50%，剩余市場(chǎng)主要被NVE公司、ROHM（羅姆半導(dǎo)體）、MAXIM（美信公司）、Vicor公司、ON（安森美半導(dǎo)體）等公司占據(jù)。納芯微是一家聚焦高性能、高可靠性模擬集成電路研發(fā)和銷售的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)，產(chǎn)品在技術(shù)領(lǐng)域覆蓋模擬及混合信號(hào)芯片，目前已能提供800余款可供銷售的產(chǎn)品型號(hào)，廣泛應(yīng)用于信息通訊、工業(yè)控制、汽車電子和消費(fèi)電子等領(lǐng)域。從隔離芯片情況來(lái)看，根據(jù)MarketsandMarkets的數(shù)據(jù)，2020年全球數(shù)字隔離類芯片的出貨量為7.01億顆，2020年公司數(shù)字隔離類芯片產(chǎn)品出貨量達(dá)到3586.71萬(wàn)顆，市場(chǎng)占有率為5.12%。六、隔離芯片行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)1、隔離芯片在汽車中有兩大應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?yīng)的正是汽車電子兩大發(fā)展趨勢(shì)：電動(dòng)化和智能化。近年來(lái)隨著電池成本的降低、電池和動(dòng)力系統(tǒng)可靠性的提升，新能源汽車銷量快速增長(zhǎng)。據(jù)IEA數(shù)據(jù)，2021年全球新能源汽車銷量達(dá)到660萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)121.48%。隨著未來(lái)新能源汽車滲透率不斷提升，預(yù)期對(duì)應(yīng)的大小三電系統(tǒng)隔離芯片需求將維持快速成長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2、在新能源發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)中，隔離芯片主要用于實(shí)現(xiàn)逆變器、變流器、PCS等設(shè)備中的隔離、采樣、通信等功能，是電力電子變換器不可或缺的芯片組件。此外在儲(chǔ)能電站的BMS系統(tǒng)中，隔離芯片亦廣泛應(yīng)用于板間通訊，用以隔絕高壓和信號(hào)干擾。近年各國(guó)相繼提出碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，新能源裝機(jī)需求快速成長(zhǎng)，隨著新能源裝機(jī)需求成長(zhǎng)，電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰能力受到挑戰(zhàn)，儲(chǔ)能需求亦迎來(lái)快速成長(zhǎng)期。未來(lái)隨著新能源發(fā)電裝機(jī)量和儲(chǔ)能裝機(jī)量的增長(zhǎng)，隔離芯片需求亦將受益。3、在通訊領(lǐng)域-5G基站中，隔離芯片主要應(yīng)用于一次、二次電源系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、采樣和通訊。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2021年，中國(guó)移動(dòng)通信基站總數(shù)達(dá)996萬(wàn)個(gè)，全年凈增65萬(wàn)個(gè)。其中4G基站達(dá)590萬(wàn)個(gè)，5G基站為142.5萬(wàn)個(gè)，全年新建5G基站超過(guò)65萬(wàn)個(gè)，2022年預(yù)計(jì)建設(shè)5G基站超過(guò)60萬(wàn)個(gè)。隨著宏站逐步建設(shè)完成，5G基站建設(shè)逐步轉(zhuǎn)向小站階段，預(yù)計(jì)未來(lái)國(guó)內(nèi)5G基站建設(shè)數(shù)量趨于平穩(wěn)。4、在工業(yè)變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)、PLC中也有隔離芯片的應(yīng)用場(chǎng)景，隔離芯片主要應(yīng)用于IGBT/MOSFET驅(qū)動(dòng)、通訊接口等場(chǎng)景。在PLC中，隔離芯片還可以作為I/O接口，對(duì)外輸出信號(hào)，并隔離外部噪聲干擾。從國(guó)內(nèi)工業(yè)運(yùn)行情況來(lái)