中國(guó)IGBT產(chǎn)業(yè)前景分析

中國(guó)IGBT產(chǎn)業(yè)前景分析一、IGBT產(chǎn)業(yè)概述IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。IGBT器件三大設(shè)計(jì)目標(biāo)：(1)降低導(dǎo)通功耗；(2)降低開關(guān)損耗；(3)提升耐擊穿程度；IGBT通常用于高電壓和大電流的開關(guān)器件，因此需要較高的耐擊穿能力以防止短路，同時(shí)，降低每次開關(guān)時(shí)造成的損耗和導(dǎo)通時(shí)造成的能量損耗。二、IGBT下游產(chǎn)業(yè)鏈分析新能源發(fā)電主要以光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為代表。由于新能源發(fā)電輸出的電能不符合電網(wǎng)要求，需通過光伏逆變器或風(fēng)力發(fā)電逆變器將其整流成直流電，再逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電后輸入并網(wǎng)。IGBT模塊是光伏逆變器和風(fēng)力發(fā)電逆變器的核心器件，新能源發(fā)電行業(yè)的迅速發(fā)展將成為IGBT模塊行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)的又一動(dòng)力。在國(guó)際節(jié)能環(huán)保的大趨勢(shì)下，IGBT下游的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)、光伏和新能源汽車、等領(lǐng)域發(fā)展迅速，對(duì)IGBT模塊需求逐步擴(kuò)大，新興行業(yè)的加速發(fā)展將持續(xù)推動(dòng)IGBT市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)。以風(fēng)電為例，2020年，是我國(guó)風(fēng)電行業(yè)獲得爆發(fā)性增長(zhǎng)的一年，全國(guó)風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)7167萬千瓦，其中陸上風(fēng)電新增裝機(jī)6861萬千瓦、海上風(fēng)電新增裝機(jī)306萬千瓦。到2020年底，全國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.81億千瓦，其中陸上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.81億千瓦、海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)939萬千瓦。以光伏為例，中國(guó)光伏行業(yè)幾經(jīng)曲折，目前已經(jīng)形成了成熟且具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)鏈，成為我國(guó)為數(shù)不多的、可同步參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)并在產(chǎn)業(yè)化方面取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的新興產(chǎn)業(yè)之一。同時(shí)，作為光伏補(bǔ)貼的最后一年，我們也看到了國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)力。2020年光伏新增裝機(jī)量為48.2GW，同比2019年增長(zhǎng)60.4%。以新能源汽車為例，IGBT模塊在新能源汽車領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是新能源汽車電機(jī)控制器、車載空調(diào)、充電樁等設(shè)備的核心元器件。其中電機(jī)控制器+鋰電池+汽車電機(jī)=新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)，電機(jī)控制器相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，而其中的IGBT模塊相當(dāng)于是汽車動(dòng)力系統(tǒng)的“CPU”。受益于政策的優(yōu)惠，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)從2015年開始快速發(fā)展，新能源汽車產(chǎn)銷量大幅上升;隨后2019年受到補(bǔ)貼倒退和疫情的影響，產(chǎn)銷量增速放緩。2019年國(guó)內(nèi)新能源汽車銷量為120.6萬輛，比2018年下降4%。目前，為了緩解疫情對(duì)新能源汽車行業(yè)的影響，我國(guó)推遲補(bǔ)貼政策至2021年，行業(yè)發(fā)展正逐漸恢復(fù)中。2020年，新能源汽車銷量完成139.73萬輛。在國(guó)內(nèi)新能源汽車IGBT模塊市場(chǎng)中，英飛凌公司中是絕對(duì)的龍頭，市場(chǎng)占比58.2%，相比2016年33%的市場(chǎng)占比，其市場(chǎng)地位有了進(jìn)一步的鞏固。比亞迪微電子則在多年的技術(shù)積累中，逐漸成長(zhǎng)為中國(guó)IGBT市場(chǎng)份額第二大企業(yè)，2019年占比為18%。三、IGBT現(xiàn)狀分析IGBT功率器件需要承受高電壓和大電流，對(duì)于穩(wěn)定性、可靠性要求最高，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝實(shí)現(xiàn)時(shí)需要考慮絕緣、耐壓、散熱、抗干擾、電磁兼容性等諸多因素；需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間研發(fā)積累逐步掌握；從1988年至今，一代IGBT產(chǎn)品生命周期平均長(zhǎng)達(dá)10年，富士、三菱等海外企業(yè)已推出第七代IGBT，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)已具備第六代量產(chǎn)能力，緊跟在后。2019年全球IGBT市場(chǎng)達(dá)到54.2億美元；中國(guó)大陸為24.2億美元，中國(guó)市場(chǎng)在全球占比48%，同時(shí)，2016-2019年復(fù)合增速約為20%左右；中國(guó)IGBT應(yīng)用占比為IGBT分立21%、IGBT模組50%、IPM模組30%。未來IGBT將持續(xù)向高電壓、大電流和高集成度模組升級(jí)；模組和IPM模塊應(yīng)用占比有望提升。四、IGBT競(jìng)爭(zhēng)格局由于IGBT對(duì)設(shè)計(jì)及工藝要求較高，而國(guó)內(nèi)缺乏IGBT相關(guān)技術(shù)人才、工藝基礎(chǔ)薄弱且企業(yè)產(chǎn)業(yè)化起步較晚，因此IGBT市場(chǎng)長(zhǎng)期被大型國(guó)外跨國(guó)企業(yè)壟斷。雖然規(guī)模占比全球一半左右的市場(chǎng)份額，然而尖端產(chǎn)品基本全部依賴進(jìn)口。2019中國(guó)IGBT市場(chǎng)占比前三的分別是英飛凌、三菱電機(jī)和富士電機(jī)。其中占比最高的是英飛凌，為16%。英飛凌脫胎于西門子半導(dǎo)體部門，作為少數(shù)幾家掌握IGBT芯片核心技術(shù)的公司，其IGBT芯片產(chǎn)量居全球首位，一些電力半導(dǎo)體廠家均從英飛凌購(gòu)買IGBT芯片用于封裝IGBT模塊。英飛凌的超薄IGBT芯片加工技術(shù)對(duì)其他廠家也是一個(gè)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，在全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，英飛凌連續(xù)9年名列榜首。2019年全球IGBT市場(chǎng)占比最高仍然為穩(wěn)居第一的英飛凌，為33%，第二第三分別是來自日本的富士電機(jī)和來自美國(guó)的安森美，分別占比12%和8%。

2019全球IGBT市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局基本狀況五、行業(yè)前景分析就發(fā)展趨勢(shì)而言，中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模占世界市場(chǎng)的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市場(chǎng)上，90%主要依賴進(jìn)口，基本被國(guó)外歐美、日本企業(yè)壟斷。而中國(guó)IGBT產(chǎn)業(yè)目前在國(guó)家利好政策的推動(dòng)下取得了一定的技術(shù)進(jìn)步，在新能源發(fā)電行業(yè)和新能源汽車行業(yè)的迅速發(fā)展將成為IGBT模塊行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)的重要發(fā)展動(dòng)力，推動(dòng)了中國(guó)IGBT朝著國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)快速發(fā)展。就技術(shù)方面而言，未來IGBT模塊技術(shù)將圍繞芯片背面焊接固定與正面電極互連兩方面不斷改進(jìn)，有望將無焊接、無引線鍵合及無襯板/基板等先進(jìn)封裝理念及技術(shù)結(jié)合起來，將芯片的上下表面均通過燒結(jié)或壓接來實(shí)現(xiàn)固定及電極互連，同時(shí)在模塊內(nèi)部集成更多其他功能元件，如溫度傳感器、電流傳感器及驅(qū)動(dòng)電路等，不斷提高IGBT模塊的功率密度、集成度及智能度。目前IGBT芯片普遍采用平面柵或者溝槽柵結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用軟穿通體結(jié)構(gòu)與透明集電極區(qū)結(jié)構(gòu)技術(shù)，以及各種增強(qiáng)型技術(shù)，以提高綜合性能和長(zhǎng)期可靠性。高壓IGBT模塊技術(shù)還是以標(biāo)準(zhǔn)的焊接式封裝為主，中低壓IGBT模塊產(chǎn)品