全球隔離芯片（隔離器件）行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢分析

全球隔離芯片（隔離器件）行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢分析一、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、隔離驅動芯片、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轉化成MCU/SoC易處理的格式。隔離驅動芯片又可以分為單管、半橋驅動等，主要區(qū)別是能夠同時驅動的MOSFET/IGBT數(shù)量不同，單管為1個，半橋為2個。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直采，隔離放大器則應用于傳感器后端信號處理，ADC用于模數(shù)轉換。二、隔離芯片技術發(fā)展背景從技術路線上來說，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，有兩個二極管，一個是光源或發(fā)射器，通常是一個發(fā)光二極管（LED），另一個作為光電傳感器的光電二極管。LED將電輸入信號轉換為光，光電二極管檢測入射光，并根據(jù)入射光產(chǎn)生相應的電能，以此實現(xiàn)電氣隔離。在1990年代后期以CMOS為基礎的數(shù)字隔離器發(fā)展出來之前，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法實現(xiàn)高頻傳輸且功耗較大，此外常見的光耦用電介質空氣和環(huán)氧樹脂介電強度有限，隔離性能較差。數(shù)字隔離器件是使用半導體工藝技術來創(chuàng)建通過隔離屏障傳輸數(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（簡稱“磁耦”）、電容耦合隔離芯片（簡稱“容耦”）和巨磁阻隔離等類型，巨磁阻隔離的應用相對較少。近年來容耦和磁耦，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）的特點，快速替代光耦器件。從具體性能上來看，相比光耦，容耦在隔離強度、速度、功耗上有較大優(yōu)勢；相比磁耦，容耦在成本和EMI（電磁干擾）上有一定優(yōu)勢，屬于性價比較優(yōu)的選擇。對于第三代半導體，由于開關速度較快，對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)等成本相對不敏感、同時對性能有較高要求的領域，容耦芯片已替代掉光耦的大部分份額，光耦芯片主要應用于消費電子等低端場景，磁耦芯片則主要應用在高端場景中。三、隔離芯片產(chǎn)業(yè)鏈從產(chǎn)業(yè)鏈來看，隔離芯片上游為原材料及電子元器件，下游應用領域主要包括：1）新能源汽車OBC、主驅以及充電樁中的通訊、驅動、信號采樣；2）光伏發(fā)電系統(tǒng)中的通訊、驅動、信號采樣；3）服務器電源、基站電源中多機通訊互連、板級通訊、信號采樣等；4）工業(yè)變頻器、伺服驅動中的通訊、驅動、信號采樣。四、隔離芯片行業(yè)現(xiàn)狀分析從全球隔離芯片市場來看，根據(jù)MarketsandMarkets數(shù)據(jù)，2022年全球數(shù)字隔離芯片市場規(guī)模預計約18億美元，預計到2027年增長至27億美元，2022-2027年CAGR為8.45%。從下游應用來看，工業(yè)和汽車電子是數(shù)字隔離芯片的兩個最大應用領域，2020年占比分別達到28.58%和16.84%，預計到2026年達到28.80%和16.79%。從細分市場柵級驅動市場規(guī)模來看，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年全球柵極驅動芯片市場規(guī)模約16.78億美金，預期到2027年將達到27.32億美金，2020-2030年CAGR=8.5%。五、隔離芯片行業(yè)競爭格局從市場競爭格局來看，歐美半導體公司在數(shù)字隔離芯片領域起步較早，并在長期以來占據(jù)了市場的主導地位。根據(jù)MarketsandMarkets的統(tǒng)計數(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規(guī)模為40%-50%，剩余市場主要被NVE公司、ROHM（羅姆半導體）、MAXIM（美信公司）、Vicor公司、ON（安森美半導體）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計企業(yè)，產(chǎn)品在技術領域覆蓋模擬及混合信號芯片，目前已能提供800余款可供銷售的產(chǎn)品型號，廣泛應用于信息通訊、工業(yè)控制、汽車電子和消費電子等領域。從隔離芯片情況來看，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)品出貨量達到3586.71萬顆，市場占有率為5.12%。六、隔離芯片行業(yè)發(fā)展趨勢1、隔離芯片在汽車中有兩大應用領域對應的正是汽車電子兩大發(fā)展趨勢：電動化和智能化。近年來隨著電池成本的降低、電池和動力系統(tǒng)可靠性的提升，新能源汽車銷量快速增長。據(jù)IEA數(shù)據(jù)，2021年全球新能源汽車銷量達到660萬輛，同比增長121.48%。隨著未來新能源汽車滲透率不斷提升，預期對應的大小三電系統(tǒng)隔離芯片需求將維持快速成長態(tài)勢。2、在新能源發(fā)電和儲能系統(tǒng)中，隔離芯片主要用于實現(xiàn)逆變器、變流器、PCS等設備中的隔離、采樣、通信等功能，是電力電子變換器不可或缺的芯片組件。此外在儲能電站的BMS系統(tǒng)中，隔離芯片亦廣泛應用于板間通訊，用以隔絕高壓和信號干擾。近年各國相繼提出碳達峰、碳中和目標，新能源裝機需求快速成長，隨著新能源裝機需求成長，電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰能力受到挑戰(zhàn)，儲能需求亦迎來快速成長期。未來隨著新能源發(fā)電裝機量和儲能裝機量的增長，隔離芯片需求亦將受益。3、在通訊領域-5G基站中，隔離芯片主要應用于一次、二次電源系統(tǒng)的驅動、采樣和通訊。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2021年，中國移動通信基站總數(shù)達996萬個，全年凈增65萬個。其中4G基站達590萬個，5G基站為142.5萬個，全年新建5G基站超過65萬個，2022年預計建設5G基站超過60萬個。隨著宏站逐步建設完成，5G基站建設逐步轉向小站階段，預計未來國內(nèi)5G基站建設數(shù)量趨于平穩(wěn)。4、在工業(yè)變頻器、伺服驅動、PLC中也有隔離芯片的應用場景，隔離芯片主要應用于IGBT/MOSFET驅動、通訊接口等場景。在PLC中，隔離芯片還可以作為I/O接口，對外輸出信號，并隔離外部噪聲干擾。從國內(nèi)工業(yè)運行情況來