中國IGBT產(chǎn)業(yè)前景分析

中國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(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅(qū)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(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。IGBT器件三大設計目標：(1)降低導通功耗；(2)降低開關損耗；(3)提升耐擊穿程度；IGBT通常用于高電壓和大電流的開關器件，因此需要較高的耐擊穿能力以防止短路，同時，降低每次開關時造成的損耗和導通時造成的能量損耗。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)增長的又一動力。在國際節(jié)能環(huán)保的大趨勢下，IGBT下游的風電產(chǎn)業(yè)、光伏和新能源汽車、等領域發(fā)展迅速，對IGBT模塊需求逐步擴大，新興行業(yè)的加速發(fā)展將持續(xù)推動IGBT市場的高速增長。以風電為例，2020年，是我國風電行業(yè)獲得爆發(fā)性增長的一年，全國風電新增并網(wǎng)裝機7167萬千瓦，其中陸上風電新增裝機6861萬千瓦、海上風電新增裝機306萬千瓦。到2020年底，全國風電累計裝機2.81億千瓦，其中陸上風電累計裝機2.81億千瓦、海上風電累計裝機939萬千瓦。以光伏為例，中國光伏行業(yè)幾經(jīng)曲折，目前已經(jīng)形成了成熟且具有競爭力的產(chǎn)業(yè)鏈，成為我國為數(shù)不多的、可同步參與國際競爭并在產(chǎn)業(yè)化方面取得領先優(yōu)勢的新興產(chǎn)業(yè)之一。同時，作為光伏補貼的最后一年，我們也看到了國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的成長力。2020年光伏新增裝機量為48.2GW，同比2019年增長60.4%。以新能源汽車為例，IGBT模塊在新能源汽車領域中發(fā)揮著至關重要的作用，是新能源汽車電機控制器、車載空調(diào)、充電樁等設備的核心元器件。其中電機控制器+鋰電池+汽車電機=新能源汽車動力系統(tǒng)，電機控制器相當于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機，而其中的IGBT模塊相當于是汽車動力系統(tǒng)的“CPU”。受益于政策的優(yōu)惠，我國新能源汽車市場從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年受到補貼倒退和疫情的影響，產(chǎn)銷量增速放緩。2019年國內(nèi)新能源汽車銷量為120.6萬輛，比2018年下降4%。目前，為了緩解疫情對新能源汽車行業(yè)的影響，我國推遲補貼政策至2021年，行業(yè)發(fā)展正逐漸恢復中。2020年，新能源汽車銷量完成139.73萬輛。在國內(nèi)新能源汽車IGBT模塊市場中，英飛凌公司中是絕對的龍頭，市場占比58.2%，相比2016年33%的市場占比，其市場地位有了進一步的鞏固。比亞迪微電子則在多年的技術積累中，逐漸成長為中國IGBT市場份額第二大企業(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，對于穩(wěn)定性、可靠性要求最高，在產(chǎn)品設計和工藝實現(xiàn)時需要考慮絕緣、耐壓、散熱、抗干擾、電磁兼容性等諸多因素；需要經(jīng)過長時間研發(fā)積累逐步掌握；從1988年至今，一代IGBT產(chǎn)品生命周期平均長達10年，富士、三菱等海外企業(yè)已推出第七代IGBT，國內(nèi)領先企業(yè)已具備第六代量產(chǎn)能力，緊跟在后。2019年全球IGBT市場達到54.2億美元；中國大陸為24.2億美元，中國市場在全球占比48%，同時，2016-2019年復合增速約為20%左右；中國IGBT應用占比為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；模組和IPM模塊應用占比有望提升。四、IGBT競爭格局由于IGBT對設計及工藝要求較高，而國內(nèi)缺乏IGBT相關技術人才、工藝基礎薄弱且企業(yè)產(chǎn)業(yè)化起步較晚，因此IGBT市場長期被大型國外跨國企業(yè)壟斷。雖然規(guī)模占比全球一半左右的市場份額，然而尖端產(chǎn)品基本全部依賴進口。2019中國IGBT市場占比前三的分別是英飛凌、三菱電機和富士電機。其中占比最高的是英飛凌，為16%。英飛凌脫胎于西門子半導體部門，作為少數(shù)幾家掌握IGBT芯片核心技術的公司，其IGBT芯片產(chǎn)量居全球首位，一些電力半導體廠家均從英飛凌購買IGBT芯片用于封裝IGBT模塊。英飛凌的超薄IGBT芯片加工技術對其他廠家也是一個巨大的技術挑戰(zhàn)，在全球功率半導體市場，英飛凌連續(xù)9年名列榜首。2019年全球IGBT市場占比最高仍然為穩(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和來自美國的安森美，分別占比12%和8%。

2019全球IGBT市場競爭格局基本狀況五、行業(yè)前景分析就發(fā)展趨勢而言，中國功率半導體市場規(guī)模占世界市場的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市場上，90%主要依賴進口，基本被國外歐美、日本企業(yè)壟斷。而中國IGBT產(chǎn)業(yè)目前在國家利好政策的推動下取得了一定的技術進步，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)增長的重要發(fā)展動力，推動了中國IGBT朝著國產(chǎn)化的目標快速發(fā)展。就技術方面而言，未來IGBT模塊技術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，有望將無焊接、無引線鍵合及無襯板/基板等先進封裝理念及技術結(jié)合起來，將芯片的上下表面均通過燒結(jié)或壓接來實現(xiàn)固定及電極互連，同時在模塊內(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，并運用軟穿通體結(jié)構與透明集電極區(qū)結(jié)構技術，以及各種增強型技術，以提高綜合性能和長期可靠性。高壓IGBT模塊技術還是以標準的焊接式封裝為主，中低壓IGBT模塊產(chǎn)品