IGBT市場的未來發(fā)展前景如何?

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）行業(yè)龍頭老大英飛凌近日宣布將新增在華投資，擴大其無錫工廠的IGBT模塊生產(chǎn)線。英飛凌表示將以更豐富的IGBT產(chǎn)品線，滿足快速增長的可再生能源、新能源汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

英飛凌的再次加碼，除了鞏固其在全球IGBT業(yè)務(wù)的領(lǐng)導(dǎo)地位之外，另一方面，也是看中了IGBT未來的潛力。

潛力無窮

事實上，被譽為電力電子行業(yè)的“CPU”的IGBT確實前景廣闊。

數(shù)據(jù)顯示，2017年全球IGBT市場規(guī)模為52.55億美元，同比2016年增長16.5%，2018年全球IGBT市場規(guī)模在62.1億美元左右。而中國IGBT市場是全球最大的IGBT市場，2018年中國IGBT市場規(guī)模達161.9億元，同比增長22.2%。

IGBT具備如此大規(guī)模的市場空間與其獨有的優(yōu)勢密切相關(guān)。IGBT即絕緣柵雙極型晶體管，它具有導(dǎo)通電阻小、開關(guān)速度快、工作頻率高等特點，可以在各種電路中提高功率轉(zhuǎn)換、傳送和控制的效率，實現(xiàn)節(jié)約能源、提高工業(yè)控制水平的目的，為電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件。正是基于上述優(yōu)點，它的應(yīng)用非常廣泛，小到家電，大到飛機、艦船、交通、電網(wǎng)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，都會用到IGBT。

值得一提的是，IGBT在新能源汽車中的地位也非常突出。它是新能源汽車電控系統(tǒng)和直流充電樁的核心器件，成本占到新能源汽車整車成本的10%，占充電樁成本的20%。它能直接控制驅(qū)動系統(tǒng)直、交流電的轉(zhuǎn)換，決定電動車扭矩和最大輸出功率等核心指標，可謂“牽一發(fā)而動全身”。

英飛凌科技（中國）有限公司大中華區(qū)汽車電子事業(yè)部市場負責(zé)人秦繼峰在今年初的2020電動汽車百人會上就曾提到這樣一組數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)動力組成的車，車里面的半導(dǎo)體價值平均大概是350美金，功率半導(dǎo)體占了20%左右，也就是70美金。而隨著電氣化的發(fā)展，以純電動車為例子，里面半導(dǎo)體的價值增加了一倍，就是700美金，而其中將近一半都是功率半導(dǎo)體。也就是說汽車在電氣化的過程中，增量的半導(dǎo)體市場絕大部分都在功率半導(dǎo)體方面，這也是為什么車用功率半導(dǎo)體是一個關(guān)鍵的話題。而IGBT就是應(yīng)用最廣泛的功率半導(dǎo)體之一。

視線回到整個IGBT市場。IGBT的下游應(yīng)用——新能源車、光伏、風(fēng)電等，在這些領(lǐng)域中我國的話語權(quán)高于過去的傳統(tǒng)燃油車領(lǐng)域和工控領(lǐng)域，因此在IGBT的增量空間中有一半以上需求都在中國。未來幾年，我國的IGBT市場需求占比將從2019年不足35%提升到2025年的50%或以上，為我國的IGBT廠商提升份額和競爭力創(chuàng)造了良好的條件，國產(chǎn)IGBT廠商市場份額和業(yè)務(wù)量的提升潛力非常大。

英飛凌領(lǐng)跑，比亞迪、華為入場

雖然國內(nèi)IGBT市場體量更大，增長更快，但我國IGBT產(chǎn)品嚴重依賴進口，國產(chǎn)化率很低。數(shù)據(jù)顯示，我國在中高端領(lǐng)域90％以上的IGBT器件依賴進口。因此，IGBT國產(chǎn)化需求已是刻不容緩。

然而，在國內(nèi)IGBT崛起的過程中，我們?nèi)砸鎸σ粋€現(xiàn)實問題：國內(nèi)IGBT發(fā)展與國外相比仍存在著巨大的鴻溝，最新的英飛凌2020年第三季度財報證實了這一差距。

2019年全球 IGBT 模塊市場規(guī)模為331億美元，全球前十大IGBT模塊供應(yīng)商占據(jù)81.1%的份額。IGBT的龍頭老大，非英飛凌莫屬。事實上，過去十幾年里，英飛凌一直是全球功率半導(dǎo)體市場的領(lǐng)袖，其在IGBT分立器件、標準IGBT模塊領(lǐng)域的市場份額均為全球第一。全球前十大IGBT模塊供應(yīng)商大多來自美國、歐洲和日本，中國僅有斯達半導(dǎo)體一家國內(nèi)企業(yè)進入排名，占據(jù)2%的市場份額。斯達半導(dǎo)體成立于2005年，到2007年進入IGBT市場，公司一直專注于電子電力及IGBT領(lǐng)域，主營業(yè)務(wù)中IGBT模塊占比達到97%。

除了斯達半導(dǎo)體，國內(nèi)在IGBT領(lǐng)域在國際上排得上號還有杭州士蘭微。成立于1997年的士蘭微屬于功率半導(dǎo)體IGBT領(lǐng)域IDM類廠商，IDM模式是IGBT生產(chǎn)制造的主流趨勢，近十年來，士蘭微電子在高壓電源電路、MEMS傳感器、電力電子器件在內(nèi)的產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域走特色工藝和產(chǎn)品技術(shù)緊密互動的模式，已具備了持續(xù)的工藝技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)開發(fā)能力，已能做到特色工藝技術(shù)和產(chǎn)品技術(shù)的持續(xù)進步。

除了以上兩家，值得關(guān)注的是比亞迪半導(dǎo)體也早于幾年前開始跑步入場IGBT領(lǐng)域。比亞迪半導(dǎo)體是比亞迪半導(dǎo)體比亞迪集團旗下的獨立子公司，是國內(nèi)第一家自主研發(fā)、生產(chǎn)車用IGBT芯片并成功大批量應(yīng)用的IDM企業(yè)，其業(yè)務(wù)涵蓋封裝材料、芯片設(shè)計、封裝、測試及應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈。從2005年開始，比亞迪半導(dǎo)體就開始涉足IGBT，四年后，比亞迪半導(dǎo)體自研的IGBT 1.0芯片成功通過中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會組織的科技成果鑒定。 2012年，IGBT 2.0芯片問世，基于這款芯片，比亞迪成功打造出了車規(guī)級IGBT模塊。而在2018年，比亞迪半導(dǎo)體成功研發(fā)出全新的車規(guī)級產(chǎn)品IGBT 4.0芯片，成為車規(guī)級IGBT的標桿。據(jù)報道，比亞迪IGBT芯片晶圓的產(chǎn)能已經(jīng)達到5萬片/月，預(yù)計2021年可達到10萬片/月，一年可供應(yīng)120萬輛新能源車，也就是相當(dāng)于2019年新能源汽車銷量的總數(shù)。從這個層面來看，比亞迪在IGBT領(lǐng)域?qū)⑶巴緹o量。

去年開始華為方面也傳出消息稱已開始自主研發(fā)IGBT器件，正在從國內(nèi)領(lǐng)先的IGBT廠商中挖人。華為所需的IGBT主要從英飛凌等廠商采購，受中美貿(mào)易戰(zhàn)影響，華為為保障產(chǎn)品供應(yīng)不受限制，開始涉足功率半導(dǎo)體領(lǐng)域。據(jù)悉，目前，在二極管、整流管、MOS管等領(lǐng)域，華為正在積極與安世半導(dǎo)體、華微電子等國內(nèi)廠商合作，加大對國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品的采購量，但在高端IGBT領(lǐng)域，由于國內(nèi)目前沒有廠家具有生產(chǎn)實力，華為只能開始自主研發(fā)。

多位巨頭的加碼和跟進，在揭露著國內(nèi)IGBT自主的短板的同時，也預(yù)示著IGBT市場或?qū)⑹且黄{海。

未來之憂

那么，進入IGBT的藍海就可以衣食無憂了嗎？

目前IGBT材料是硅半導(dǎo)體，已應(yīng)用20余年，其潛力基本發(fā)揮到極致，最高耐壓為6500伏，最大電流為3600安，無法實現(xiàn)更大突破。因而，業(yè)內(nèi)公認IGBT技術(shù)目前已接近封頂。

但是，對于半導(dǎo)體行業(yè)，需求不是根本，技術(shù)升級才是把握投資機會的主軸，一旦技術(shù)發(fā)生迭代，需求將不再呈現(xiàn)線性增長的狀態(tài)。目前，IGBT在新能源車領(lǐng)域，就遭遇了這一挑戰(zhàn)。業(yè)內(nèi)人士普遍認為，硅基IGBT逼近材料特性極限，技術(shù)升級迫在眉睫。所以，未來碳化硅（SiC）半導(dǎo)體在一定領(lǐng)域和行業(yè)，包括電動汽車，會實現(xiàn)對硅半導(dǎo)體的較大替換。

SiC和GaN是第三代半導(dǎo)體材料，與第一二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。

與Si相比，SiC的導(dǎo)通電阻可以做的更低，體現(xiàn)在產(chǎn)品上面，就是尺寸降低，從而縮小體積。在新能源汽車行業(yè)，由于電池重量也比較大，那么別的器件的大幅度降低對于新能源車輕量化的幫助會比較大；比如5KW左右的DC/DC用SiC來做比Si的IGBT要輕85%左右。

不過，局限SiC用途的原因是成本太高，產(chǎn)品參數(shù)也不穩(wěn)定。目前SiC芯片成本是IGBT的4-5倍，但業(yè)界預(yù)計SiC成本三年內(nèi)可以下降到2倍左右。因此，業(yè)內(nèi)也有聲音認為，未來隨著第三代半導(dǎo)體的成本快速下降，IGBT就可能會逐步被三代半導(dǎo)體替代。

事實上，目前已經(jīng)有廠商開始這么做了。2018 年，特斯拉model3采用了意法半導(dǎo)體的24個碳化硅MOSFET模塊代替了IGBT，對比硅基的IGBT續(xù)航可以提升5~10%，這也被認為是第三代半導(dǎo)體首先開始替代IGBT的苗頭。無獨有偶，今年2月份新上市的比亞迪漢EV也搭載了比亞迪自主研發(fā)并制造的高性能SiC-MOSFET控制模塊。

國金證券研報介紹，未來IGBT將向更低的開關(guān)損耗、更高的電流密度以及更高的工作溫度發(fā)展，隨著數(shù)萬伏高壓、高于500℃的高溫、高頻、大功率等需求的提出，硅基IGBT的性能已經(jīng)逼近材料特性極限，因此碳化硅（SiC）基IGBT將站上歷史舞臺。

短期來看，受制于成本問題，未來3-5年IGBT仍是最重要的應(yīng)用。但是未來隨著SiC成本的下降，穩(wěn)定性逐漸提高，實現(xiàn)高量產(chǎn)，那個時候，IGBT的未來是否會岌岌可危？

結(jié)語

不管何時何地，只有掌握核心技術(shù)才能占據(jù)產(chǎn)業(yè)話語權(quán)！與其它國產(chǎn)半導(dǎo)體一樣，作為國產(chǎn)新能源汽車核心的IGBT同樣面臨著被國外把持的命運，在現(xiàn)實面前，唯有快速實現(xiàn)國產(chǎn)替代，如此，在面對未來時，我們才有更足的底氣和更大的贏面。

（附）國內(nèi)部分IGBT產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)廠商盤點：

斯達半導(dǎo)體：成立于 2005 年，于 2011 年 11 月變更為嘉興斯達半導(dǎo)體股份有限公司。公司是專業(yè)從事功率半導(dǎo)體元器件，尤其是 IGBT 研發(fā)、生產(chǎn)和銷售服務(wù)的國家級高新技術(shù)企業(yè)。憑借在 IGBT 領(lǐng)域先進的制造工藝及測試技術(shù)，公司已成功切入變頻器與新能源汽車領(lǐng)域，成為國內(nèi)多家知名變 頻器企業(yè)的 IGBT 模塊及汽車級 IGBT 模塊的主要供應(yīng)商，打破了大功率工業(yè)級和車用級模塊完全依賴進口芯片的被動局面，逐步實現(xiàn)進口替代。

華微電子：采用IDM集功率半導(dǎo)體芯片設(shè)計、制造、 器件設(shè)計、封測等縱向產(chǎn)業(yè)鏈一體化模式，公司掌握從高端二極管到第六代IGBT等多領(lǐng)域的核心技術(shù)，產(chǎn)品涵蓋IGBT、MOSFET、SBD、FRD、 SCR、BJT等，目前公司主要收入來源MOS系列產(chǎn)品、雙極系列產(chǎn)品、整流系列產(chǎn)品的銷售。

士蘭微：是一家集成電路芯片設(shè)計與制造一體（IDM）的企業(yè)，公司產(chǎn)品包括：分立器件、IGBT及其他功率模塊、IPM智能功率模塊等。2019年，士蘭微電子推出了應(yīng)用于家用電磁爐的1350VRC-IGBT系列產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品是基于士蘭微電子獨立自主開發(fā)的第三代場截止（Field-StopIII）工藝平臺，實現(xiàn)在場截止型IGBT器件內(nèi)部集成了續(xù)流二極管結(jié)構(gòu)。目前蘭微的IGBT器件已經(jīng)推進到第五代Field-Stop工藝，采用了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的Narrow mesa元胞設(shè)計，將器件的功率密度較上一代產(chǎn)品提升了30%，最大單芯片電流提升至270A。

比亞迪半導(dǎo)體：是比亞迪集團旗下的獨立子公司，2020年4月，由“深圳比亞迪微電子”正式更名為“比亞迪半導(dǎo)體”，是國內(nèi)第一家自主研發(fā)、生產(chǎn)車用IGBT芯片并成功大批量應(yīng)用的IDM企業(yè)，其業(yè)務(wù)涵蓋封裝材料、芯片設(shè)計、封裝、測試及應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈。

自2005年，比亞迪就布局IGBT產(chǎn)業(yè)。2009年9月，比亞迪半導(dǎo)體自研的IGBT 1.0芯片成功通過中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會組織的科技成果鑒定。

2012年，IGBT 2.0芯片問世，基于這款芯片，比亞迪成功打造出了車規(guī)級IGBT模塊。2018年，比亞迪半導(dǎo)體成功研發(fā)出全新的車規(guī)級產(chǎn)品IGBT 4.0芯片，成為車規(guī)級IGBT的標桿。

中車時代：公司是國際上少數(shù)同時掌握大功率晶閘管、IGCT、IGBT、SiC器件及其模塊封裝技術(shù)的IDM模式企業(yè)。作為中車時代電氣股份有限公司下屬全資子公司，是一家同時掌握大功率晶閘管、IGCT、IGBT及SiC器件及其組件技術(shù)的IDM（集成設(shè)計制造）模式企業(yè)，擁有芯片—模塊—裝置—系統(tǒng)完整產(chǎn)業(yè)鏈。產(chǎn)能方面，公司擁有一條8英寸IGBT芯片制造產(chǎn)線，一期實現(xiàn)年產(chǎn)12萬片，配套生產(chǎn)100萬只 IGBT模塊，是國內(nèi)首條、國際第二條8寸IGBT產(chǎn)線。技術(shù)方面，公司在高壓、大功率功率器件處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，更是軌道交通領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。

華虹半導(dǎo)體：公司是全球首家提供8英寸純晶圓功率器件代工服務(wù)企業(yè)，提供包括通用型MOSFET、超級結(jié)MOSFET（DT-SJNFET）和IGBT等主流技術(shù)，其中公司深溝槽超級結(jié)（DT-SJ）器件性能達到國際一流水平。2019年公司分立器件營收3.54億美元，同比增長14.2%，連續(xù)5年保持兩位數(shù)的增長。其中，超級結(jié)MOSFET和IGBT在2015年到2019年的銷售收入以及出貨量的復(fù)合增長率均超過50%。

振華科技：公司專精電子元器件，著手布局IGBT領(lǐng)域。據(jù)悉，公司開始向價值量更高的IGBT領(lǐng)域布局，參股公司森未科技主營產(chǎn)品電壓等級為600V-1700V，單顆芯片電流規(guī)格5A-200A，覆蓋工業(yè)控制、變頻家電、電動汽車、風(fēng)電伺服驅(qū)動、光伏逆變器 等領(lǐng)域，公司于2019年發(fā)布第七代Trench-FS IGBT產(chǎn)品。

臺基股份：公司是國內(nèi)大功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域為數(shù)不多的掌握全產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)的功率半導(dǎo)體企業(yè)，主要產(chǎn)品為功率晶閘管、整流管、IGBT、電力半導(dǎo)體模塊等功率半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)電氣控制 和電源設(shè)備。公司大功率晶閘管及模塊年產(chǎn)能達到290萬只，是國內(nèi)銷量領(lǐng)先的大功率半導(dǎo)體器件廠商，擁有超過1160家直營客戶。公司主要產(chǎn)品包括晶閘管、整流管及其模塊、IGBT等功率半導(dǎo)體器件。2019年度項目進展情況適應(yīng)客戶需求，增加了多個IGBT模塊。完善自動化生產(chǎn)線，產(chǎn)銷量不斷擴大。

揚杰科技：公司集芯片設(shè)計、芯片制造、封裝測試、終端銷售為一體，是國內(nèi)優(yōu)質(zhì)的IDM模式廠商。公司主營產(chǎn)品為功率二極管、整流橋、大功率模塊、小信號二三極管、MOSFET、IGBT及碳化硅SBD、碳化硅JBS等。
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