2020年中国IGBT市场现状分析,新能源方向汽车国产化趋势推进加速「图」

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一、IGBT产业概述

1、半导体定位

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极结型晶体管,即三极管)和MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)两种结构复合组成的全控型电压驱动式功率半导体器件,因此同时具备MOSFET输入阻抗高、开关速度快、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小以及BJT 导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。

IGBT位于半导体产业定位

资料来源:公开资料整理

IGBT器件作为能源转换和传输核心,自20 世纪80 年代末开始工业化使用后,逐渐取代MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)和GTR(电力晶体管),不断扩大至SCR(可控硅整流器)和GTO(可关断晶闸管)应用方向,广泛应用于高压、大电流、高速等大功率使用场景,并且在消费类电子应用中渐渐兼并BJT、MOSFET使用场景,成为电力电子领域开关器件的主流发展方向。

IGBT和MOSET、BJT对比

IGBT和MOSET、BJT对比

资料来源:公开资料整理

2、产品类型

IGBT在功率模块中可同时以IPM模组和分立器件形式存在,主要用于逆变(DC-AC直交流转换)。IGBT结合了MOSFET闸极控制高输入阻抗和BJT大电流低导通压降的优势,使得器件驱动功率小、开关频率高、开关损耗小,广泛应用于600V以上的电源供应系统(变频器、电机等)。

IGBT主要种类和产品类型

资料来源:公开资料整理

3、技术趋势

IGBT的技术趋势为“小尺寸、高功率、低损耗”。从1988年IGBT首次问世到2012年三菱电机推出微沟槽场截止型新产品,IGBT已经经过7次迭代升级,朝着减小模块尺寸、增加输出功率、降低功率损失的目标不断优化。在新能源汽车领域,随着市场对于整车性能要求的迅速提高,车规级IGBT呈现出高电压、高效率、高功率密度和高可靠性的“四高”特性。在未来,IGBT行业会在精细化技术、超结技术、高结温终端技术、先进封装技术、功能集成技术等方向进一步探索,实现尺寸厚度、功率密度、驱动效率、结温、可靠性等方面的优化,不断降低生产成本。

IGBT历代产品特性对比情况IGBT历代产品特性对比情况

资料来源:公开资料整理

二、IGBT产业链驱动分析

1、产业链整体分析

GBT行业主要包括设计、制造、封测三大板块,根据覆盖面的差异划分为三种模式。IGBT行业上游产业主要包括半导体材料(硅片、光刻胶等)与设备(光刻机、刻蚀机、PVD、CVD等),是支撑IGBT行业发展的基石;IGBT行业根据芯片制造的工序又可依次划分为芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试三个环节;IGBT行业下游产业为广泛的各细分应用市场,IGBT在工业控制、新能源汽车、消费电子、电力储存、轨道交通、家用电器等领域均大量应用。

IGBT产业链及三种商业模式IGBT产业链及三种商业模式

资料来源:公开资料整理

就下游应用结构而言,获益于新能源车渗透率提升以及汽车电子零部件价值量增长,车规级IGBT市场增速明显,新能源车IGBT市场占比持续增长,2020年已成为中国IGBT第一大应用领域,占比约30%。也因为工业控制市场的逐步回暖、变频家电前期的快速渗透、新能源发电端的快速发展,工业控制、消费电子(家电)与新能源发电市场分别占比27%、22%、11%,为中国新能源汽车外前三大应用领域。

2020年中国IGBT下游应用领域市场占比

2020年中国IGBT下游应用领域市场占比

资料来源:公开资料整理

IGBT就应用场景而言,可分为消费类、工业级和车规级,车规级IGBT相对于工业级IGBT,对诸多耐受指标要求更为严格。与工业IGBT模块相比,车规级IGBT设计需保证开通关断、抗短路和导通压降三者平衡,参数优化非常特殊复车规级IGBT芯片通常在大电流、高电压、高频率的环境下工作,芯片设计需保证开通关断、抗短路能力和导通压降(控制热量)三者处于均衡状态,芯片设计与参数调整优化非常特殊复杂,技术壁垒更高。

各应用场景IGBT参数对比各应用场景IGBT参数对比

资料来源:公开资料整理

2、新能源汽车驱动

IGBT在新能源汽车中存在广泛的应用,除了电动控制系统外,在车载空调控制系统及充电桩中也有着应用。从成本上看,新能源电动车成本结构中最大者为电池,占比约40~50%,其次为电机驱动系统,约占全车成本15%至20%。其中,IGBT占驱动系统一半左右,即IGBT占电动车约8%至10%成本,成电动车降价第二关键零组件。

IGBT在新能源汽车中的应用

IGBT在新能源汽车中的应用

资料来源:公开资料整理

我国大力支持新能源汽车发展,新能源汽车、电动车、智能汽车将成为行业发展趋势。目前我国新能源汽车产销量快速增长,IGBT市场空间广阔。根据中汽协发布的产销数据,2020年,新能源汽车产量及销量分别为136.6万辆和136.7万辆,同比分别增长10%和13%,产量及销量连续三年位居全球第一。2021年1-9月新能源汽车销量达215.7万辆,同比2020年同期增长159.9%。

2015-2021年9月中国新能源汽车销量及增长率

2015-2021年9月中国新能源汽车销量及增长率

资料来源:中汽协,华经产业研究院整理

三、IGBT市场现状

1、市场规模

就市场规模而言,受益下游新能源、工控等行业快速发展,我国IGBT市场规模快速扩张,根据数据,2019年市场规模仅为23.5亿美元,主要是受新能源汽车补贴下行影响,新能源汽车销量下降,导致我国IGBT增速下降。2020年随着新能源汽车回暖,市场需求上升,预计市场规模可达27.9亿美元。

2016-2020年中国大陆IGBT市场规模及预测

2016-2020年中国大陆IGBT市场规模及预测

资料来源:英飞凌、TrendFoce,华经产业研究院整理

新能源汽车快速增长,有望带动以IGBT价值量提升。IGBT模块是新能源汽车电机控制器、车载空调、充电桩的核心器件。根据英飞凌年报显示,新能源汽车中功率半导体器件的价值量约为传统燃油车的5倍以上。根据EVtank预测,2025年我国新能源汽车IGBT市场规模将达165亿元,2020-2025年CAGR为31.48%。

2018-2025年中国新能源汽车IGBT市场规模预测

2018-2025年中国新能源汽车IGBT市场规模预测

资料来源:EVtank,华经产业研究院整理

2、供需现状

IGBT下游领域广泛覆盖消费电子、工业控制和汽车电子等各个领域,主要供应商为欧美厂商,国产品牌市场占比不足20%。用户基数及需求巨大,该市场的快速增长吸引了众多国内相关功率器件企业进入这一领域,市场竞争日趋激烈。目前国内功率器件的整体技术水平还比较低,产能主要集中于低端产品范围;在以新型功率器件如IGBT等为代表的高技术、高附加值的中高档产品领域,国外企业拥有绝对的竞争优势,国内市场所需的大部分产品还依赖进口。随着国内企业逐步发展,我国IGBT自给率逐年上升,到2020年已达18.4%,预计未来将持续上升。

2015-2020年中国IGBT市场供需现状走势图

2015-2020年中国IGBT市场供需现状走势图

资料来源:公开资料整理

四、IGBT竞争格

1、整体格局

目前,国内IGBT市场主要由英飞凌、三菱电机、富士电机等海外厂商占据。根据数据,2019年,英飞凌、三菱电机、富士电机、ABB、飞兆等海外厂商在中国IGBT市场的份额合计达48.7%,同时,从400V及以下的常规IGBT市场到4500V以上的高端IGBT市场,海外厂商的IGBT产品的市场优势地位均十分明显。

2019年中国IGBT市场竞争格局占比

2019年中国IGBT市场竞争格局占比

资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国IGBT行业市场全景评估及投资方向研究报告》;

2、新能源汽车格局

IGBT技术尚需追赶,国产化时代正开启。纯电动车上,IGBT 主要用于MCU、电池热管理、电动车空调、充电系统几个方面。根据公开资料,IGBT作为电动汽车增量部件的核心,模块成本占整车价值的10%,占充电桩价值的20%。车用IGBT对技术要求水平更好,制造难度更大,技术壁垒深厚,英飞凌占据市场一半左右的份额,国产企业新能源汽车方面相较于整体格局而言占比较高。

2019年中国车规级IGBT竞争格局

2019年中国车规级IGBT竞争格局

资料来源:公开资料整理

五、IGBT发展趋势

1、政策助力

政策、资金助力国内IGBT行业发展。IGBT具有巨大的国内和国际市场,且在产业结构升级、节能减排、新能源等领域发挥着不可替代的重要作用。近年来,国家推出多项政策分别从产业发展、研究开发、财税投资等方面支持包括IGBT在内的半导体产业发展。国务院于2020年8月印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》从财税、投融资、研究开发等全面支持半导体行业的发展。

近年来中国IGBT行业政策一览

近年来中国IGBT行业政策一览

资料来源:公开资料整理

2、国产化趋势

巨大替代空间、免税政策叠加美国科技禁运等大环境影响,IGBT国产化趋势已成共识。中国功率半导体市场约占世界市场份额50%,国内进口比例超九成;目前,比亚迪、斯达半导、中车集团等已实现相关产品的量产,华为也已组建专门负责IGBT技术研发的人才团队。但就目前看,国产产品技术上仍有一定差距,需要大量时间、资金投入,短期内存在一定进口依赖,长期看国产替代时代已经开启。

华经产业研究院通过对中国IGBT行业海量数据的搜集、整理、加工,全面剖析行业总体市场容量、竞争格局、市场供需现状及行业重点企业的产销运营分析,并根据行业发展轨迹及影响因素,对行业未来的发展趋势进行预测。帮助企业了解行业当前发展动向,把握市场机会,做出正确投资决策。更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国IGBT行业市场运行态势及投资战略研究报告》。

本文采编:CY1253

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