摘要:隨著中國IGBT行業市場規模的快速擴張,中國IBGT驅動器行業得到快速發展,產量也呈現逐年上漲態勢,中國IGBT驅動器產量從2018年的623萬套上漲至2022年的1291萬套,復合增長率為19.98%。中國IGBT驅動器需求量較大,其需求量遠遠大于產量,市場呈現供不應求的狀態,中國IGBT驅動器需求量從2018年的5980萬套上漲至2022年的10192萬套,復合增長率為14.25%,其中標準IGBT模塊領域需求占比為98.11%,智能IGBT驅動器領域占比為1.89%。
一、定義及分類
IGBT是由雙極結型晶體管(BJT)和金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)組成的復合全控型電壓驅動式電力電子器件,IGBT要想將自身優秀的功能在相關產品上穩定實現,離不開它的助手IGBT驅動器(即IGBT模塊解決方案),IGBT驅動器是對上位機發出的控制信號(控制信號:使得功率管開通或關斷)進行功率放大并同時能夠對IGBT模塊提供一定保護功能(互鎖、短路、欠壓、有源鉗位)的裝置。從電路隔離方式看,IGBT驅動器可分成兩大類,一類采用光電耦合器,另一類采用脈沖變壓器,兩者均可實現信號的傳輸及電路的隔離。
二、行業政策
中國IGBT驅動器行業相關政策規劃較為豐富,在眾多國家頂層政策規劃文件中均有所涉及。如2021年11月發布的《“十四五”國家信息化規劃》中明確指出,加快集成電路關鍵技術攻關。推動計算芯片、存儲芯片等創新,加快集成電路設計工具、重點裝備和高純靶材等關鍵材料研發,推動絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、微機電系統(MEMS)等特色工藝突破。
三、行業壁壘
1、技術壁壘
IGBT的研發生產過程涉及量子力學、微電子、半導體物理、材料學等諸多學科,需要綜合掌握外延、微細加工、封裝等多領域技術工藝,并加以整合集成,屬于技術密集型行業。隨著下游電子產品的升級換代,電子產品呈現多功能化、低能耗、體積輕薄的發展趨勢,新產品、新應用的不斷涌現,對IGBT的制造封裝工藝等方面提出了更高的技術要求,同時件差別化應用領域的快速拓展,光伏、智能電網、汽車電子、LED照明等跨領域的產品需求,對生產廠商專用半導體分立器件的配套設計能力也提出了更高的要求。因此,IGBT行業對新進入者有較高的技術壁壘。
2、客戶壁壘
通過嚴格的市場準入認證以及供應商資質認證是進入IGBT行業開展競爭的必要條件。IGBT作為電子信息產業中一種重要的功能元器件,主要服務于規?;南掠螐S商。為了保證產品的品質及性能穩定性,下游客戶對于供應商有較為嚴格的認證條件,要求供應商除了具備在行業內領先的技術、產品、服務以及穩定的量產能力外,還須通過行業內認可的權威質量管理體系認證。
3、資金壁壘
IGBT產業鏈涵蓋芯片設計、工藝制造、封裝、測試等所有環節,主要技術設備包括外延、光刻、蝕刻、離子注入、擴散等工序所必須的高技術生產加工和測試設備。為確保產品質量的可靠性與穩定性,上述關鍵生產設備需要依靠進口,價格高昂。此外,為提升企業競爭優勢,滿足行業認證等強制性要求,半導體分立器件企業在技術、人才、環保等方面的投入將越來越大。因此,行業新進入者需具備一定的經濟規模方能與現有企業展開市場競爭。
4、質量壁壘
IGBT作為內嵌于電子整機產品中的關鍵零部件,在電流、電場、濕度以及溫度等外界應力激活的影響下,存在潛在的失效風險,進而影響電子整機產品的質量性能。因此,在大批量生產過程當中,對產品良率、失效率等級及產品一致性水平等要求較高。實現精益化生產、擁有先進的生產設備、精細的現場管理以及長期的技術經驗沉積是確保產品質量性能可靠性的基本保障。行業新進入者由于缺少長期的生產實踐經驗積累以及成熟的質量管理體系,較難達到相關質量控制要求。
5、規?;芰Ρ趬?/strong>
IGBT作為電子信息產品的基礎元器件,具有應用領域廣、用量大等特點。因此,諸如光伏、智能電網、汽車電子、消費電子等下游領域對不同規格、不同品種、不同功能半導體分立器件產品的多元化需求,對半導體分立器件廠商的規模化供應能力提出了較高的要求。而行業新進入者面臨著產品技術研發、客戶積累、產品質量可靠性以及大規模資金投入等多重進入障礙,在短期內難以形成規?;亩嗥贩N供應能力以滿足整機制造企業的一站式購買需求,因此,IGBT行業對新進入者存在著較高的規?;趬?。
四、產業鏈
IGBT驅動器產業鏈上游主要為驅動芯片及其他電子元器件產品;中游為IGBT驅動器生產制造;下游為應用領域,包括變頻家電、新能源汽車、新能源汽車充電樁、軌道交通等行業。IGBT驅動器是支撐信息技術產業發展的重要產品,也是保障產業鏈供應鏈安全穩定的節點之一。目前下游行業對IGBT驅動器國產化的剛性需求強烈,但從產品質量、產業結構上亦需進一步加快迭代升級。在技術方面,隨著下游對IGBT驅動器的體積、功能等要求的不斷提高,我國IGBT驅動器行業面臨著追趕國際先進水平的壓力。
















五、行業現狀
隨著中國IGBT行業市場規模的快速擴張,中國IBGT驅動器行業得到快速發展,產量也呈現逐年上漲態勢,中國IGBT驅動器產量從2018年的623萬套上漲至2022年的1291萬套,復合增長率為19.98%。中國IGBT驅動器需求量較大,其需求量遠遠大于產量,市場呈現供不應求的狀態,中國IGBT驅動器需求量從2018年的5980萬套上漲至2022年的10192萬套,復合增長率為14.25%,其中標準IGBT模塊領域需求占比為98.11%,智能IGBT驅動器領域占比為1.89%。
六、發展因素
1、機遇
(1)國家政策大力扶持為中國半導體行業創造良好的發展環
半導體行業的發展程度是國家科技實力的重要體現,是信息化社會的支柱產業之一,更對國家安全有著舉足輕重的戰略意義。功率半導體器件行業是我國重點鼓勵和支持的產業之一,為推動節能減排,促進電力電子技術和產業的發展,國家發改委等有關部門陸續出臺資金補貼計劃等一系列政策及文件,支持新型電力電子器件的產業化發展,促進了IGBT行業的快速發展。在《“十四五”國家信息化規劃》中就提出推動計算芯片、存儲芯片等創新,加快集成電路設計工具、重點裝備和高純靶材等關鍵材料研發,推動絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、微機電系統(MEMS)等特色工藝突破。
(2)節能減排政策將推動功率半導體市場需求增長
隨著我國經濟的快速發展,能源需求量越來越大,國內能源供應緊缺的矛盾日益突出。近年來國家出臺了多項節能減排政策促進相關行業的發展,受益于此,工業控制、新能源汽車和新能源發電等節能效果明顯的產品近年來市場規模不斷擴大,而從而使得功率半導體器件的市場需求快速增長。
(3)新能源領域的應用將推動行業快速發展
由于傳統石化能源儲量有限且污染嚴重,近年來以新能源汽車、風能、太陽能等為代表的新能源產業發展迅速。IGBT器件是新能源汽車電機控制器的核心。元件,風能、太陽能發電產生的電力要經過逆變器才能并網使用,IGBT器件是逆變器的核心元器件,因此未來新能源領域的快速發展將會推動功率半導體器件行業的快速發展。
(4)新型功率半導體器件應用范圍日益廣泛
隨著國內產業結構的調整升級,智能電網、智能控制、軌道交通等領域也發展迅速,對以IGBT為代表的電力半導體器件的需求不斷擴大,大大拓展了功率半導體器件的應用范圍。
(5)“進口替代”政策支持
中美貿易摩擦及華為事件突顯了在半導體領域“自主可控”的重要性,將促進我國在相關產業的大力投入與國內企業的發展。同時,由于IGBT在實現電能高效利用、節能降耗、建設資源節約型社會等方面發揮著不可替代的作用,未來隨著國內企業逐步突破行業內高端產品的核心技術,將帶來高端供給能力的提升,我國IGBT行業對進口產品的依賴將會逐步減弱,已實現國產化的企業市場占有率將進一步提升。
2、挑戰
(1)我國功率半導體企業的國際競爭力有待提升
國際領先的功率半導體企業均經歷了較長時期的發展,積累了豐富的技術及經營經驗。我國功率半導體企業尚處于快速成長的階段,與國外功率半導體企業在技術水平和品牌影響等方面仍然存在較大的差距。因此,國內企業未來仍需持續在研發投入大量的資源追趕國際領先水平,不斷提高企業競爭實力,以應對國際競爭對手的激烈競爭。
(2)行業基礎相對薄弱
IGBT行業在我國屬于新興高技術產業,直到目前國內具有相關研發和生產管理經驗的人員仍十分缺乏,具有一定積累的企業更是少之又少。雖然目前部分企業有了一定突破,但在整體規模和研發實力等方面,國內企業的競爭力和國外企業相比仍然差距很大。
(3)芯片國產率較低
我國IGBT行業近年來規模不斷擴大,國內也有一批半導體企業正在進入IGBT行業,但是國內能夠自主研發設計芯片的企業較少,國內企業仍主要依靠進口芯片進行生產,因此生產成本較高,進口依賴較強,經營穩定性較差。
七、競爭格局
我國IGBT驅動器市場需求增長迅速,但國內企業產業化起步較晚,相關專業技術人才缺乏,設計及工藝基礎薄弱,主要生產測試設備及核心原材料主要依靠進口,國內企業自主生產的IGBT驅動器產品系列化程度、規模與國外先進企業存在較大差距。近年來,少數國內企業掌握了IGBT芯片在內的功率半導體芯片產業化的設計、制造技術并已實現批量生產,功率半導體芯片和模塊產業化生產打破了國外廠商在我國市場上的壟斷地位,迫使國外廠商相應產品不斷降價,為國內功率半導體器件下游應用企業參與國內及國際市場競爭創造了有利條件。
八、發展趨勢
1、IGBT功率半導體器件下游需求情況
工業控制行業的發展是我國制造業從低端向中高端轉型升級的核心驅動。一方面,我國不斷出臺政策支持和鼓勵先進制造業發展,為工業控制行業發展提供了有力的政策支持。另一方面,隨著我國人口紅利遞減,人力成本逐漸上升,制造企業加快推進自動化進程,作為智能制造裝備業重要組成部分,工業控制行業的市場規模預計將持續增長。
2、新能源行業加速IGBT未來市場
在國際節能環保的大趨勢下,IGBT下游的新能源汽車、新能源發電等領域發展迅速,對IGBT需求逐步擴大,新興行業的加速發展將持續推動IGBT市場的快速增長。IGBT在新能源汽車領域中發揮著至關重要的作用,是新能源汽車電機控制器、車載空調、充電樁等設備的核心元器件。另外國內光伏逆變器廠商的快速發展和突出的市場地位也為國產IGBT替代帶來了顯著的區位優勢和協同效應。
3、IGBT等功率半導體器件進口替代空間巨大
我國功率半導體器件產業規模雖在近年來保持了較快的增長態勢,但功率半導體器件的生產制造與自身消費之間仍存在巨大缺口。作為全球最大的功率半導體器件市場,我國功率半導體器件的芯片等產品仍大量依賴于國外供應商。基于國家相關政策中提出核心元器件國產化的要求,“國產替代”將會是未來IGBT行業發展的主旋律之一。
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