01占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本一半的IGBT

如今全球的汽車已經(jīng)進(jìn)入到智能化時(shí)代，汽車對(duì)于芯片的需求劇烈增加，以往一個(gè)傳統(tǒng)汽車需要的芯片數(shù)量是在五六百顆，到如今一臺(tái)具備L2駕駛級(jí)別的高配燃油車就需要1000顆以上的芯片，一個(gè)配置較好的新能源純電汽車更是需要2000顆以上芯片。而在眾多新能源汽車芯片中，IGBT芯片絕對(duì)稱得上“皇冠上的寶石”。

IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占整車成本的15%-20%，也就是說IGBT占整車成本的7%-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率不僅電機(jī)驅(qū)動(dòng)要用IGBT，新能源的發(fā)電機(jī)和空調(diào)部分一般也需要IGBT?，F(xiàn)如今IGBT單車價(jià)值量從過去的650元提升到了2000元，高端車型的價(jià)值量要達(dá)到4000元以上。

不僅是新能源車直流充電樁和機(jī)車（高鐵）的核心也是IGBT管，直流充電樁30%的原材料成本就是IGBT電力機(jī)車一般需要 500個(gè)IGBT 模塊，動(dòng)車組需要超過100個(gè)IGBT模塊，一節(jié)地鐵需要50—80個(gè)IGBT 模塊。

02電子電力行業(yè)的“CPU”

在半導(dǎo)體產(chǎn)品中，功率半導(dǎo)體是包含了功率器件與功率IC兩大類，功率IC相對(duì)來說集成芯片的小功率、小電壓產(chǎn)品，功率IC集成度較高，是指將高壓功率器件與其控制電路、外圍接口電路及保護(hù)電路等集成在同一芯片的集成電路，主要應(yīng)用于手機(jī)等小電壓產(chǎn)品。

功率器件包括二極管、晶體管和晶閘管三大類，其中晶體管市場(chǎng)規(guī)模最大，晶體管又細(xì)分為IGBT、MOSFET、雙極型晶體管等。功率器件是指體積較大，用來處理較大功率、大電壓的產(chǎn)品，IGBT屬于功率器件的一類產(chǎn)品。

資料來源：宏微科技招股說明書，東海證券研究所

IGBT是功率器件中的復(fù)合型器件，被稱為電子電力行業(yè)的“CPU”，其由是雙極型三極管（BJT ) 和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（ MOS ) 結(jié)合組成的，綜合了BJT高電流密度和MOS高輸入阻抗的特點(diǎn)，從而具有驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低的顯著性能優(yōu)勢(shì)。通俗來講，其作用就是將繁雜不一的電力，處理為終端產(chǎn)品所需的規(guī)格。

03IGBT芯片主要用在哪兒

IGBT 應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，小到家電、數(shù)碼產(chǎn)品，大到軌道交通、航空航天，以及清潔發(fā)電.新能源汽車、智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)都會(huì)用到IGBT。

除熟悉的新能源汽車領(lǐng)域外，IGBT芯片更被稱為光伏逆變器的“心臟”，其中光伏逆變器是最主要的應(yīng)用場(chǎng)景，新能源發(fā)電輸出的電能需要通過光伏逆變器將整流后的直流電逆變?yōu)榉想娋W(wǎng)要求的交流電后輸入電網(wǎng)，這種線路需要將IGBT 模塊性能的可用性實(shí)現(xiàn)最大化以保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

光伏逆變器是IGBT芯片在光伏領(lǐng)域最主要的應(yīng)用場(chǎng)景

此外，IGBT芯片在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也較大，主要是在變頻器、UPS 電源以及逆變焊機(jī)等設(shè)備的使用，而白色家電中實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換均需要功率半導(dǎo)體，其中變頻家電中智能模塊（IPM）也會(huì)用到IGBT芯片。

04技術(shù)壁壘較高的細(xì)分賽道

自問世以來，IGBT不斷在技術(shù)迭代，主要向著降低開關(guān)損耗和創(chuàng)建更薄的結(jié)構(gòu)方向改善和發(fā)展，其縱向結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)以及硅片加工工藝方面不斷升級(jí)改進(jìn)共經(jīng)歷了七次大型技術(shù)演變，各項(xiàng)指標(biāo)在演變中不斷優(yōu)化。目前，IGBT芯片已經(jīng)迭代至第七代精細(xì)溝槽棚場(chǎng)截止型IGBT，但考慮成本后，應(yīng)用最廣泛的仍是IGBT第四代產(chǎn)品。

IGBT產(chǎn)業(yè)大致可分為芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝、下游應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)，其中設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)技術(shù)突破難度略高于其他功率器件，制造環(huán)節(jié)資本開支相對(duì)大同時(shí)更看重工藝開發(fā)，封裝環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品可靠性要求高，應(yīng)用環(huán)節(jié)客戶驗(yàn)證周期長(zhǎng)，綜合看IGBT屬于壁壘較高的細(xì)分賽道。

IGBT技術(shù)門檻較高

在IGBT自主國產(chǎn)化道路上，晶圓制造與晶圓DIE環(huán)節(jié)都是亟待突破的技術(shù)難關(guān)。半導(dǎo)體硅片（也就是晶圓）對(duì)純度和尺寸要求較高所以在技術(shù)上有著巨大的壁壘，由于起步較晚，目前中國硅片企業(yè)技術(shù)積累與國際巨頭存在一定差距，全球90%的半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)被5大國際硅片廠商所瓜分，國內(nèi)能夠商業(yè)化量產(chǎn)硅片的企業(yè)數(shù)量依然較少，且產(chǎn)品主要集中在6英寸以下，8英寸及12英寸產(chǎn)線的產(chǎn)能依然較為稀缺。

與此同時(shí)，晶圓DIE（在晶圓上形成的獨(dú)立模塊）也需要用到光刻機(jī)、光刻機(jī)等工具材料，同樣存在“卡脖子”問題。

05打破海外寡頭壟斷

全球IGBT 市場(chǎng)呈現(xiàn)出集中度高，海外廠商英飛凌、富士電機(jī)、三菱這 TOP3大企業(yè)占據(jù)了超過 50%的市場(chǎng)份額。國外巨頭英飛凌無論在單管還是模塊都處于絕對(duì)龍頭地位，而國內(nèi)廠商市場(chǎng)份額較低，且只在某一產(chǎn)品上具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

國內(nèi)廠商和國外廠商存在差距的原因主要在于國外廠商成立時(shí)間早、技術(shù)積累豐富，同時(shí)與海外汽車工控等大型企業(yè)合作十分緊密，進(jìn)而在技術(shù)與生態(tài)上優(yōu)勢(shì)顯著。國內(nèi)的幾大廠商進(jìn)入IGBT領(lǐng)域時(shí)間較晚，除技術(shù)需要不斷之外，市場(chǎng)認(rèn)可度及廠商關(guān)系也需要逐步建立。

經(jīng)過多年不懈努力，但國內(nèi)IGBT行業(yè)企業(yè)已經(jīng)完成 0-1 的技術(shù)突破先從消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)中低端產(chǎn)品入手逐步打開市場(chǎng)，目前已經(jīng)有一些企業(yè)帶來車規(guī)級(jí)高端產(chǎn)品市場(chǎng)，而從整個(gè)IGBT 的產(chǎn)業(yè)鏈來看，核心環(huán)節(jié)幾乎都是海外企業(yè)為主，但在每一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，我國均有企業(yè)在積極布局。

根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì)2023 年中國IGBT產(chǎn)量有望快速增長(zhǎng)達(dá)到 3624 萬只，自給率也將達(dá)到 32.90%，近年來隨著我國 IGBT 技術(shù)的不斷更新迭代，國產(chǎn)廠商逐步突破產(chǎn)能受限問題，加速產(chǎn)能布局目前正處于國產(chǎn)替代的增長(zhǎng)階段。

來源：功率半導(dǎo)體生態(tài)圈

審核編輯：湯梓紅