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我国IGBT自给率不足20%,市场供给缺口巨大

发布日期:2021-07-08 来源:战略新兴产业洞察作者:网络
 IGBT功率半导体器件总体市场规模

IGBT是国际上公认的电力电子技术第三次革命具代表性的产品,是工业控制及自动化领域的核心元器件,能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等,以实现精准调控的目的。IGBT核心技术包括IGBT芯片设计、生产以及IGBT模块的设计、封装测试等。

IGBT芯片由于其工作在大电流、高电压、高频率的环境下,对芯片的可靠性要求较高,同时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十分特殊和复杂。IGBT芯片设计是功率半导体器件产业链中对研发实力要求很高的环节,国内已有少数企业的技术实力逐步赶上国际主流先进企业水平。IGBT功率半导体器件广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等领域,应用前景十分广阔。根据IHSMarkit报告,2018年全球IGBT市场规模约为62亿美金,2012年-2018年年复合增长率达11.65%。

我国IGBT市场规模增速快于全球,2012年-2019年我国IGBT年复合增长率为14.52%。根据集邦咨询预测,受益于新能源汽车和工业领域的需求大幅增加,中国IGBT市场规模将持续增长,到2025年,中国IGBT市场规模将达到522亿人民币,2018-2025年复合增长率达19.96%。

IGBT可分为单管、模块和智能功率模块(IPM)三类产品,根据IHSMarkit数据,2018年IGBT模块、IGBT单管和IPM市场规模占比分别为52.08%、20.99%和26.92%,三者生产制造技术和下游应用场景均有所差异:在生产制造技术方面,单管产品和IPM模块采用环氧注塑工艺,标准模块采用灌胶工艺;在下游应用场景方面,单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器,标准模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车(电机控制器、车载空调、充电桩)等领域,IPM模块主要应用于变频空调、变频洗衣机等白色家电。

IGBT功率半导体器件下游需求情况

受益于下游行业市场需求的推动,特别是在新能源汽车(电机控制器、车载空调、充电桩)、新能源发电、“十三五”节能环保产业发展规划等一系列国家政策措施的支持下,我国IGBT市场需求持续快速增长。

1)传统工业控制及电源行业支撑IGBT市场稳步发展

工业控制行业的发展是我国制造业从低端向中高端转型升级的核心驱动。一方面,我国不断出台政策支持和鼓励先进制造业发展,为工业控制行业发展提供了有力的政策支持。另一方面,随着我国人口红利递减,人力成本逐渐上升,制造企业加快推进自动化进程,作为智能制造装备业重要组成部分,工业控制行业的市场规模预计将持续增长。根据赛迪顾问的数据,我国2018年包含产品及服务市场的工控市场规模达到1,797亿元,同比增长8.5%,预计到2021年,市场规模将达到2,600亿元,期间年复合增长率为13.10%。

工业控制领域系功率半导体下游主要应用行业之一,功率半导体对于工厂的进一步自动化至关重要,随着制造业的不断升级,工业的生产制造、物流等流程改造对具有较高效能的电机需求不断增大,而功率半导体器件系电机控制的核心器件,对其性能起着关键影响,预计其需求未来将保持较快增速。根据中国产业研究院数据,2019年全球工业功率半导体市场规模为115亿美元,同比增长8.60%。IGBT在工业控制领域有广泛的应用,应用场景包括变频器、逆变焊机、电磁感应加热、工业电源等。根据集邦咨询数据,2019年全球工业控制IGBT市场规模约为140亿元,其中我国工业控制IGBT市场规模约为30亿元,预计到2025年全球工业控制IGBT市场规模将达到170亿元。

近年来,我国变频器行业的市场规模总体呈上升态势。在一系列节能环保政策的支持下,变频器在冶金、煤炭、石油化工等工业领域的应用规模保持稳定增长,同时我国城市化进程的加快也推动变频器在市政、轨道交通等公共事业领域的需求持续增长。根据前瞻产业研究院统计,2019年我国变频器市场规模达到495亿元,预计到2025年市场规模将达到883亿元,变频器用IGBT模块和单管需求也有望保持稳定增长。

随着焊割设备应用企业对焊割设备节能环保性能越来越重视,相对传统电焊机,具有体积小、重量小、能耗低、可控性强、造价低等优点的逆变焊割设备面临较好的发展机遇,其中逆变焊机的核心部件IGBT模块也有望快速发展。根据中国电器工业协会数据,2019年我国电焊机产量为950.06万台,同比增加96.76万台,电焊机市场的持续升温将进一步推动IGBT需求量的不断增长。同时,逆变式弧焊电源凭借优异的电源特性在电焊机市场持续渗透,推动逆变式弧焊电源的应用市场规模逐步扩大。随着变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的发展,IGBT的市场规模有望持续增长。

报告期内,公司模块产品主要应用于工业控制及电源行业,产品电压等级较高(位于600V-1,700V之间),公司IGBT系列产品应用于工业控制及电源行业收入分别为10,921.88万元、13,188.62万元和18,171.57万元,占模块收入比例分别为95.67%、95.65%和97.04%。

2)新能源行业加速IGBT未来市场

在国际节能环保的大趋势下,IGBT下游的新能源汽车、新能源发电等领域发展迅速,对IGBT模块需求逐步扩大,新兴行业的加速发展将持续推动IGBT市场的快速增长。

①新能源汽车行业

IGBT模块在新能源汽车领域中发挥着至关重要的作用,是新能源汽车电机控制器、车载空调、充电桩等设备的核心元器件。新能源汽车中的功率半导体价值量提升十分显著,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。其中,IGBT约占新能源汽车电控系统成本的37%,是电控系统中最核心的电子器件之一,因此,未来新能源汽车市场的快速增长,有望带动以IGBT为代表的功率半导体器件的价值量显著提升,从而有力推动IGBT市场的发展。

②新能源发电行业

IGBT是光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件,根据中国电力化工网的数据,2020年全球光伏发电装机容量将达736.62GW,同比增长20.48%,我国光伏发电装机容量继续保持快速增长,2020年累计装机有望达516GW,同比增长50%,装机容量位居世界第一。国家统计局预测,至2025年中国新能源发电通过柔性输电并网比例将会提升至71%,中国新能源发电IGBT市场规模将会增加到14.4亿元。

目前,以华为、阳光电源为主的本土厂商在光伏逆变器市场持续突破,根据SolarEdge统计,2018年,华为在全球逆变器市场的份额达22%,市占率位列全球第一。国内光伏逆变器厂商的快速发展和突出的市场地位也为国产IGBT替代带来了显著的区位优势和协同效应。公司现已成为华为技术光伏逆变器的的供应商之一。2020年2月,公司与华为技术签订了《关于光伏IGBT产品的合作协议》,合同期限至2025年12月31日。经过较长时间的技术开发与多维度可靠性验证,公司相关产品质量技术指标达到客户要求。

(3)IGBT等功率半导体器件进口替代空间巨大

我国功率半导体器件产业规模虽在近年来保持了较快的增长态势,但功率半导体器件的生产制造与自身消费之间仍存在巨大缺口。作为全球最大的功率半导体器件市场,我国功率半导体器件的芯片等产品仍大量依赖于国外供应商。在全球功率半导体器件产地分布中,不同国家、地区的技术水平与市场地位也有着显著的差距。我国处于功率半导体器件供应链的相对末端,产品以二极管、晶闸管、低压MOSFET等低功率半导体器件为主,而在以新型功率半导体器件如MOSFET、IGBT、FRED、高压MOSFET为代表的高技术、高附加值、市场份额更大的中高档产品领域,国外企业拥有绝对的竞争优势,国内市场所需产品大量依赖进口,与国外企业存在较大差距。

根据IHSMarkit数据,2019年全球IGBT模块市场份额前五位的企业分别为英飞凌(InfineonTechnologies)、三菱(MitsubishiElectricCorporation)、富士(FujiElectric)、赛米控(SEMIKRON)和威科电子(Vincotech),占据了全球68.8%的市场份额。同时,3300V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。

根据智研咨询数据,自2015年以来,我国IGBT自给率超过10%并逐渐增长,预计2024年我国IGBT行业产量将达到0.78亿只,需求量约为1.96亿只。总的来看,我国IGBT行业仍存在巨大供需缺口。基于国家相关政策中提出核心元器件国产化的要求,“国产替代”将会是未来IGBT行业发展的主旋律之一。

在工业控制、新能源汽车和新能源发电等领域设备制造商崛起的同时,成本因素以及贸易摩擦等不确定性因素将促使国内客户更加重视进口替代选项,这为国内功率半导体行业提供了机会。SolarEdge数据显示,2018年,华为在全球光伏逆变器市场的份额达22%,位列全球第一,阳光电源的市场份额15%,位居全球第二位;汇川技术、中达电通、新时达等本土电机厂商也已在低压变频器市场打开局面,其中汇川技术2018年低压变频器占有率达14%,位列全球第二。本土下游厂商的优势地位叠加其供应链分散化考虑有望助力我国功率半导体企业进一步融入下游产业链,未来行业进口替代空间巨大。

竞争格局

我国IGBT、FRED市场需求增长迅速,但国内企业产业化起步较晚,相关专业技术人才缺乏,设计及工艺基础薄弱,主要生产测试设备及核心原材料主要依靠进口,国内企业自主生产的IGBT和FRED产品系列化程度、规模与国外先进企业存在较大差距。国内IGBT封装企业除了少数几家具有芯片设计和制造能力,大部分只能外购芯片,从事后道封装。近年来,少数国内企业掌握了IGBT芯片和FRED芯片在内的功率半导体芯片产业化的设计、制造技术并已实现批量生产,功率半导体芯片和模块产业化生产打破了国外厂商在我国市场上的垄断地位,迫使国外厂商相应产品不断降价,为国内功率半导体器件下游应用企业参与国内及国际市场竞争创造了有利条件。

在IGBT模块市场,2019年全球市场份额前五位的企业分别为英飞凌(InfineonTechnologies)、三菱(MitsubishiElectricCorporation)、富士(FujiElectric)、赛米控(SEMIKRON)和威科电子(Vincotech),占据了68.8%的市场份额。国内IGBT模块主要企业包括采用IDM模式的中车时代、比亚迪、士兰微、华微电子等企业,以及具备设计和模块封测的企业,比如斯达半导、宏微科技、台基股份等。FRED模块市场,国外主要企业包括英飞凌(InfineonTechnologies)、安森美(ONSemiconductor)、富士(FujiElectric)等,国内企业主要为宏微科技、士兰微等

我国IGBT行业自给率分别为14.12%、16.32%和18.36%,公司IGBT系列产品销量占我国IGBT行业产量分别为10.12%、9.02%和9.85%。公司IGBT产品国内市场份额情况如下:

2、行业内的主要企业

(1)英飞凌在全球IGBT模块市场的份额达到35.6%,位列全球第1位,在低电压、中电压和高电压IGBT领域,英飞凌均占据领先地位。

2)三菱电机株式会社

三菱电机株式会社是三菱集团的核心企业之一,成立于1921年。三菱电机在全球的电力设备、通信设备、工业自动化、电子元器件、家电等市场占据着重要的地位。三菱电机半导体产品包括功率模块(IGBT、IPM、MOSFET等)、微波/射频和高频光器件、光模块等。作为全球领先的IGBT企业,三菱电机在中等电压、高电压IGBT领域处于领先地位。根据IHSMarkit数据,2019年其在全球IGBT模块市场份额为11.90%,仅次于英飞凌。

3)富士电机株式会社

富士电机株式会社成立于1923年,在全球生产和销售IGBT、MOSFET等功率半导体。富士电机IGBT芯片的设计和生产主要集中在本国进行,在英国、日本和菲律宾设有功率器件生产工厂。作为业内领先的IGBT企业,富士电机主要生产IGBT模块和IPM,产品在工业控制和变频家电中广泛使用。根据IHSMarkit数据,2019年其在全球IGBT模块市场份额为10.5%,位列第三。

4)赛米控

赛米控成立于1951年,总部位于德国纽伦堡。赛米控是全球领先的电力电子制造商,发明了全球第一款带绝缘设计的功率模块,主要生产中等功率输出范围(约2KW至10MW)中广泛应用的电力电子组件和系统,生产产品包括芯片、单管、二极管、晶闸管、IGBT功率模块和系统功率组件。赛米控在低电压消费级IGBT领域具备一定优势,根据IHSMarkit数据,2019年其在全球IGBT模块市场份额为7.30%,位列第四。

(2)国内IGBT公司

1)斯达半导(603290.SH)斯达半导主要从事以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产,并以IGBT模块形式对外实现销售,相关产品广泛应用于工业控制及电源、新能源、变频白色家电等领域。根据IHSMarkit数据,2019年斯达半导在全球IGBT模块市场的份额约为2.5%,市占率排名位列全球第8位,国内第1位,是世界在功率半导体器件领域,国外同行业企业主要包括英飞凌、三菱电机株式会社、富士电机株式会社、赛米控等。国内同行业企业主要包括斯达半导、士兰微、扬杰科技、华微电子、台基股份。

2019年国内同行业可比公司IGBT系列产品销售规模比较情况如下:

资料来源:江苏宏微科技股份有限公司 招股说明书(注册稿)

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