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IGBT持续涨价缺货的四大原因!(附产业链全梳理)

2023-05-30 14:44:42 7,849

IGBT供应自从去年开始紧张以来,目前还没出现任何减缓迹象,被誉为“功率器件心脏”的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)面临着前所未有的紧缺局面。
对于IGBT缺货,有老板更是直言:“这个已经和价格没有关系了,而是根本就买不到。”
市场行情持续下滑,消费电子、工控、汽车电子陆续倒下后,这里面的IGBT却在逆势而上,无论是价格还是交期都在持续上升关于IGBT供不应求,行业人士认为,缺货问题可能到2024年中前也难以解决,而导致IGBT缺货的原因可以归纳为下面四点
一、需求旺盛(工业、新能源、车用)
IGBT具高输入阻抗、高耐压、低导通压降的优点。而新能源车对高电压需求大增,一辆电动车使用的IGBT数量高达上百颗,是传统燃油车的七到十倍
据中国汽车工业协会统计分析,2023年2月,新能源汽车持续稳定增长。2023年2月,新能源汽车产销分别完成55.2万辆和52.5万辆,同比分别增长48.8%和55.9%,市场占有率达到26.6%。
在工业用途上,则有AC伺服马达、变频器、风力及太阳能发电等绿电应用,在高压部分则是高速铁路等轨道运输以及电网的应用。
在太阳能领域,IGBT是逆变器中的功率元件。根据中国光伏行业协会预测,2025 年全球光伏逆变器新增装机量有望达 330GW,假设 2025 年光伏逆变器替换装机量为 42GW。按照 IGBT 占组串式逆变器 BOM 成本的 18%,以及占集中式逆变器 BOM 成本的 15%计算,预计 2025 年光伏逆变器 IGBT 市场规模将超百亿
二、产能受限、扩产慢
一直以来,IGBT多在6英寸或者8英寸晶圆厂生产,在考虑成本和生产效率的情况下,6英寸、8英寸晶圆厂的产能基本上不再扩张,而且大公司建晶圆厂都是12英寸的。
恰逢21年缺货期间,大家都把产能集中在订单规模大、需求稳定的消费类芯片上,IGBT等功率器件产能受到排挤,尽管IGBT客户和订单规模在增长,但到下游晶圆代工厂的产能调节仍需要时间。
虽然有部分12英寸晶圆厂已经开始生产IGBT,但行业主力英飞凌、安森美等公司的12英寸晶圆厂扩产还需要时间,据悉,英飞凌德国新厂需要到2026年才能正式量产,安森美的2023年产能已经全部售罄,有客户在2022年下半年就已经基本敲定了2023年全年供货。
从产能端来看,短期内IGBT的缺货情况难缓解
三、客户认证周期长
此外,由于IGBT产品对可靠性和质量稳定性要求较高,下游客户认证周期较长,所以产品的生命周期较一般集成电路产品较长,对不同代际的IGBT产品,由于性能和需求差异导致应用领域略有不同。
在车载IGBT产业链中,认证壁垒是IGBT厂商进入车载市场的壁垒之一。
IGBT厂商进入车载市场需要获得AEC-Q100等车规级认证,认证时长约为12~18个月,且在通过认证门槛后,IGBT厂商还需与汽车厂商或Tier 1供应商进行市场约2~3年的车型导入测试验证
在测试验证完成后,汽车厂商也往往不会立即切换,而是要求供应商以二供或者三供的身份供货,再逐步提高装机量。
四、特斯拉大砍 75% SiC用量
在全球新能源车市场,特斯拉称得上是最大的“鲶鱼”,一举一动总能搅动起不小的“水花”。
特斯拉作为推动SiC上车的“先驱,如今对碳化硅的态度出现180度大反转,在3月份的时候,马斯克宣布了一个震惊业界的消息:特斯拉下一代电动车将大幅削减75%的SiC用量
主要原因则是SiC能够帮车企在综合成本上省钱,但它本身却并不省钱。简单来说,因为SiC衬底生产工艺难度大,良率不高。这直接导致了SiC衬底产能低、价格高
而IGBT的制造成本低于SiC,因为IGBT使用的硅基材料成本低,生产技术成熟,硅的价格仅为宽禁带材料的三分之一至四分之一。其次,IGBT的可靠性比SiC高,因为IGBT的结构相对简单,故障率较低。同时,IGBT具有更好的电容性能和更好的抗过压能力,适用于大功率、大电流的应用场景。譬如在DC-DC这种对环境要求不是很高、对重量和空间要求也不高的充电桩领域,想要替代成本最具优势的IGBT有很大的难度。
虽然IGBT很优秀,但它并不能完全取代SiC。行业分析,特斯拉将采取的做法是,采用低功率硅基IGBT+SiC MOSFET的方法来替代之前的SiC。特斯拉的做法也可能被其他原始设备制造商效仿,或再引发对IGBT的需求
小结
总的来说,IGBT客户与订单规模明显增长,但下游晶圆代工厂的产能还没有调整到位,因此,短期内,IGBT仍将供不应求。从市场消息来看,有的已经看多到2025年。
以上就是道合顺大数据给大家总结分析IGBT持续缺货涨价的四个原因,接下来继续给大家分享关于IGBT详细的全产业链的介绍,希望可以帮助大家进一步了解这个细分领域,欢迎大家点赞转发。
IGBT行业概览
资料显示,功率半导体是控制电压和电流的半导体,其作用主要为功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等,包括功率器件和功率IC。
功率器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。
其中,IGBT是电力电子装置的"CPU",新能源大发展的基石。其用途包括变频、整流、变压、放大功率与功率控制等,是电子装置中电能转换与电路控制的核心。
IGBT又称绝缘栅双极性晶体管,是由BJT(双极型三极管)与MOSFET(绝缘型场效应管)组成的复合型全控电压驱动式功率半导体器件,在电路中作为电路开关,通过开关控制改变电压。
自20世纪80年代发展至今,IGBT芯片经历了7代技术及工艺的升级,从平面穿通型(PT)到微沟槽场截止型,IGBT从芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标都进行了不断的优化,断态电压从600V提高到7000V,关断时间从0.5微秒降低至0.12微秒,工艺线宽由5um降低至0.3um。
此外,由于IGBT产品对可靠性和质量稳定性要求较高,下游客户认证周期较长,所以产品的生命周期较一般集成电路产品较长,对不同代际的IGBT产品,由于性能和需求差异导致应用领域略有不同。
国内厂商对标英飞凌的IGBT产品技术,当前英飞凌IGBT技术已迭代至第七代,第四代为当前市场主流,产品向小型化、高功率、高可靠性发展。
IGBT分类
IGBT根据集成度,分为分立器件、模块和IPM(智能模块)。
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按集成度分类:

IGBT分立器件市场格局
全球功率半导体尤其是高端的功率器件主要被英飞凌、安森美、三菱、富士等欧美日大厂占据,其中英飞凌/德仪/安森美位居前三,分别占据13.49%/8.45%/6.76%市场份额。
在中国市场中,英飞凌/安森美/德仪位居前三,分别占据12.99%/7.89%/7.01%市场份额,国产厂商中仅有华微电子进入前10,市场份额为2.10%,位居第10名。
全球IGBT分立器件市场同样被欧美日半导体龙头牢牢把握,其中英飞凌/安森美/富士电机位居三甲,分别占据30.22%/11.29%/7.92%的市场份额。
中国IGBT分立器件市场前三名分别是英飞凌/安森美/意法半导体,分别占据24.28%/17.00%/4.83%市场份额,国产厂商仅有华微电子和华润微进入前10,分别占比4.71%/3.65%,分别位居第4/5名。
IGBT分立器件市场格局:

IGBT模块市场格局
IGBT模块应用于大功率变频器、电焊机、新能源车、集中式光伏等领域,制造工艺为灌胶工艺。
2021年行业CR3达57%,英飞凌是行业绝对龙头、市占率达33%,国内斯达半导市占率达3%、位居第六名。
IGBT模块市场格局:

资料来源:国金证券

从产业链角度来看,IGBT厂商在汽车产业链中处于中游位置,其上游包括材料供应商、设备供应商以及代工厂,例如日本信越、晶瑞股份、晶盛机电、日立科技、高塔、华虹等;其下游包括Tier 1厂商以及整车厂。
在车载IGBT产业链中,认证壁垒是IGBT厂商进入车载市场的壁垒之一。
IGBT厂商进入车载市场需要获得AEC-Q100等车规级认证,认证时长约为12~18个月,且在通过认证门槛后,IGBT厂商还需与汽车厂商或Tier 1供应商进行市场约2~3年的车型导入测试验证。
在测试验证完成后,汽车厂商也往往不会立即切换,而是要求供应商以二供或者三供的身份供货,再逐步提高装机量。
IGBT模块产业链主要包括IGBT芯片设计、制造、模块封测三大部分,全球龙头企业多为IDM模式,如英飞凌、安森美等企业;也有具备设计和模块封测的企业,如斯达半导、宏微科技;还有只具备模块生产制造能力的企业,如赛米控。

资料来源:方正证券、行行查
全球重要的IGBT企业大都采用IDM该模式,如海外龙头英飞凌、富士电机、三菱电机,及国内龙头时代电气、士兰微、比亚迪等。斯达半导采用IDM-lite模式,自主设计产品但主要依靠晶圆代工,也开始自建产线。此外,新洁能、宏微科技等相关公司也有相关布局。
我国是全球最大的IGBT需求市场,产业具有较大的发展前景,但我国IGBT自给率还相对较低,国产替代仍有较大的提升空间。当前本土IGBT产品性能已经逐渐成熟,且部分产品性能可对标海外IGBT大厂产品,加速国产化IGBT产品市场渗透,逐步切入高端市场。
同时,双碳战略带来的新能源增量需求,叠加存量市场的国产化替代需求,将为本土IGBT市场带来巨大增长空间。
国产IGBT厂家
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