IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)即绝缘栅双极型晶体管,是能源变换与传输的核心器件,主要用于实现电压、频率、直流交流转换等功能,俗称电力电子装置的“CPU”,广泛应用于光伏/风电设备、新能源汽车、家电、储能、轨道交通、电网、航空航天等领域。
1. IGBT产业需求现状
近年来,国家大力推行碳中和政策,有望驱动清洁能源发电的快速发展,以及电动汽车渗透率的迅速提升,为IGBT带来强劲的增长动力。
在光伏和风电方面,IGBT是光伏和风电逆变器的核心器件,占逆变器价值量的20%-30%。最典型的应用场景就是光伏逆变器,需要大量高压、超高压的IGBT模块,将光伏发出的粗电转换为可平稳上网的精细电,这是实现碳中和的核心环节。
2021年12月光伏逆变器出口482.36万台,同比增长26.7%,环比增长4.9%;2021年全年出口4370.17万台,同比增长42.7%。2022年,预计光伏行业有50%的增长,各家逆变器厂商的出货量取决于拿到的芯片量,光伏IGBT依旧紧缺。
长期来看,2020-2025年全球光伏逆变器市场规模将从458亿元人民币增长至1096亿元,其中国内新增市场从72亿元增长至164亿元,海外新增市场从368亿元增长至915亿元。按IGBT占逆变器价值量20%来算,2025年全球、中国光伏逆变器用IGBT的市场规模将分别达到274、41亿元。
在新能源汽车方面,IGBT主要应用于电控系统,约占电控系统成本的37%。新能源汽车渗透率逐步上升,将持续拉动IGBT模块市场的需求。据测算,我国2025年新能源汽车IGBT市场规模将达165亿元,2020-2025年复合增长率高达31.5%。
除了以上光伏和新能车领域,储能、家电、工控等领域对IGBT的需求也较大。根据调研,2019年全球IGBT市场规模超过70美元,2021年突破100亿美元,到2026年有望达到190亿美元,复合增长率约为13.6%。
中国IGBT市场规模有望在2025年达到520亿元,2018-2025年复合增长率高达近20%。目前全球IGBT缺货涨价现象仍较为明显,中国企业有望把握机遇,加速推进国产替代,市场份额或将快速提升。
IGBT国产替代需求强劲,国内厂商持续加大投入,多家厂商产品取得良好进展
目前,全球IGBT市场集中度较高,主要由国外领先厂商占据,2019年英飞凌、三菱、富士电机合计占据全球IGBT模块市场份额的58.0%,国内仅斯达半导一家进入前十,份额仅2.5%。对于国内市场,IGBT的国产渗透率不足15%。
在中美科技争端日益加剧,以及芯片产能紧张的背景下,下游国内客户在加速导入国产IGBT。假设2025年国内IGBT市场的国产渗透率达到30%,对应国内IGBT厂商的市场空间将达到156亿元,而2020年国内IGBT第一大厂商斯达半导的销售额仅为9.1亿元,未来增长空间巨大。
2. IGBT相关厂家
尽管国内IGBT厂商起步较晚,但随着持续的研发投入,下游厂商的配合,近年来国内厂商已取得明显的进展。
士兰微功率半导体产品覆盖了IGBT、IPM、MOS及MEMS等多个赛道,并且产能持续扩张,其中家电和工控IGBT都已经做到了全球前十。公司的汽车IGBT在菱电电控、零跑批量供应,并在吉利、上汽、一汽、汇川系(小鹏、理想)定点,并正式供货比亚迪;光伏IGBT已经在国内主流逆变器厂商都测试通过,正配合上量,产品有单管和模块。
时代电气是轨交电网IGBT领军企业,汽车方面进入广汽、理想、小鹏等A级车以上车型供应,光伏风电方面公司有IGBT和IGCT两种产品,IGCT用在10MW以上,目前全球只有公司和ABB有,公司产品已进入阳光、远景(参数|图片)、金风等供应链。
斯达半导是国内IGBT设计领域领军企业,自研芯片占比70%,部分芯片外购自英飞凌,公司现拟自建晶圆产线向IDM模式转型。汽车方面除江淮、奇瑞、长城等A00级客户外,正迎来广汽等A级车以上车型订单,光伏方面与阳光电源等大客户进展顺利,并实现模块产品突破。
新洁能是国内MOSFET产品系列最齐全的功率器件设计公司之一,2021年4月份推出工控和白电PIM模块,是2021年主要的营收来源,光伏IGBT方面迎来快速突破,IGBT单管进入阳光电源、德业、固德威等供应链。新能源车IGBT在2021年下半年开始导入,逐步有一些量。
扬杰科技:光伏igbt潜力股,布局电源管理IC再添成长动能
1/24日,公司公告拟引入外部团队共同开发电源管理芯片并成立合资子公司,公司拟出资1400万元,持股70%。
布局电源管理IC,深化行业布局:国内电源管理芯片长期被欧美厂商垄断,是国产替代的“主阵地”之一。公司采用IDM模式,发展历程从贸易到封装再到制造,现已有4寸和6寸产线,并积极布局8寸产线,护城河不断提高,深化IDM优势。公司此次布局与外部团队设置了2022-24年的业绩目标,借助IDM优势切入电源管理芯片,有望乘国产替代之风丰富产品矩阵,再添成长动能。
igbt光伏高速发展被低估:公司深耕功率半导体多年,光伏产品占收入20%左右,同时早早布局igbt,锁定上游产能、下游大客户,明年将在光伏、车载、工控、白电等下游领域高速增长。今年mos约占8%收入比例,igbt也已产生营收,预计22年产能增长30~50%,igbt+mos收入占比有望达20%。此外公司积极布局碳化硅业务。
无须担忧价格下行:21年以来虽然行业涨价频繁,但公司采取“份额优先”策略,毛利率维持在稳定水平,22年预期随着份额扩张、产品结构调整,仍保持较好增长。
比亚迪半导体:2009年公司自主研发的IGBT打破西方垄断,目前是国内车规级IGBT领导厂商。
中车时代电气:已成为国际少数同时掌握大功率晶闸管、IGCT、IGBT及SiC器件及其组件技术的IDM(集成设计制造)模式企业代表,拥有国内首条、全球第二条8英寸IGBT芯片线。除轨交电网外,公司亦于新能源汽车、光伏风电领先突破,汽车方面进入广汽、理想、小鹏等A级车以上车型供应,光伏风电亦进入阳光、远景、金风等。
宏微科技:国内第一批IGBT公司,华虹无锡厂12吋产线已规模量产,公司代工产能将得到充分供给。公司自研IGBT芯片达行业先进水平,公司成功开发的宏微第三代M3i、宏微第四代M4i的IGBT以及FRED产品等,性能指标均达行业先进水平。对标英飞凌第七代IGBT产品正在研发中。
闻泰科技:收购安世半导体切入半导体领域,安世主要产品为分立器件、半导体逻辑芯片、功率 MOS 器件等,在二极管和晶体管市场和 ESD 保护器件市场市占率第一,在车用MOSFET 市场市占率第二,下游合作伙伴覆盖了汽车、通信、消费电子等领域全球顶尖制造商与服务商,市场优势地位十分显著。
3. 专家交流纪要:行业整体产能&供需情况
Q:IGBT行业的供需情况?预计什么时候能够有所缓解?
A:一些主要的车厂IGBT的供应只有7-8成,存在较大的缺口。大概会在2023年年中恢复。
Q:为什么时间要那么久?
A:一是疫情未来走势的不确定性;二是虽然现在一些大厂,包括国内的厂商都在扩产,但半导体新增工厂的周期至少在18个月以上,现在的投产计划并不能在明年或者很快体现出来;三是新能源车销量每年依然保持非常大幅度的增长。
Q:各个厂商的扩产情况?今年新增产能多吗?
A:不多。今年宣布投产或者是已经在建设的产能现在都没有释放出来。
Q:产能今年才开始增?过去两年没有新增的产能吗?
A:对,比较小,并且还没有真正的完全建成。首先过去两年宣布增产的厂商以海外的国际大品牌为主,然后到现在工厂还没有完全建好,所以对现有的供应并没有做出增量价值。
Q:为什么会有这样一个情况?
A:主要原因是对于电动车在什么节点会出现真正的大增长趋势,并没有一个很有把握的判断。因为代理工厂投资周期和投资金额都非常大,所以按照以往半导体行业厂商的生产经验,对于新工厂的建设还是偏保守一些的。
Q:IGBT一般以什么为单位去规划和判断这个行业的产能?
A:数量。
Q:以今年年初和今年年末为时点,行业产能的数量大概是多少?
A:没有一个准确的数量。一些主流的大新能源车的车厂客户的IGBT缺口都在20%甚至更多。
Q:20%是指相对于新能源车的需求来对比吗?
A:具体体现每个车厂可能会不一样。
Q:目前新能源车的销量比较不错,如果原材料供应足,是不是销量可能会更好?
A:假设在别的芯片都不缺的情况下,如果单IGBT能够解决,肯定会增加它的整车的产出和缩短交付时间,最终肯定会体现市场的车会卖的更多。
Q:如果假设今年新能源车的销量有600万辆,明年IGBT的供应能够新增多少?
A:可能把今年现有的其他的半导体产品产能向IGBT的供应倾斜,这是一个有比较大提升作用的短期措施。
Q:如果不考虑这个原因IGBT在明年是没有什么新增产能?
A:第一是有一些别的产品的产能倾斜,第二就是今年包括疫情等各种原因牺牲掉了太多半导体的产能。首先是半导体行业整体在恢复,同时划分更多的产能给这类产品,相当于双重增加,来提升IGBT对市场的交付量。
Q:今年因为疫情,对产能实际的释放大概造成多少影响?
A:减少30%左右。如果一个产量很大的半导体工厂内部员工出现多人感染,可能在2~3周之后,对产能的减少非常大,而且很明显。
Q:今年各个半导体厂已经开始做产能规划,这是从今年年初就开始有这方面的计划,还是最近才开始有的?
A:去年年底和今年一季度。主要是设备的交付时间比较长,在当前整个行业比较景气并且客户能够给出更多的承诺的情况下,各个半导体公司的投资决策,包括整个产能实施的时间会比正常情况下要快很多。
Q:有没有可能明年年中甚至更早就有一些新的产能释放出来?
A:会有,但是不多。因为新增产能相比现存存量的产能的比例偏小。
Q:有哪些厂商在增加产能?增加的比例大概都有多少?
A:扩产最厉害的就是英飞凌,然后国内几个头部的前5的IGBT厂商全部都在扩产。
Q:车规跟非车规的产线能不能切换?如果非车规的产线切换到车规,会不会影响产能?
A:有一种车规从源头的设计和原材料的挑选就已经在做区分。另外一种车规就是在前端大部分都是一样的,只是在后端的测试标准挑选更苛刻更严格。第二种情况下是可以互换的。
Q:如果对产品品质要求不是特别高,或者不是定制化的,就可以切换是吗?
A:对。每家对车规的理解和执行度是不一样的。
二、具体供应商情况&产品
Q:现在IGBT国内国外的主要供应商都有哪些?他们的市场份额是一个什么比例?
A:国际上汽车行业最主要就是英飞凌、ST、安森美,国内主要是比亚迪、斯达半导体、华润微、士兰微。安森美和英飞凌两家加起来的市场份额达到40%以上。
Q:国内国外厂商的产品用在新能源车上,性能上有一些什么差异?
A:在汽车的核心部件上,现在还是以国外大品牌的占绝大部分,现在国际大品牌的半导体公司和国内半导体公司整个行业之间的差距应该是共性的。
Q:国内品牌如果从国产化的角度来讲,还得用多长时间能够用到核心的领域?
A:假设疫情结束,也更加平稳的情况下,每个车厂愿不愿意去做国产化计划的考量点不一样。因为特别在一些核心的部件上,不单纯是成本的角度。
Q:蔚来、理想、小鹏等新势力以及传统车企比亚迪导入国产品牌的趋势情况?
A:传统车厂在做这类工作的时候,会比新势力更有决心和速度更快。首先传统车企很多零部件是积累的技术和对整车的参数积累的更多,它更有信心和把握在一些关键器件上去做国产化替代。第二个就是传统车厂在降低成本方面的意愿和措施力度,包括执行的效率会比新势力更大。
Q:怎么看中车时代电气这家公司?未来会不会逐渐就吃掉一些国产的IGBT份额呢?
A:肯定会的,多大份额现在不太好去下结论。因为国内的厂商和国际一流厂商的产品是存在现实差距的。中车时代电气最早给中车有配套一些工艺器件,然后中车旗下有一个事业部是做商用大巴,所以它的IGBT功率器件,包括模块,在商用车板块上也有大量的应用。
Q:比较国内几家做IGBT的企业,谁最有可能能够替代一部分英飞凌的市场?
A:前面讲到的前5家都有可能。现实中已经在经常发生,所以对客户认证进去之后,能有多少份额,或者能持续多长时间有不确定性。
Q:如果2023年之前产能都比较紧张,那是不是现在国内有产能或者明年产能出来的企业有很大的一个优势?
A:是的。前提是它的产品技术和品质各项指标是能达标的。在这个基础上,如果供货能力更强的话,肯定是有优势的。
Q:中车时代电气已经做到第六代精细沟槽栅,技术也几乎达到英飞凌的水平,这说明国内这些企业已经开始快速追赶了吗?
A:在快速的追赶,而且这几年的技术和品质提升的非常多,不过肯定还是存在一些差距的。从定价上就可以看得出来,英飞凌这些大厂定价远远高于国产,他还是能够拿到市场上大头的费用,这么多客户都优先使用,但是国产的几个头部厂商的提升也非常快。
Q:认证通过再到大规模上车之间还有什么其他技术壁垒吗?
A:认证通过有几层含义,是器件本身认证通过,还是在零部件级别认证通过,还是在整车上认证通过,还有认证通过的数量范围和时间跨度(测试时间)有多大。
Q:趁着需求端这么好,国产企业究竟能不能趁这个机会做起来,拿到国内40%或50%的市场空间?
A:现在是一个非常好的按客户意愿去接触、评估、测试甚至一定量的去使用的时间段,但国内的这几家厂商的产能还达不到能够拿到40%或一半产能的供应量水平。
Q:斯达、中车时代电气和比亚迪供货的进度和情况?
A:比亚迪半导体现阶段自身的产能有限,并且它大部分可能还是以自家的为主,相对来说斯达和中车时代两个进展的更多一些。
Q:士兰微的情况?
A:可能还没有怎么供货,见到的一些整车真正直接用它的产品的案例比较少。验证情况在深圳的这家还没有,在长三角和北方评估它的产品更多一些。
Q:斯达和中车IGBT相对来说从产品的性能上对标英飞凌更好一点,所以他们导入的比较快?
A:从它已经拿到的项目和量产的客户数量来说,应该可以证明这一点。
Q:因为产能比较紧张,车厂也会优先选择能保证产能的供应商,车厂在找斯达的时候会担心斯达的产能吗?
A:现在拿到样品验车之前,就已经会跟斯达的高层沟通,到底能分多少的年交付量,车厂会根据现在存在的缺口来判断它能够分过来的数量对供货的缺口缩小有多大的贡献,如果太小它可能未必会马上安排测试,而且会开发二供三供等备选资源,并不是靠一家就可以填平这个缺口的。
Q:绝大部分车厂的一供都是英飞凌,理想的一供是中车吗?
A:绝大部分应该是英飞凌和安森美,不太了解理想的一供是不是中车。
Q:如果英飞凌和安森美扩产之后能完全补上这个缺口,车厂会不会放弃国产的IGBT全部用英飞凌?
A:不会的。第一是对整个半导体产业的外部环境还是有担忧的;第二个就是成本;第三长期来说,为了供应链更加安全,这个期间国产的不管是ITGB或是别的产品,测试认证进去的功率器件都会保留下来。此外,车上面的核心部件,以及别的一些非核心的部件甚至充电的地方,对器件的等级要求是有差异的。同时每个车厂有不同定位和档次的车,所以他选供应商和选器件的策略也是有差异的。
Q:国产的IGBT普遍比英飞凌、安森美要便宜一些是吗?
A:绝大部分都是,也有少数比进口还要贵。现在有时候定价高低不单纯是从市场的供需缺口判断,有的国产器件在规模和各方面的成本来核算的话,未必会比进口的有成本优势,因为量级相差太大。
Q:明年相关的IGBT厂家有没有可能进行全面的涨价?
A:全面涨价今年就已经发生了。
Q:闻泰科技IGBT产品实现批量供货的可能性,包括认证的进度情况?
A:公司积累的专业技术实力还是很强的,它的产品肯定会做出来的,它有一定的市场品牌优势。
Q:IGBT的应用还有哪些方面?
A:IGBT器件的主要作用就是驱动电机和电源转换,所有有用到大功率大电机的地方,如果成本能够承受,都可以用IGBT升级改造。
Q:一辆车上面的IGBT的价值量大概是多少?
A:主驱、电源控制、充电、空调、压缩机、加热器,这些部件上都需要用到IGBT,有些是用IGBT的模组,有些是用单管IGBT,每个地方用的数量和单价都不一样。一台电动车上的IGBT总的价值在2000元左右。有些车型用的多,可能就不止2000。
Q:电动车比传统燃油车的使用量更大吗?
A:电动车比传统燃油车对半导体元器件的消耗量至少在5倍以上。
Q:士兰微、斯达对标的英飞凌IGBT七代的产品验证或进展情况?
A:斯达是有通过一些客户的测试认证,但是士兰微听的比较少。
Q:海外的英飞凌跟国内的士兰微、斯达、中车同类产品的成本和定价差异大概有多大?未来IGBT不短缺的时候,比如到2023年之后会不会有价格战?
A:在没有缺货的时候,英飞凌IGBT的定价跟国产的平均相差幅度都在40%以上。2023年之后如果真的不存在缺货,肯定会有价格战。因为2023年甚至更往后的年份,新能源车的年销售体量比现在大很多,意味着IGBT工业线销货量增长了很多倍,车厂都有很大的降本压力,并且2023年之后各个厂商新增产能都已经陆续释放出来了。
Q:中车时代高压的IGBT挖沟槽技术和车规级的650伏或800伏平台的挖沟槽技术哪个难度更大?
A:高压的难度更大,因为对整个器件的制造工艺要求更高。
Q:英飞凌和安森美年底在国内锁定了他们明年多少的新扩产能?或者他们明年给中国的车厂预留了多少产能?
A:他们这两家没有做这样的公布。按照往常的数据来看,至少有60%。但是现在因为欧美的车厂电动化速度和力度已经越来越大,在这种情况下,分货上会不会做出跟以往不一样的策略不太好说,从目前了解到,给出的满足率比21年增长的幅度在10~20%之间。
Q:他们三季度或者四季度出芯片和出模组的比例有没有调整?一般通过什么渠道去预判或者是了解他们在出模组和单管芯片的比例数据?
A:根据整个行业设计方案,有些车厂偏向于用IGBT模组,有些车厂偏向于用单管的,收集和了解一些主流车厂的设计方案,看模组和单管,哪些比例更多一些。
Q:国内除了中车合作的几家,有没有哪些车厂提出明年开始自己建模组厂?
A:上汽也有这个计划。
Q:它是接英飞凌的单管吗?还是接所有厂商的单管都可以?
A:应该不会独家,因为独家不能满足它的需求。
Q:IGBT的上游硅片、晶圆等的供应情况?国内能够实现国产化供应吗?
A:国产化的比例不是特别高。
Q:国外主要是哪些公司在生产这块?
A:做硅片主要就是日本和美国为主。
原标题:IGBT - 2022年光伏、新能源汽车领域维持紧缺