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行业预览!2022年中国IGBT行业全景分析及未来发展趋势预测

  • 作者:elivin
  • 2023-03-20 14:10:14
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内容概要近年来为了推动功率半导体行业尤其是 IGBT产业健康快速发展,国家相关部门不仅制定了相关的一系列政策措施,还不断加大金融扶持力度。在国家政策引导和市场需求持续增长和的双重刺激下,吸引了一批拥有丰富科研经验的IGBT技术人才回国,同时也为斯达半导、士兰微、比亚迪、时代电气等企业提供了掌握IGBT核心技术的机会,进一步推进IGBT国产化进程。

 

关键词IGBT、IGBT产需、IGBT自给率、新能源产业

 

一、IGBT行业产业链日趋完善,第七代IGBT已经达到量产水平

 

功率半导体主要用于电力设备的电能变换和电路控制,是进行电能处理的核心器件,弱电控制与强电运行间的桥梁,细分产品主要有MOSFET、BJT、IGBT等,而IGBT是目前发展最快的功率半导体器件之一。IGBT也称绝缘栅双极型晶体管,是由 BJT(双极型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。一般MOSFET器件或模组可承受电压范围为20-800V,而IGBT可承受1000V以上的高电压,因而是电子领域较为理想的开关器件。

 

IGBT产业链的上游原材料主要为硅晶圆、光刻板、引线框架、新型宽禁带材料以及其他辅助材料等;中游包括产品的设计、研发生产和封装等工序,产品大致可以分为功率分立器件、功率IC和功率模组三大类,目前专业从事IGBT产品研发设计和销售的企业主要有英飞凌、三菱、富士电机、安森美、斯达半导、士兰微、时代电气等等;产业链的下游应用市场有消费电子、家用电器、轨道交通、工业控制、网络通、军工航天以及新能源产业链。

 

从20世纪80年代至今,IGBT芯片共经历了7代更新升级发展历程,产品从平面栅型阶段发展至微沟槽栅型阶段,各代IGBT产品的发展趋势主要是降低损耗、节约生产成本,总体可以将其发展历程分为三大主要技术阶段。第一阶段是以第一代、第二代为代表的平面栅型IGBT,第一代由于工艺制造复杂,现已基本被市场淘汰。第二阶段是以第三代、第四代为代表的沟槽栅型IGBT,三、四代产品通过创新的沟槽设计,大幅度减少了IGBT的体积和使用功耗,从而得到广泛使用。随后在第二阶段出现了对沟槽栅型进行改进的第五代、六代IGBT,但总体结构并未发生较大的改变,同时还涌现出了向第三阶段过渡的产品Trench Stop5型。第三阶段是第七代微沟槽栅型IGBT,其进一步减少了产品的体积和使用功耗,目前,英飞凌等头部企业在第七代IGBT上已经达到量产水平。由于IGBT的生命周期较长,产品迭代速率不追求你摩尔定律,使用周期较长,虽然老一代产品的损耗较大,但其芯片的面积较大,稳定性较好,部分领域仍会选择使用旧代产品,因此,IGBT在市场上呈现多代共存的状态。

 

二、我国IGBT市场存在巨大的产需缺口,行业自给率逐年攀升

 

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。近年来,全球IGBT市场规模保持连年增长的趋势,根据Markets and markets数据,全球IGBT市场规模从2012年的32亿美元增长至2021年的70.9亿美元,年均复合增长率为6.6%,2021年,全球IGBT的市场规模为70.9亿美元,同比增长6.6%。从2021年全球IGBT市场区域分布来看,亚太地区的市场占比为58%,占比超全球一半,远高于北美地区11%和欧洲地区23%的市场份额。

 

根据相关数据统计,2016-2021年,我国IGBT产量及需求量均呈现连年增长的趋势,2021年,我国IGBT的需求量为13000万只,同比增长20.00%;生产量为2580万只,同比增长27.72%;产需差值为10620万只。我国IGBT行业存在巨大供需缺口,基于国家核心元器件国产化相关政策要求,“国产替代”将会是未来IGBT行业发展的主旋律之一。目前,我国的IGBT市场主要由外国企业占据,虽然我国IGBT市场需求增长迅速,但由于国内相关技术人才缺乏,工艺制造基础薄弱,国内企业产业化起步较晚,IGBT至今仍大量依赖进口,市场主要由欧洲、日本及美国企业占领。同时,国内企业由于芯片供应主要源于国外,供应链受到较强的制约,导致我国IGBT产业发展较为缓慢。

 

IGBT被称为电力电子行业里的“CPU”,广泛应用于新能源、新能源汽车、电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子等领域。随着全球制造业向我国的转移,我国已逐渐成为全球最大的IGBT市场,相关数据显示,2021 年,我国IGBT市场规模约为218.75亿元,同比增长37.23%。近年来,我国积极践行“碳达峰、碳中和”发展战略,在各行业推行节能减排目标,不断优化调整能源使用结构,大力发展新能源产业,叠加工业自动化进程加快,我国对于IGBT的市场需求不断扩大。受益于工业控制、新能源及新能源汽车等领域的需求大幅增加,中国IGBT市场规模将持续增长,预计到2025年,我国IGBT市场规模将达到600亿元左右。

 

据佰腾网,2009-2022年,我国IGBT专利申请量呈现先上升后下降的趋势,2009-2020年,我国IGBT专利申请量呈上升态势,202-2022年,IGBT专利申请量连续两年同比呈现下降的态势,2022年,我国IGBT专利申请量为2561件,同比下降36.69%。“行业求发展,技术要先行”,IGBT行业拥有极高的技术门槛,在国家政策的引导和市场需求的拉动下,国内多家以IGBT为主营业务的企业纷纷加大研发投入,组建高素质研发队伍,深耕IGBT行业的研发设计,加速追赶欧美大厂的步伐,进一步打破海外大厂对高端功率半导体市场的垄断。 在技术方面,国内厂商积极创新迭代,坚持提升自主研发能力,实现核心技术突破,斯达半导公司已率先实现了第7代IGBT产品的研发;在产品方面,国内厂商IGBT 产品种类进一步增加,覆盖电压/电流范围进一步扩大,斯达半导公司基于第六代Trench Field Stop技术的车规级IGBT模块已获得多个平台/项目定点。

 

近年来为了推动功率半导体行业尤其是 IGBT产业健康快速发展,国家相关部门不仅制定了相关的一系列政策措施,还不断加大金融扶持力度。其中,IGBT曾被划为国家专项重点扶持项目实施长达15年,该项目已于2021年成功收官。同时,IGBT 国产化还是国家十四五规划中关键半导体器件的发展重点之一。在国家政策引导和市场需求持续增长和的双重刺激下,吸引了一批拥有丰富科研经验的IGBT技术人才回国,同时也为斯达半导、士兰微、比亚迪、时代电气等企业提供了掌握IGBT核心技术的机会,进一步推进IGBT国产化进程,早日摆脱IGBT产品进口依赖这一现状。据相关数据统计,2016-2021年,我国IGBT自给率逐年上升,2021年,我国IGBT的自给率为19.55%。2022年,国内如斯达半导、士兰微、时代电气等IGBT企业的产能扩建项目完工投产,公司年度产能得到进一步提升,预计2022年的自给率将达到26.50%。

 

三、下游新能源产业需求持续增长,推动IGBT市场规模逐步扩大

 

当前,新能源汽车在国内IGBT下游应用中占比31%左右,是IGBT最大的增量市场。据中国汽车工业协会,2015-2022年,我国汽车产销量上下波动,整体呈现出上涨趋势,而新能源汽车在政策的引导下,其产销量连年增长。2022年,我国新能源汽车的产量为705.8万辆,同比增长96.90%;销量688.7万辆,同比增长93.40%。IGBT是新能源汽车电控系统 和充电桩的核心器件,决定了整车的能源利用率。同时,新能源车的车载空调、OBC、逆变器、DC/AC、发电机等也需大量应用IGBT器件。2017-2022年,我国汽车IGBT市场需求整体呈现上升的趋势,在新能源汽车的拉动下,2022年,我国IGBT的市场需求为147.32亿元,同比增长114.72%。

 

据国家能源局,2013-2022年,我国光伏新增装机容量整体呈现上扬的态势,2022年,我国光伏新增装机容量87.41GW,同比增长32.53GW。光伏逆变器是光伏系统的核心部件,可以将太阳能板产生的可变直流电转换为交流电,并反馈回输电系统或供离网的电网使用。伴随着新能源行业终端产出提升,作为逆变器中关键器IGBT的需求空间也将大幅提升,据达证券统计,2017-2022年,我国光伏IGBT市场规模连年增长,2022年,我国光伏IGBT市场规模约41.49亿元,同比增长11.62%。

 

以上数据及息可参考智研咨询发布的《2023-2029年中国IGBT行业发展战略规划及投资方向研究报告》。智研咨询是中国产业咨询领域的息与情报综合提供商。公司以“用息驱动产业发展,为企业投资决策赋能”为品牌理念。为企业提供专业的产业咨询服务,主要服务包含精品行研报告、专项定制、月度专题、可研报告、商业计划书、产业规划等。提供周报/月报/季报/年报等定期报告和定制数据,内容涵盖政策监测、企业动态、行业数据、产品价格变化、投融资概览、市场机遇及风险分析等。


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