在2019年11月末的時(shí)候,行業(yè)內(nèi)媒體集微網(wǎng)報(bào)道了華為已開始從 IGBT 廠商挖人,自己研發(fā) IGBT 器件的消息,春節(jié)期間,滿天芯就著申港證券的報(bào)告,和大家一起回顧一下華為入場(chǎng)IGBT和國(guó)內(nèi)IGBT發(fā)展現(xiàn)狀。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由 BJT(雙極型三極管)和 MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR(電力晶體管)的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR 飽和壓降低,載流密度大,但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET 驅(qū)動(dòng)功率很小,開關(guān)速度快,但導(dǎo)通壓降大,載流密度小。IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn),驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為 600V 及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
根據(jù) IC Insights 的預(yù)測(cè),未來半導(dǎo)體功率器件中,MOSFET 與 IGBT 器件將是最強(qiáng)勁的增長(zhǎng)點(diǎn)。IGBT 是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?俗稱電力電子裝置的“CPU”,作為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。隨著新能源汽車、軌道交通及智能電網(wǎng)的發(fā)展,IGBT 需求迎來大幅增長(zhǎng)。

一、華為入場(chǎng)推進(jìn) IGBT 發(fā)展

根據(jù)集微網(wǎng)報(bào)道,華為已開始從 IGBT 廠商挖人,自己研發(fā) IGBT 器件。憑借自身的技術(shù)實(shí)力,華為已經(jīng)成為 UPS 電源領(lǐng)域的龍頭企業(yè),目前占據(jù)全球數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域第一的市場(chǎng)份額。IGBT 作為能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?也是華為 UPS 電源的核心器件。
目前華為所需的 IGBT 主要從英飛凌等廠商采購(gòu)。受中美貿(mào)易戰(zhàn)影響,華為為保障產(chǎn)品供應(yīng)不受限制,開始涉足功率半導(dǎo)體領(lǐng)域。目前,在二極管、整流管、MOS 管等領(lǐng)域,華為正在積極與安世半導(dǎo)體、華微電子等國(guó)內(nèi)廠商合作,加大對(duì)國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品的采購(gòu)量,但在高端 IGBT 領(lǐng)域,由于國(guó)內(nèi)目前沒有廠家具有生產(chǎn)實(shí)力,華為只能開始自主研發(fā)。
碳化硅和氮化鎵是未來功率半導(dǎo)體的核心發(fā)展方向,英飛凌、ST 等全球功率半導(dǎo)體巨頭以及華潤(rùn)微、中車時(shí)代半導(dǎo)體等國(guó)內(nèi)功率廠商都重點(diǎn)布局在該領(lǐng)域的研究。
為了發(fā)展功率半導(dǎo)體,華為也開啟了對(duì)第三代半導(dǎo)體材料的布局。根據(jù)集微網(wǎng)報(bào)道,華為旗下的哈勃科技投資有限公司在今年8月份投資了山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司,持股 10%,而山東天岳是我國(guó)第三代半導(dǎo)體材料碳化硅龍頭企業(yè)。相對(duì)于傳統(tǒng)的硅材料,碳化硅的禁帶寬度是硅的 3 倍;導(dǎo)熱率為硅的 4-5 倍;擊穿電壓為硅的 8 倍;電子飽和漂移速率為硅的 2 倍,因此,碳化硅特別適于制造耐高溫、耐高壓,耐大電流的高頻大功率的器件。

二、IGBT 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

目前全球 IGBT 市場(chǎng)主要被國(guó)外公司所占領(lǐng),2017 年全球 IGBT 市場(chǎng)中,Infineon以 27．1%的市占率排名第一,三菱以 16．4%排名第二,排名第三的富士電機(jī)市占率為 10．7%。全球前 5 公司市占率達(dá) 67．5%,行業(yè)集中度較高。

從市場(chǎng)規(guī)模上看,2018 年全球 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 58．36 億美元,較 2017 年的 52．55億美元增長(zhǎng) 11．06%。

國(guó)內(nèi)方面,2018 年國(guó)內(nèi) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 261．9 億元,較 2017 年的 132．5 億元大增 97．66%。隨著軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域的加速發(fā)展,國(guó)內(nèi) IGBT 需求迎來爆發(fā),近幾年國(guó)內(nèi) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模呈加速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

三、IGBT 國(guó)內(nèi)產(chǎn)量供不應(yīng)求

受 IGBT 市場(chǎng)需求大幅增長(zhǎng)推動(dòng),國(guó)內(nèi) IGBT 行業(yè)近年開啟加速增長(zhǎng)。除華為開始布局之外,比亞迪微電子、中車時(shí)代半導(dǎo)體、斯達(dá)股份、士蘭微等部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),并在市場(chǎng)上有不錯(cuò)表現(xiàn)。
此外,近年來,原從事二極管、三級(jí)管、晶閘管等技術(shù)含量較低的功率半導(dǎo)體廠商,華微電子、揚(yáng)杰科技、捷捷微電以及臺(tái)基股份等紛紛向 MOSFET 與 IGBT 領(lǐng)域突圍,部分下游應(yīng)用廠商也向上游 IGBT 領(lǐng)域布局。
盡管國(guó)內(nèi)有眾多廠商加入 IGBT 產(chǎn)品布局,但國(guó)內(nèi) IGBT 市場(chǎng)依然產(chǎn)量較低,與國(guó)內(nèi)巨大需求相比供不應(yīng)求。2018 年國(guó)內(nèi) IGBT 產(chǎn)量 1115 萬只,較 2017 年的 820萬只增加了 295 萬只,同比增長(zhǎng) 36%。但 2018 年國(guó)內(nèi) IGBT 產(chǎn)品需求達(dá) 7898 萬只,供需缺口達(dá) 6783 萬只,國(guó)內(nèi)產(chǎn)量嚴(yán)重不足。

四、小結(jié)

目前,白色家電、逆變器、逆變電源、工業(yè)控制等國(guó)內(nèi)中低端市場(chǎng)已經(jīng)逐步完成了國(guó)產(chǎn)化替代,不過,在新能源汽車、新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)等要求非常高的領(lǐng)域,國(guó)內(nèi) IGBT 廠商有待突破。
在新能源汽車領(lǐng)域,比亞迪微電子、斯達(dá)股份、上汽英飛凌等廠商的 IGBT 模塊產(chǎn)品已經(jīng)出貨,中車時(shí)代半導(dǎo)體的汽車用 IGBT 產(chǎn)品也已送樣測(cè)試;在國(guó)家電網(wǎng)方面,除中車時(shí)代半導(dǎo)體的 IGBT 產(chǎn)品已進(jìn)入市場(chǎng)外,2019年10 月份,國(guó)電南瑞宣布與國(guó)家電網(wǎng)有限公司下屬科研單位全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司共同投資設(shè)立南瑞聯(lián)研功率半導(dǎo)體有限責(zé)任公司,實(shí)施 IGBT 模塊產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。
不過由于 IGBT 行業(yè)存在技術(shù)門檻較高、人才匱乏、市場(chǎng)開拓難度大、資金投入較大等困難,國(guó)內(nèi)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中一直進(jìn)展緩慢,隨著全球制造業(yè)向中國(guó)的轉(zhuǎn)移,我國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)占世界市場(chǎng)的 50%以上,是全球最大的 IGBT 市場(chǎng),但 IGBT 產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口,在中高端領(lǐng)域更是 90%以上的 IGBT 器件依賴進(jìn)口,IGBT 國(guó)產(chǎn)化需求已是刻不容緩