推荐新能源汽车功率半导体IGBT芯片行业深度分析报告.docx

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推荐新能源汽车功率半导体IGBT芯片行业深度分析报告

2016年新能源汽车功率半导体IGBT

芯片行业深度分析报告

目录

一、功率半导体，未被挖掘的金矿3

1、功率半导体，渗透人类生活方面3

2、IGBT，功率半导体“皇冠上的明珠”5

3、功率半导体行业竞争格局6

二、新能源汽车爆发，带动功率器件百亿新需求8

1、新能源汽车半导体用量翻番，功率半导体成最大需求8

2、新能源汽车和充电桩带动百亿新需求9

三、大国重器助力IGBT国产化10

1、高铁动车组大量使用IGBT模块10

2、从发电端到用电端，IGBT在智能电网中应用广泛11

3、军工电子化进程推动IGBT在武器装备的应用12

四、国产化趋势明确，爆发时点已到13

1、IGBT芯片进口比例超九成，市场替代空间大13

2、国内已形成完整产业链14

3、IGBT国产化爆发时点已到15

五、主要风险16

六、重点企业：

台基股份17

　　一、功率半导体，未被挖掘的金矿

　　1、功率半导体，渗透人类生活方面

　　集成电路处理的是信息，而功率半导体处理的是能量。

半导体有两个大的分支：

一是以大规模集成电路为核心的微电子技术，实现对信息的处理、存储与转换；另一个是以功率半导体为核心的电力电子技术，实现对电能的处理和变换。

功率半导体器件是实现电能处理和变换的开关器件，是弱电控制强电的桥梁，可以实现用数十伏电压来控制上万伏上千安电流的开关状态。

功率半导体包括功率分离器件和功率集成电路，用于对电流、电压、频率、相位、相数等进行变换和控制，以实现整流（AC/DC）、逆变（DC/AC）、斩波（DC/DC）、开关、放大等各种功能。

根据开关特性不同，功率半导体器件可以分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件，不可控型器件以功率二极管为代表，半控型器件以SCR（晶闸管）为代表，门极信号只能控制导通而不能关断，全控型器件包括GTR、IGBT、GTO、IGCT等，通过门极信号可控制导通和关断。

　　从消费电子到高铁，功率半导体渗透到人类生活的方方面面。

功率半导体主要用在使用在整流器、变频器、逆变器等电力变换装臵中，小到手机、白电，大到高铁、输电站都离不开功率半导体的应用。

随着电力电子技术的发展，以及国际社会对于绿色低碳环保的重视，功率半导体的应用也从传统的工业控制和3C产业（计算机、通信、消费电子），扩展到空调、冰箱、洗衣机等变频家电行业，混合动力汽车和电动汽车等新能源汽车行业，光伏发电、风力发电以及智能电网等电力行业、高铁、轨道交通等电气化铁道行业。

　　功率半导体市场规模达千亿。

ICInsights数据显示，2015年全球功率半导体营收规模140亿美元，增长6%，其中功率分离器件产值占总体市场将近2/3比重，功率模组产值占比1/3。

ICInsights预计2016年功率半导体的营收规模将达到153亿美元，增速超过9%，增速将超过集成电路。

　　2、IGBT，功率半导体“皇冠上的明珠”

　　IGBT是技术最为先进的功率半导体器件之一。

从器件结构来看，IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）是由BJT（双极型三极管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动型功率半导体器件。

性能上，IGBT兼具了MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

　　IGBT芯片诞生于1982年，由GE公司和RCA公司首先宣布。

一经发布引起了世界许多半导体厂家和研究者的重视，国际上各大半导体公司都投入巨资开发IGBT芯片。

自IGBT研制成功以来，随着工艺技术不断改进和提高，电性能参数和可靠性日趋完善。

IGBT芯片的发展已经从第一代的平面栅穿通（PT）型发展到了第六代沟槽珊场截止型。

IGBT芯片发展的四大趋势是：

薄片工艺，目的是减少热阻；小管芯，主要是提高器件的电流密度；大硅片，主要是减少成本，Infineon已经成功开发出12寸的IGBT芯片晶圆；新材料，主要以SiC和GaN宽禁带半导体材料为代表。

　　IGBT是功率半导体中应用极为广泛，而且正在取代其他功率器件成为主流。

与MOSFET等功率器件相比，IGBT可以实现大功率和低功耗的最佳平衡，因此应用也最为广泛，其电压区间从300V到6500V，应用场景可以从到微波炉、空调到高铁、飞机等。

从产品形式来看，IGBT又分为单管和功率模块，单管是由单个IGBT芯片封装而成，适用于变频空调冰箱洗衣机等小功率场景，功率模块是由多个IGBT芯片和FRED芯片（一种功率二极管芯片）组成电路封装而成，适用于新能源汽车、高铁等中大功率场景。

IPM智能功率模块是一种改进版的IGBT模块，它在IGBT模块的基础上加入了一些智能控制、温度检测等控制器、传感器。

　　IGBT百亿市场空间，新能源车成最大成长动力。

2014年全球IGBT的市场规模达到了35亿美元，占到了整个功率器件市场的1/3。

新能源车市场给IGBT市场带来了新的成长动力，根据Yole的预测，2020年全球IGBT器件市场将达到62亿美元，2014-2020年的复合增长率达到10%。

新能源汽车用IGBT器件市场是成长最快的市场，预计2020年市场规模将超过30亿美元，5年的复合增长率为25%。

　　3、功率半导体行业竞争格局

　　功率半导体与集成电路相同，采用的都是硅工艺，上游为材料设备厂商，下游为应用厂。

不同的方面有：

1、在功率半导体领域是以IDM为主，集设计制造封装为一体，国际主流厂商Infineon、Fuji等大部分采用IDM模式；2、功率半导体制造属于特色工艺，不追求先进制程，属于超越摩尔定律范畴，目前部分采用的8英寸晶圆和0.18um工艺制造。

功率半导体的工艺流程技术含量高，制造难度不亚于大规模集成电路，目前国内与国外先进水平仍存在较大差距，主流技术与国外相差两代以上，国内产品以中低端为主，很多中高端功率半导体器件依赖进口。

　　全球功率半导体主流厂商主要集中在欧洲、美国、日本，且大部分属于IDM厂商。

Infineon（英飞凌）是全球最大的功率半导体厂商，引领着全球IGBT等功率半导体技术的变革。

半导体进入国际大并购时代，功率半导体行业合并也是风起云涌。

2014年英飞凌30亿美元收购IR（国际整流器），继续稳固其在功率半导体行业霸主地位，全球市占率超过20%，近期ONsemiconductor（安美森）出资24亿美元收购Fairchild（仙童），成为全球第三大功率半导体厂商。

　　我国是全球最大的功率半导体市场，消耗了全球市场30%的功率器件，但是我国功率半导体产业发展相对滞后，主要凭借着劳动力优势进入低端功率半导体器件市场，高端大功率器件几乎全部依赖进口。

经过多年的技术研发和经验积累，我国功率半导体厂商开始向高端器件市场突破，逐步实现进口替代。

二、新能源汽车爆发，带动功率器件百亿新需求

1、新能源汽车半导体用量翻番，功率半导体成最大需求

功率半导体占到新能源汽车中半导体用量的50%。

新能源汽车动力总成系统电气化，使每辆汽车半导体元器件用量大幅提升。

StrategyAnalytics数据显示，纯电动汽车（EV）半导体元器件用量达到673美元，相较于传统汽车297美元的半导体用量增加了127%，其中大部分新增用量的是功率半导体器件。

以HEV为例，新增的半导体元器件用量367美元，其中76%是功率半导体器件，新增的功率半导体用量达到了279美元，已经接近于传统汽车半导体元件总用量。

电气化是汽车行业发展的大趋势，尤其是政策推动下，新能源车的高速渗透加速了这一进程。

随着新能源汽车渗透率的大幅提升，功率半导体作为新能源汽车的核心器件，将迎来新的爆发机遇，而国内相关厂商有望分享这一盛宴。

　　IGBT是电控系统的核心器件，约占新能源整车成本10%。

电机控制系统主要由逆变器、逆变器驱动器、电源模块、中央控制模块、信号检测模块、软启动模块、保护模块、机械结构、散热系统等构成。

电控的核心器件是逆变器，是由功率半导体（多个IGBT芯片和FRED芯片）组成的模块，主要功能是实现蓄电池提供的直流电与驱动电机的交流电之间的变换。

从成本结构来看，IGBT模块约占新能源车电机控制系统成本40%~50%，根据StrategyAnalytics数据显示，逆变器成本分别占到HEV、PHEV、EV核心电动系统（电池、电机、逆变器、充电系统）总成本的30%、10%、7%。

除此之外，IGBT也是车载空调控制系统和充电系统的核心器件之一。

　　IGBT是充电桩的核心器件，成本占直流充电桩成本的20%以上。

充电桩分为直流充电桩（快充）和交流充电桩（慢充）。

直流充电桩一般由处理运算单元、执行单元、数据采集、电源管理、总线单元组成，包含IGBT模块、MCU、门驱动光耦、MOSFET、电源管理芯片等器件。

直流充电桩的输入采用三相四线380V±15%电网交流电，频率为50Hz，经过整流器变为直流电，再经过PFC升压，而后经过DC-DC隔离转换输出可调直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。

由于IGBT等器件的高成本，直流充电桩成本是交流充电桩成本的5~7倍，但其快速充电性能决定其成为行业大趋势，国家电网近期招标中对直流充电桩的投资比重已远超交流充电桩。

　　2、新能源汽车和充电桩带动百亿新需求

　　未来几年将是新能源汽车及充电桩行业爆发时期，IGBT作为其核心器件也将迎来黄金发展期。

2015年1月~10月月份我国新能源汽车累计销量为17万辆，同比增长290%。

根据国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，到2020年，我国纯电动车和插电式混合动力汽车生产能力要达到200万辆，累计销量超过500万辆。

《电动汽车充电基础设施建设发展规划》提出，到2020年我国充电桩要达到450万个，充电站达到1.2万座。

IGBT模块作为HEV/EV、充电桩的核心部件，存在巨大的市场空间。

　　新能源汽车和充电桩将带动200亿IGBT模块市场。

新能源汽车用IGBT模块规格一般为600V~1200V/200A~800A，充电桩需要的IGBT模块功率相对要小。

不同功率、不同电机数量的新能源汽车所需的IGBT模块差别较大，我们按照均价来计算，保守预计未来5年新能源汽车和充电桩将带动我国IGBT模块200亿的市场需求。

　　三、大国重器助力IGBT国产化

　　1、高铁动车组大量使用IGBT模块

　　IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。

交流传动技术是现代轨道交通技术装备的核心技术之一，在交流传动系统中牵引变流器是关键部件，而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一。

鉴于IGBT对交流传动技术的巨大促进作用，西门子、庞巴迪、阿尔斯通、三菱等拥有先进交流传动系统技术的国外公司都有紧密的IGBT制造企业为之配套，它们投入大量资金，有效组织电力电子和微电子业界的专门人才进行联合开发，一直占据着高压大电流IGBT器件研发的制高点。

　　随着应用的发展，IGBT技术的发展重点转到模块技术上来。

IGBT模块多以超大功率IGBT模块与IGBT-IPM智能功率模块为主。

IGBT-IPM是以IGBT芯片为基体，内含接口、传感、保护和功率控制等功能电路的智能功率模块。

在轨道交通牵引应用领域中，经过市场的磨合，IGBT模块的主要厂商集中到Infineon、MITSUBISHI、ABB与TOSHIBA上。

大功率IGBT模块是电力机车和高速动车组的必需组件。

电力机车一般需要500个IGBT模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50-80个IGBT模块。

我们目前有近1500列动车组，每列动车组需采用80~150个IGBT模块，常用模块等级为3300V/1200A和6500V/600A，几