中国IGBT行业市场调研分析报告.docx
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中国IGBT行业市场调研分析报告
2017年中国IGBT行业市场调研分析报告
图表目录
表格目录
第一节IGBT是什么？
一、IGBT简介
IGBT（绝缘栅双极型晶体管），是由BJT（双极结型晶体三极管）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,其具有自关断的特征。
简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。
IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。
图表1：
电力半导体器件分类
资料来源：
北京欧立信信息咨询中心
表格1：
IGBT、BJT、MOSFET三种器件比较
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图表2：
IGBT模块结构简图
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IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。
图表3：
常见IGBT模块产品
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表格2：
IGBT不同产品类型对比
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二、IGBT常见应用
IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。
采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
图表4：
IGBT常见应用
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三、IGBT基本工作原理
图表5：
IGBT结构简图（左）与等效电路图（右）
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IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。
其外部有三个电极，分别为G-栅极，C-集电极，E-发射极。
图表6：
IGBT四种工作状态
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在IGBT使用过程中，可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。
当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。
当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。
当集-射极电压UCE＞0时，分两种情况：
①若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。
②若栅-射极电压UGE＞Uth，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。
此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降低。
图表7：
IGBT可靠性因素
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四、薄膜电容在IGBT相关电路中的应用
表格3：
薄膜电容常用在新能源（风力发电/光伏发电）及新能源汽车IGBT相关电路中
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图表8：
薄膜电容在新能源汽车主电机驱动系统中的应用图
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图表9：
薄膜电容在风力发电变流器中的应用图
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图表10：
常见薄膜电容及其结构简图
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表格4：
薄膜电容与电解电容性能对比
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第二节IGBT各世代有何技术差异？
一、IGBT芯片技术演进
图表11：
IGBT芯片技术演进
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图表12：
从结构上讲，IGBT主要有三个发展方向
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表格5：
IGBT新技术作用位置及发展趋势
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表格6：
IGBT芯片各代特点及结构简图
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二、IGBT模块封装技术
图表13：
焊接式IGBT模块结构简图
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图表14：
焊接式IGBT模块封装过程
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IGBT模块按封装工艺来看主要可分为焊接式与压接式两类。
高压IGBT模块一般以标准焊接式封装为主，中低压IGBT模块则出现了很多新技术，如烧结取代焊接，压力接触取代引线键合的压接式封装工艺。
图表15：
焊接式
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图表16：
压接式
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随着IGBT芯片技术的不断发展，芯片的最高工作结温与功率密度不断提高，IGBT模块技术也要与之相适应。
未来IGBT模块技术将围绕芯片背面焊接固定与正面电极互连两方面改进。
模块技术发展趋势：
无焊接、无引线键合及无衬板/基板封装技术；
内部集成温度传感器、电流传感器及驱动电路等功能元件，不断提高IGBT模块的功率密度、集成度及智能度。
第三节IGBT有哪些重要应用领域？
一、IGBT应用领域
作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT已广泛应用于工业、4C（通信、计算机、消费电子、汽车电子）、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。
图表17：
按电压分布的IGBT应用领域
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1、新能源汽车
IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用，是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。
IGBT模块占电动汽车成本将近10%，占充电桩成本约20%。
IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面：
图表18：
IGBT在电动汽车领域中的应用
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图表19：
HEV电气系统图
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图表20：
InfineonIGBT在电动汽车逆变器应用图
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图表21：
混合动力（HEV）/纯电动（EV）汽车可用的半导体产品
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图表22：
英飞凌全电压范围应用的新能源汽车功率器件
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2、智能电网
IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端。
从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。
从输电端来看，特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。
从变电端来看，IGBT是电力电子变压器（PET）的关键器件。
从用电端来看，家用白电、微波炉、LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。
图表23：
IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端
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3、轨道交通
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。
图表24：
动车牵引系统
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表格7：
动车组IGBT器件等级及数量
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表格8：
交流传动机车IGBT器件等级及数量
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第四节IGBT行业国内外差距有多大？
一、IGBT国内外市场规模
图表25：
2014年国际IGBT市场份额
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图表26：
2015-2020国际IGBT市场规模（亿美元）
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2015年国际IGBT市场规模约为48亿美元，预计到2020年市场规模可以达到80亿美元，年复合增长率约10%。
图表27：
2014年国内IGBT市场份额
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图表28：
2014-2020中国IGBT市场规模（亿元）
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2014年国内IGBT销售额是88.7亿元，约占全球市场的1∕3。
预计2020年中国IGBT市场规模将超200亿元，年复合增长率约为15%。
二、IGBT国际市场现状
国外企业如英飞凌、ABB、三菱等厂商研发的IGBT器件产品规格涵盖电压600V-6500V，电流2A-3600A，已形成完善的IGBT产品系列。
图表29：
英飞凌、三菱、ABB在工业IGBT领域占绝对优势
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英飞凌、三菱、ABB在1700V以上电压等级的工业IGBT领域占绝对优势；在3300V以上电压等级的高压IGBT技术领域几乎处于垄断地位。
在大功率沟槽技术方面，英飞凌与三菱公司处于国际领先水平。
图表30：
西门康、仙童等在消费IGBT领域处于优势地位
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西门康、仙童等在1700V及以下电压等级的消费IGBT领域处于优势地位。
图表31：
IGBT领域其他企业
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图表32：
国际市场供应链已基本成熟，但随着新能源等市场需求增长，市场链条正逐步演化……
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三、IGBT国内现状
尽管我国拥有最大的功率半导体市场，但是目前国内功率半导体产品的研发与国际大公司相比还存在很大差距，特别是IGBT等高端器件差距更加明显。
核心技术均掌握在发达国家企业手中，IGBT技术集成度高的特点又导致了较高的市场集中度。
跟国内厂商相比，英飞凌、三菱和富士电机等国际厂商占有绝对的市场优势。
形成这种局面的原因主要是：
国际厂商起步早，研发投入大，形成了较高的专利壁垒。
国外高端制造业水平比国内要高很多，一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。
中国功率半导体产业的发展必须改变目前技术处于劣势的局面，特别是要在产业链上游层面取得突破，改变目前功率器件领域封装强于芯片的现状。
图表33：
国内IGBT主要厂商
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图表34：
IGBT领域国内市场技术差距
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图表35：
国内IGBT主要厂商地域分布
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1、国内IGBT行业技术进展
近几年中国IGBT产业在国家政策推动及市场牵引下得到迅速发展，已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链，IGBT国产化的进程加快，有望摆脱进口依赖。
图表36：
国内IGBT行业技术进展
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2、IGBT国内市场前景
受益于新能源汽车、轨道交通、智能电网等各种利好措施，IGBT市场将引来爆发点。
（1）新能源汽车
2016年上半年新能源汽车销量达到17万辆，同比增长126.9%。
虽不及年初预期，但中汽协宣称仍会继续坚持全年70万销量的目标。
随着“骗补”风波临近尾声，国家和地方会调整相关政策，继续加强对新能源汽车的补贴。
2015年11月发改委《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》，预计至2020年新增集中式充换电站超过1.2万座，分散式充电桩超过480万个，以满足全国500万辆电动汽车充电需求。
新能源汽车用IGBT模块规格一般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，按照市场均价来计算，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。
（2）智能电网
预计到2020年风电和光伏装机将分达到2.5亿千瓦和1.5亿千瓦，共4亿千瓦。
即使一半在远离负荷中心的区域，则需要送出的容量也达到2亿千瓦。
按照特高压直流输送工程每条线路输送800万千瓦计算，至少需要25条特高压直流输送工程与其配套。
按照国家电网的长期规划，到2020年将建成“五纵五横”，合计27条特高压线路，去除已投入运行的6条，还有21条待建。
若15条采用FACTS高压柔性直流输电技术，则估算IGBT市场规模10亿元左右。
（3）轨道交通
截至2015年底，中国铁路营业里程达到12.1万公里，其中高速铁路1.9万公里。
城轨运营里程3618公里（地铁超过3000公里）。
根据2016年7月20日国家发改委发布的《中长期铁路网规划》，预计“十三五”（2016-2020年）期间，铁路网规模将达到15万公里，其中高速铁路3万公里；城轨总里程将超过7500公里（地铁6700公里）。
据此计算，十三五期间铁路总运营里程新增约3万公里，其中高速铁路新增1.1万公里；地铁运营里程将翻番。
预计新增机车需求5000辆，新增动车2300标准列；城轨方面，预计新增城轨车辆25000辆左右。
十三五期间全国轨道交通总投资约4-5万亿元，预计IGBT市场规模近百亿。
图表37：
“十三五”动车组保有量稳步增长
资料来源：
北京欧立信信息咨询中心
图表38：
“十三五”城轨发展迅速，有望突破7500公里
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第五节部分相关企业分析
一、华微电子：
大陆功率半导体领军企业
公司是专注于设计+材料创新，以及特种工艺的“芯片级”功率半导体龙头企业，亦是技术积累超50年的A股稀缺“自主可控”标的。
公司凭借长期技术和市场积累将实现行业突破，适逢本土龙头企业投融资热潮，以及英飞凌等国际同业龙头高速发展的“黄金周期”；实际控制人更替和股权激励计划表征内部治理告一段落，预计迎来可持续的高速发展周期。
高成长行业爆发和自主可控，综合催生IGBT/智能模块IPM等高端功率半导体飞速成长。
新能源汽车及其充电设备对IGBT类芯片和模块产品需求旺盛，功率模块成本占比高达约10%，仅本土需求即达600亿元规模；历史上，公司曾为国家军工行业相关建设提供坚强保障和支撑，现今在高端武器装备电磁化发展趋势明显下，国产替代实现自主可控已迫在眉睫；公司能力已达国际水平，并具备稀缺的“实际量产落地”能力，预计将依托旺盛需求，实现高附加值产品放量，盈利水平将获得快速提升。
第三代功率器件迎巨大潜在市场，公司具备迎接新机遇的充足主客观条件。
第三代功率半导体与现有高端产品，在材料/结构/工艺/封装等核心环节，具备明显的传承性，公司IDM模式下完全能够满足新材料器件的发展需要，技术向上延伸水到渠成，高端产能扩容和技术升级发展预期十分强烈。
高门槛行业龙头有望依托其产业资源，提供更关键的“产业服务”。
摆脱以往国外引进和自主培养的传统模式，实现人才繁荣，是半导体发展核心动因；公司在功率半导体领域50多年的资源优势可谓凤毛麟角，有望带动相关产业服务，形成集群创新发展。
二、扬杰科技：
创领新材料市场契机
公司是A股稀缺的专注于半导体器件，且具高端产品和客户布局的优质企业，产品包括芯片、二极管、整流桥和电力电子模块等，积极布局SiC和GaN等第三代半导体功率器件，覆盖应用领域包括汽车电子、LED照明、太阳能光伏、通讯电源等多个新兴领域。
2016年名列中国半导体行业功率器件五强企业第三名。
公司主打产品在细分领域具有优势地位，通过内在铸就“技术+经营+营销”竞争优势、外在践行“技术与渠道并举”发展战略，内生外延打造半导体器件领域核心实力。
公司没有走OEM代工路线和低端市场路线，而是坚持品牌经营，优先拓展大客户，布局一体化等，综合构建较高的市场拓展能力和盈利能力，2012年至2015年，净利润率稳定高居16.4%，19.4%，17.4%和16.6%，显著领先同业。
产品在国内诸多新型细分市场具领先市场地位及较高市占率。
车用大功率二极管芯片和智能电表贴片式整流桥，国内市占率均超20%；拥有最先进的光伏旁路二极管生产线，产能约占全球份额30%；拥有国内先进的高端模块制造线和一流的IGBT生产线。
2014年7月引进人才设立扬州杰盈汽车芯片有限公司，使汽车电子芯片从GPP系列顺利过渡到OJ系列。
公司稳步推进第三代宽禁带半导体项目的研发及产业化，自公司与西安电子科技大学联合开展第三代半导体材料与器件的产业化应用研究开始，目前已成功研制出碳化硅肖特基二极管、氮化硅钝化GPP芯片等新产品，未来有望批量生产实现高端进口替代。
SiC功率器件相对传统的硅器件具备更高的电流密度，相同功率等级下，体积小于IGBT等模块，更重要的是，SiC器件能够提高能源系统的效率和工作频率，与IGBT相比相比较，其开关损失可降低约85%，且开关频率高于IGBT约10倍，大幅节约系统外围器件的使用量，进而降低成本；
我们认为，伴随汽车电子和智能电网等领域市场对高端功率半导体器件需求的增长，适逢公司现阶段处于先进制造业向研发科技转型的高潮时期，预计公司传统产品销量和盈利有望持续稳步提升。
三、士兰微：
获大基金青睐的IDM半导体企业
公司是A股稀缺的半导体IDM企业，且是唯一一家获得大基金青睐的分立器件公司，产品包括功率器件、模数混合电路、LED芯片等，公司产业布局合理，技术积累雄厚，是A股稀缺的半导体IDM标的。
功率器件领先者，IGBT有望批量出货。
公司在功率器件领域耕耘多年，在高端二极管、三极管、MOSFET等领域各系列产品型号齐全，近年来公司深耕IGBT研发，目前部分IGBT产品已在家电等领域得到应用，是国内少数能批量生产IGBT的企业，公司的IGBT业务未来有望深度受益新能源汽车大爆发的行业趋势。
大基金增资6亿参与的8英寸芯片生产线项目进展顺利，预计2017年上半年将进入试产阶段。
该条产线主要用于制造模数混合电路芯片，模数混合电路设计难度大、对企业的经验积累要求高，公司在该领域耕耘数十年，有着雄厚的经验积累和人才储备，我们预计本次大基金增资公司的八寸线项目是在模数混合电路领域的战略投资，公司已经成为大基金在该领域重点扶持的对象，未来国产替代空间广阔，有望为公司的长远发展注入源源不断的动力。
四、法拉电子：
薄膜电容世界级品牌
公司薄膜电容器产量排名全国第一，世界前三位。
产品型号丰富，可为各类整机客户如照明、通讯、家电、电源、工业控制、汽车电子、绿色能源等提供薄膜电容器“一站式”解决方案，产品行销全球，成为各个领域龙头企业的主力供应商。
新能源领域贡献增量市场，公司率先布局取得卡位优势。
目前新能源用薄膜电容占公司营收的30%左右，光伏市场未来保持稳定增速，而在增速最快的新能源汽车领域（配套IGBT外围保护电路），公司产品单车价值在800元以上，准入门槛高，公司已成为多家主流新能源车厂的主供应商，合作关系稳固，市场占有率50%以上；公司的新厂建设进展顺利，达产后产能达到400万辆/年，超前的产业布局有望为公司未来的发展注入了新的动力。
假设特斯拉中国设厂，公司有望深度受益。
我们预计特斯拉出于成本、市场、产能等诸多因素考量，今明两年在中国大陆建厂或为大概率事件。
公司作为行业龙头，未来有望切入特斯拉产业链，充分享受行业发展的红利，进一步巩固其在新能源汽车领域的领先地位。
五、Infineon英飞凌
英飞凌科技公司于1999年4月1日在德国慕尼黑正式成立，是全球领先的半导体公司之一。
其前身是西门子集团的半导体部门，于1999年独立，2000年上市。
至2015年，英飞凌已连续12年蝉联全球功率半导体市场第一。
目前公司主营业务分为四块：
汽车电子ATV、工业功率控制IPC、功率管理及混合市场PMM、IC卡和安全控制CCS。
其中在IGBT模块、分立式IGBT和MOSFET等细分市场英飞凌地位强势，尤其在高端IGBT市场，其技术升级路线更成为IGBT换代的标杆。
图表39：
2015年英飞凌各业务营收占比
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北京欧立信信息咨询中心
据美国市场调查机构IHS公司2014年的调查结果，英飞凌和国际整流器公司IR2013年在全球功率半导体市场总份额约为17.5%。
通过在2014年末斥资30亿美元收购IR，英飞凌在2015年将功率半导体市场份额提升至近20%，领先最接近的对手高达7个百分点，进一步确立了功率半导体市场的竞争优势。
特别是在IGBT等部分细分领域甚至已经接近垄断地位。
图表40：
2014年全球功率半导体市场份额
资料来源：
北京欧立信信息咨询中心
图表41：
收购IR后，英飞凌股价大幅跑赢市场
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北京欧立信信息咨询中心
近日（7月14日），英飞凌又宣布以8.5亿美元现金收购CREE旗下功率和射频部门Wolfspeed（15年营收超2亿美元）。
Wolfspeed生产的碳化硅芯片在未来数年将逐渐取代传统芯片，尤其是在电动和混合动力汽车市场。
当前，英飞凌约40%的销售额来自于汽车行业。
收购Wolfspeed之后，英飞凌一跃成为SiC功率半导体领域的霸主。
目前英飞凌总市值约在160亿美元左右。
从IGBT模块、分立式IGBT和MOSFET等细分市场，可以看出英飞凌的强势地位。
2014年，英飞凌MOSFET市场份额从26.4%增至27.8%，而市场排名第二的竞争对手的市场份额则仅为10.5%；分立式IGBT市场份额从34.7%增至38.5%，最接近的竞争对手仅为14.1%；在IGBT模块细分市场上，英飞凌的市场份额从21.4%增至23.2%，仅落后约3个百分点排名第二。
图表42：
2014年国际IGBT市场总份额
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北京欧立信信息咨询中心
英飞凌公司2015财年报收67亿美元，同比增长34%，增长情况远超行业平均水平。
收购Wolfspeed能够进一步增强英飞凌在电动交通、可再生能源及物联网等增长型市场上作为功率和射频（RF）功率解决方案供应商的领先地位。
图表43：
英飞凌2011-2015年营收vs净利润
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Wolfspeed生产的碳化硅芯片在未来数年将逐渐取代传统芯片，尤其是在电动和混合动力汽车市场。
收购Wolfspeed后将在短期内提高公司每股摊薄收益和利润率。
当前（2016年7月）英飞凌的毛利率约为55%，而未来4年有望保持20%的年平均增长率。
图表44：
英飞凌2011-2015年毛利率vs净利率
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六、三菱电机
三菱电机创立于1921年，是三菱MITSUBISHI财团之一，全球500强。
产品范围广泛，包含面向个人消费者的显示产品、手机、厨房电气、车载电气、生活电气、空调电气。
面向商业消费者的电子、电力、社会、交通、宇宙、信息、电气、机器、半导体和影像等。
。
三菱电机自动化作为机电产品综合供应商，其业务范围覆盖工业自动化（FA）产品和机电一体化（Mechatronics）产品。
三菱电机在保持公司在工业及重电设备、卫星、防御系统、电梯及自动扶梯、汽车用电子用品、空调、通风设备等领域的领先地位的同时，还将进一步拓展在移动通信设备、显示设备、显示装置技术及尖端半导体等领域的世界市场份额。
三菱电机半导体产品包括功率模块（IGBT、IPM、MOSFET等）、微波/射频和高频光器件、光模块、和标准工业用的TFTLCD等产品。
目前，三菱电机已经成功开发了基于碳化硅芯片技术的新一代功率器件。
七、瑞萨电子
瑞萨电子公司（RenesasElectronicsCorporation）是由瑞萨科技与NEC电子合并而成，2010年成立，总部位于日本，是世界第六大半导体制造商（2012年数据）。
瑞萨电子公司由日本电气、日立、三菱电机等持股。
2016年3月10日，瑞萨电子宣布推出第八代G8H系列绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的六款新产品，其可将用于太阳能发电系统的功率调节器中的转换损耗降至最低，并减少不间断电源（UPS）系统中的逆变器应用。
瑞萨也为带内置二极管的1250VIGBT实现了业界首款TO-247plus封装，它为系统制造商提供了更大的电路配置灵活性。
第八代设备的性能指数与之前的第七代IGBT相比改进了30%，有助于为用户系统降低功耗并改善整体性能。
对注重光伏逆变器、UPS、工业电机驱动器的电力行业主要市场来说，这些更新具有很重要的意义。
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