IGBT未来将高速度增长,国产代替市场空间大

  • 2019-01-21
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IGBT是功率半导体中的关键产品门类。在各大应用领域主要负责交直流转换、电流电压转换等功能,在应用中起到关键的作用,属于高价值、高技术壁垒的产品。目前IGBT主要应用领域有电网输变电、新能源汽车、轨道交通、新能源、变频家电等。由于新能源汽车的快速发展,将为IGBT带来快速增长的机遇。

  摘要:IGBT是功率半导体中的关键产品门类。在各大应用领域主要负责交直流转换、电流电压转换等功能,在应用中起到关键的作用,属于高价值、高技术壁垒的产品。目前IGBT主要应用领域有电网输变电、新能源汽车、轨道交通、新能源、变频家电等。由于新能源汽车的快速发展,将为IGBT带来快速增长的机遇。

  IGBT 应用领域较为广泛,小到家电、数码产品,大到轨道交通,·以及清洁发电、新能源汽车、智能电网等战略性新兴产业都会用到 IGBT。按电压分布来看,消费电子领域的运用的 IGBT 产品为 600V 以下;太阳能逆变器需要 600/650V 和 1200V 低损耗的 IGBT;新能源汽车常用的的电压为600-1200V,动车组常用的 IGBT 模块为 3300V 和 6500V,轨道交通所使用的 IGBT 电压在 1700V-6500V 之间;智能电网使用的 IGBT 通常为 3300V。而其中很多领域都在快速发展,新能源汽车为IGBT开辟了一个全新的应用领域,光伏部分地区已经可以平价上网,全球将迎来快速发展阶段,国内风电,智能电网等都有快速发展的需求,预计全球IGBT行业未来几年将保持10%以上的增长率,为国内企业带来巨大的市场空间

  IGBT市场规模大约50亿美元

  IGBT属于功率半导体,在数据统计中,功率半导体一般会放入分立器件统计,与存储、逻辑、光电子半导体与区分。据WSTS数据统计,2017年全球半导体市场规模为4086.91 亿美元,同比增长 20.6%,首破4000 亿美元大关,主要的贡献者为存储器市场的高速增长。其中分立器件(DS)占到全球半导体市场总值的16.8%,到达210亿美元左右,市场销售额同比增长10.7%。主要得益于功率器件的快速增长,如电动汽车领域。

  图1 全球分立器件销售额及增长率

  (数据来源:WSTS)

  功率半导体中,IGBT、MOSFET、二极管及整流桥是主要的产品类别,三个产品类别约占功率半导体市场的80%左右。其中IGBT约占整个功率半导体市场份额的20%。以2016年为例,据WSTS数据,IGBT市场份额占比约为22%左右,大约44亿美元左右。

  图2 2016年功率半导体中各产品类别占比

  (资料来源:WSTS)

  据Infineon数据统计,2012-2013年全球IGBT市场规模反而有所下降,从40亿美元下降到30亿美元,降辐较大。2014年市场规模回升至38.45亿美元,2015年回落至36.21亿美元。从英飞凌数据可以看到,IGBT市场并不稳定,市场波动较大。

  图3 全球IGBT市场规模变化

  (数据来源:英飞菱)

  另据WSTS和赛迪的数据,2017年全球IGBT芯片和模组的市场规模为40.6亿美元,约占全球功率器件市场总规模的19%。其中,IGBT芯片和模组的市场规模分别为10.3亿美元和30.3亿美元。

  另外,根据Yole数据,2017年全球IGBT市场规模已达到58亿美元,同比增长率约8%,主要得益于新能源汽车,全球工业领域机器人等行业的快速发展。同时,据iSuppli的估算,未来几年全球IGBT市场将保持年均12%左右的增长速度,到2020年市场规模将达到80亿美元以上。

  由于不同分析公司数据来源不同,对整体市场规模的测算也有所差异,不过从以上几个数据看,加之近几年IGBT应用领域发展看,预计IGBT整体市场规模大约在50亿美元以上。下图为IGBT各应用领域占比情况。

  图4 2017年全球IGBT下游市场应用需求占比

  (数据来源:Yole )

  虽然在整个半导体市场中不大,但作为单一的、高技术壁垒的功率器件产品,市场规模已相当可观。而中国是半导体市场主要的消费国家,以2015年数据为例,中国IGBT市场规模约为94亿元,约占全球市场份额的40%。经过近几年的发展变化,预计这一比例有所增大。

  IGBT涨价将带来整体规模继续上升

  自2017年下半年以来,IGBT和MOSFET等功率半导体出现持续的缺货状态,各大厂商基本处于满负荷生产,由此价格也一路走高,最高累计涨幅达到40%。由于日本是IGBT主要供应国之一,从日本经济产业省数据,2018年IGBT价格较2017年平均涨幅还在10%左右。

  IGBT主要原因上游原材料价格的紧缺与涨价。2017年整个半导体行业景气度较高,需求大幅增长,但产能不可能在短时间内满足,价格大幅上涨,尤其是存储芯片,2017市场销售额大幅上涨60%。晶圆整体需求在增长的同时,结构性的变化使得IGBT的材料供应更加紧缺。由于工艺和性价比的要求,功率半导体一般采用8英寸晶圆制造,但在大硅片趋势下,8英寸及以下晶圆产能处于持续下降状态。2017年8英寸及以下产能仅占21%,较2011下降13个点。

  IGBT上游材料紧缺的同时,8英寸生产设备的投资情况也不融乐观。根据Gathner数据,2017年全球晶圆设备投资在510亿美元左右,较2016年增长35%。而据SEMI统计,8英寸的设备投资占比仅在4%左右。各大厂商重心已经从8英寸转向12英寸,设备厂商也逐步放弃了8英寸生产设备的生产。预计未来8英寸晶圆的产能仍不能得到有效解决。

  根据日本经济产业省数据及我们IGBT供需关系的判断,我们认为未来几年,IGBT产品价格仍有望维持稳定增长趋势,按照日本2018年1-8月IGBT产品价格增幅水平,预计2019年IGBT产品价格涨幅在预计仍在10%左右。

  电动汽车产业快速增长,开启IGBT全新领域

  全球新能源电动车在过去5年得到全面快速发展,据第一电动研究院数据,2017全球新能源电动车销售达到了122万辆,较2012年增长了近10倍,复合增长率高达60%。其中中国市场最大,2017年中国电动车销售达77万辆,占全球市场的的63%。其次为美国,2017年销量约20万辆。挪威、德国与法国分别位列第三、第四、第五名。

  这里不再讨论各国及中国对新能源汽车产业的支持政策,总之未来电动车是汽车行业发展的大趋势。

  我们以中国新能源汽车销售为例,来测算IGBT市场需求空间有多大。电动车成本结构中最大的为锂电池,占比约40~50%,其次为电机驱动系统,约占全车成本15%至20%,其中,IGBT占驱动系统一半左右,即IGBT占电动车约8%至10%。这个价值估算其实相对较高。我们以行业内领先的特斯拉model x为例,Model x 的IGBT由英飞凌提供,共使用了132个IGBT管,其中前电机使用了96个,后电机使用了36个,每个单管价格大约4-5美元,合计约650美元。如果改为模块,其价格更高。据英飞凌研究,插电混动汽车功率半导体使用增量约为300美元。纯电动车半导体增量价值单车约为750美元,其中功率半导体约为450美元。商用电动车功率半导体使用价值量会更高,预计1000美元以上。2016年全球电动车销量大约200万辆,共消耗了大约9亿美元的IGBT管,平均每辆车大约450美元,这与业几预计的纯电动车单车IGBT平均使用价值相差不大。

  中国2017年新能源电动车销量约为77万辆,其中A00级车占比依然较高,但A级车占比有所提升,未来随着A级车占比提高,平均IGBT单车价值会更高一些。我们仍以450美元计算,以国内规划,到2020年,新能源产量将达到200万辆,2020年IGBT中国汽车应用领域市场份额约为9亿美元。

  我们参考中国半导体行业协会的数据,中国功率半导体由于工业领域涉及范围比较广,预计整体增长率低于10%。这量不再预测。

  总体来看,新能源汽车高速增长,工业及其他领域稳步发展,如高铁、电网、UPS、通信等,我们预计未来几年国内IGBT行业需求量将保持10%以上的行业增长速度,加之IGBT价格的上升,IGBT市场规模增长速度预计超过15%。

  市场格局集中度高,少有国内企业能够进入市场参与竞争

  全球IGBT市场中,主要的供应厂商基本由国外公司占据,如英飞凌、三菱、富士电机、东芝、ABB、仙童。其中仙童等企业在消费级领域有竞争优势;ABB、英飞凌、三菱等在中高压的工业级领域优势明显;而在3300V以上的高压领域,基本由英飞凌、ABB、三菱三家公司垄断市场。

  据HIS数据,2016 年,英飞凌、三菱电机、 富士电机(Fuji Electric)、德国赛米控(SEMIKRON)四大海外供应商占了全球IGBT市场的70.8%。尽管中国功率半导体市场占全球市场的40%左右,但很少有国内企业能够提供芯片、单管及模块产品,目前90%主要依赖进口。当前轨道交通领域可以实现国产化, 但市场占有非常低,2016年国厂嘉兴斯达、中国中车市占率分别只有1.6和0.6%。

  图5 2016年IGBT全球供应商市场份额

  (数据来源:HIS)

  结语

  IGBT全球市场规模目前在50亿美元左右,中国市场约占世界的40%左右,未来在新能源汽车高速发展及工业领域稳步增长的情况下,预计未来IGBT保持高速增长。虽然中国拥有全球最大的消费市场,但国内企业几乎很少有企业能够参与竞争,国内市场基本被国外厂商垄断。据IHS2016年数据,CR4全球市场占有率达到70%,全部为国外厂商,国产代替空间非常大。


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