2020功率器件(IGBT)发展现状与重点企业

发布者：发布时间：2021-08-02 08:25:05

　01半导体功率元器件

　　半导体产品可划分为集成电路、分立器件和其他类，其中半导体功率器件是分立器件的重要部分。分立器件是指具有单一功能的电路基本元件，主要实现电能的处理与变换。分立器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等多类产品。其中目前市场比较关注、体量比较大的是IGBT。

　　IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管。IGBT模块是由IGBT芯片与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。IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点;当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块。

　　IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“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。

　　目前的发展方向主要是结构上变化，以及硅片加工工艺的提升、封装技术等，发展趋势是：降低损耗 降低生产成本。当前，硅基半导体材料在其材料特性下已接近物理极限，第三代化合物半导体材料已快速进入产业化进程，以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料制备、制造工艺与器件物理的迅速发展。

　　02功率元器市场

　　半导体市场本身很火，但是功率器件比半导体更火。中国制造2025，核心就是功率器件。其作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域，IGBT应用极广。

　　新能源汽车领域：IGBT模块占电动汽车成本将近10%，占充电桩成本约20%。在新能源汽车领域主要应用于A)电动控制系统 大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机;B)车载空调控制系统 小功率直流/交流(DC/AC)逆变，使用电流较小的IGBT和FRD;C)充电桩 智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件使用。

　　智能电网领域：应用于发电端，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。输电端，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。变电端，IGBT是电力电子变压器(PET)的关键器件。用电端，家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。

　　轨道交通领域：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。

　　专家估计2020年整个IGBT市场规模在100亿美元左右，年复合增长率15%以上。国外研发IGBT器件的公司主要有英飞凌、 ABB、三菱、西门康、东芝、富士等。中国功率半导体市场占世界市场的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上，90%主要依赖进口，基本被国外欧美、日本企业垄断。

　　IGBT的电压非常广，从400V到6500V都有应用，因此很难有厂家独吞一个市场，厂家大多选自己擅长的领域做。

　　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。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。

　　03产业分布及重点企业

　　近几年中国IGBT产业已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链，IGBT国产化的进程加快，在以SiC、GaN为代表的宽禁带材料具有突破传统硅材器件性能极限的优势，具有极强的战略性和前瞻性。技术壁垒在材料的制备，国内外技术差距在不断缩小。

　　从国内的地域来看，环渤海，就是北京和天津。北京亦庄已实现了中芯国际、北方华创、威讯、英飞凌、集创北方、华卓精科等企业聚集，打通了产业链上下游，形成了包括制造、封装测试、装备、零部件及材料、设计等完备的集成电路产业链，聚集上下游企业近百家，在天津还有一些代工厂。西部只有西安，西安有芯派、爱帕克、永电等。

　　最强在江苏省，集中在无锡和苏州，尤其是无锡，号称是中国集成电路的黄埔军校，目前已经研制出很多元器件，不管是代工厂还是设计公司，很多都在无锡。深圳在功率器件应用端更强，有一些小代工厂也开始做功率器件。

　　株洲中车时代电气：国内唯一自主掌握了高铁动力IGBT芯片及模块技术的企业，主攻1200V-6500V高压模块，建设有自身的半导体事业部IGBT园区，有IGBT芯片线及其配套模块封装线。

　　比亚迪：侧重于工业级IGBT模块、汽车级IGBT模块，2019年的市占率达18%，仅次于英飞凌。2020年整合半导体业务，成立了“比亚迪半导体有限公司”，规划让IGBT的外供比例争取超过50%。2020年总投资10亿元的IGBT项目在长沙开工，设计年产25万片8英寸晶圆的生产线。

　　士兰微：国内生产IGBT产品的龙头企业，主要是300-600V穿通型IGBT工艺，1200V非穿通型槽栅IGBT工艺，是国内为数不多的从一家纯芯片设计公司发展成为以 IDM 模式(设计与制造一体化)为主要发展模式的综合型半导体产品公司。公司的IGBT产品瞄向的市场之一是消费级的白电领域。

　　吉林华微：集IGBT设计、加工、封测于一体，有多条功率半导体分立器件及IC芯片生产线，国内半导体功率器件五强，也是该领域的首家上市公司。

　　中环股份：主营业务为半导体分立器件、单晶硅及硅片的生产及销售。2015年用于消费电子IGBT已经量产，高电压IGBT还在研发，节能型功率器件可用于充电桩。

　　西安永电：1200V-6500V/75A-2400A高压模块，主要面向轨道交通、智能电网等高压领域

　　中科君芯：专注IGBT、FRD等电子芯片研发的中外合资公司，国内唯一全面掌握650V-6500V全电压段IGBT芯片技术企业，面向电磁感应加热、变频家电、逆变焊机、工业变频器、新能源等领域。是国内率先开发出沟槽栅场截止型技术并实现量产的企业。

　　捷捷微电：国内电力半导体器件领域中，晶闸管器件及芯片方片化IDM(整合元件制造商，即覆盖了整个芯片产业链，集芯片设计，制造和封装测试一体)的半导体厂商。主营业务功率半导体器件占比49.92%，功率半导体芯片占比35.11%。

　　斯达半导：全球第八大IGBT模块供应商，唯一进入世界排名TOP10的中国企业。主营业务是以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产，并以IGBT模块形式对外实现销售。公司自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是公司的核心竞争力之一。

　　04投资动向

　　因为IGBT市场的火热，全球份额居首的德国英飞凌科技投资16亿欧元，在奥地利建设了新工厂，预计2021年底投入运行。安森美半导体纽约工厂将在2022年底之前投入4.3亿美元。东芝将在2023年度之前投入约800亿日元提升产能，富士电机也将在2023年度之前在国内外投资1200亿日元。

　　士兰微12吋特色工艺半导体芯片制造生产线项目刚刚投产，二期120亿正在路上。斯达半导拟投资2.29亿元在嘉兴投建全碳化硅模组产业化项目。华润微拟建设功率半导体封测基地项目，布局先进半导体功率器件封装产线。扬杰科技募资15亿元,投资半导体芯片封测项目。闻泰科技总投资100亿的无锡ODM智慧超级工厂及研发中心和总投资120亿的上海临港12英寸车规级功率半导体自动化晶圆制造中心。另外，氮矽科技、优镓科技、致瞻科技、超芯星半导体、同光晶体以及瞻芯电子等企业都获得了大小不一的融资。

　　国内还有不少上市公司也官宣了要进入IGBT市场，增加了IGBT业务，如台基股份，就建设了封测线，投资了浦峦半导体，布局IGBT芯片设计及代工相关业务。