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在2019年11月末的时候,行业内媒体集微网报道了华为已开始从 IGBT 厂商挖人,自己研发 IGBT 器件的消息,春节期间,满天芯就着申港证券的报告,和大家一起回顾一下华为入场IGBT和国内IGBT发展现状。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由 BJT(双极型三极管)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,兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR(电力晶体管)的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。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。
根据 IC Insights 的预测,未来半导体功率器件中,MOSFET 与 IGBT 器件将是最强劲的增长点。IGBT 是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,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应用极广。随着新能源汽车、轨道交通及智能电网的发展,IGBT 需求迎来大幅增长。

一、华为入场推进 IGBT 发展

根据集微网报道,华为已开始从 IGBT 厂商挖人,自己研发 IGBT 器件。凭借自身的技术实力,华为已经成为 UPS 电源领域的龙头企业,目前占据全球数据中心领域第一的市场份额。IGBT 作为能源变换与传输的核心器件,也是华为 UPS 电源的核心器件。
目前华为所需的 IGBT 主要从英飞凌等厂商采购。受中美贸易战影响,华为为保障产品供应不受限制,开始涉足功率半导体领域。目前,在二极管、整流管、MOS 管等领域,华为正在积极与安世半导体、华微电子等国内厂商合作,加大对国内功率半导体产品的采购量,但在高端 IGBT 领域,由于国内目前没有厂家具有生产实力,华为只能开始自主研发。
碳化硅和氮化镓是未来功率半导体的核心发展方向,英飞凌、ST 等全球功率半导体巨头以及华润微、中车时代半导体等国内功率厂商都重点布局在该领域的研究。
为了发展功率半导体,华为也开启了对第三代半导体材料的布局。根据集微网报道,华为旗下的哈勃科技投资有限公司在今年8月份投资了山东天岳先进材料科技有限公司,持股 10%,而山东天岳是我国第三代半导体材料碳化硅龙头企业。相对于传统的硅材料,碳化硅的禁带宽度是硅的 3 倍;导热率为硅的 4-5 倍;击穿电压为硅的 8 倍;电子饱和漂移速率为硅的 2 倍,因此,碳化硅特别适于制造耐高温、耐高压,耐大电流的高频大功率的器件。

二、IGBT 国内现状

目前全球 IGBT 市场主要被国外公司所占领,2017 年全球 IGBT 市场中,Infineon以 27．1%的市占率排名第一,三菱以 16．4%排名第二,排名第三的富士电机市占率为 10．7%。全球前 5 公司市占率达 67．5%,行业集中度较高。

从市场规模上看,2018 年全球 IGBT 市场规模达 58．36 亿美元,较 2017 年的 52．55亿美元增长 11．06%。

国内方面,2018 年国内 IGBT 市场规模达 261．9 亿元,较 2017 年的 132．5 亿元大增 97．66%。随着轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域的加速发展,国内 IGBT 需求迎来爆发,近几年国内 IGBT 市场规模呈加速增长趋势。

三、IGBT 国内产量供不应求

受 IGBT 市场需求大幅增长推动,国内 IGBT 行业近年开启加速增长。除华为开始布局之外,比亚迪微电子、中车时代半导体、斯达股份、士兰微等部分企业已经实现量产,并在市场上有不错表现。
此外,近年来,原从事二极管、三级管、晶闸管等技术含量较低的功率半导体厂商,华微电子、扬杰科技、捷捷微电以及台基股份等纷纷向 MOSFET 与 IGBT 领域突围,部分下游应用厂商也向上游 IGBT 领域布局。
尽管国内有众多厂商加入 IGBT 产品布局,但国内 IGBT 市场依然产量较低,与国内巨大需求相比供不应求。2018 年国内 IGBT 产量 1115 万只,较 2017 年的 820万只增加了 295 万只,同比增长 36%。但 2018 年国内 IGBT 产品需求达 7898 万只,供需缺口达 6783 万只,国内产量严重不足。

四、小结

目前,白色家电、逆变器、逆变电源、工业控制等国内中低端市场已经逐步完成了国产化替代,不过,在新能源汽车、新能源发电、智能电网等要求非常高的领域,国内 IGBT 厂商有待突破。
在新能源汽车领域,比亚迪微电子、斯达股份、上汽英飞凌等厂商的 IGBT 模块产品已经出货,中车时代半导体的汽车用 IGBT 产品也已送样测试;在国家电网方面,除中车时代半导体的 IGBT 产品已进入市场外,2019年10 月份,国电南瑞宣布与国家电网有限公司下属科研单位全球能源互联网研究院有限公司共同投资设立南瑞联研功率半导体有限责任公司,实施 IGBT 模块产业化项目。
不过由于 IGBT 行业存在技术门槛较高、人才匮乏、市场开拓难度大、资金投入较大等困难,国内企业在产业化的进程中一直进展缓慢,随着全球制造业向中国的转移,我国功率半导体市场占世界市场的 50%以上,是全球最大的 IGBT 市场,但 IGBT 产品严重依赖进口,在中高端领域更是 90%以上的 IGBT 器件依赖进口,IGBT 国产化需求已是刻不容缓