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文檔簡(jiǎn)介

中國(guó)IGBT行業(yè)市場(chǎng)需求及IGBT芯片技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)分析

一、下游多領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)IGBT行業(yè)快速成長(zhǎng)

1、工業(yè)控制為IGBT最大市場(chǎng)領(lǐng)域,需求穩(wěn)定增長(zhǎng)

工業(yè)控制為IGBT最大市場(chǎng)需求領(lǐng)域,需求穩(wěn)定增長(zhǎng)。IGBT模塊是變頻器、逆變焊機(jī)等傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)的核心元器件,且已在此領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前,隨著工業(yè)控制及電源行業(yè)市場(chǎng)的逐步回暖,預(yù)計(jì)IGBT模塊在此領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模亦將得到逐步擴(kuò)大。

變頻器行業(yè)

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓,進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的,另外,變頻器還有很多的保護(hù)功能,如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高,變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

IGBT模塊在變頻器中不僅起到傳統(tǒng)的三極管的作用,同時(shí)包含了整流部分的作用??刂破鳟a(chǎn)生的正弦波信號(hào)通過光藕隔離后進(jìn)入IGBT,IGBT再根據(jù)信號(hào)的變化將380V(220V)整流后的直流電再次轉(zhuǎn)化為交流電輸出。

近年來,國(guó)內(nèi)變頻器行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模總體呈上升態(tài)勢(shì)。2016年國(guó)內(nèi)變頻器行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模為416.77億元,平均4年復(fù)合增長(zhǎng)率為8.74%。2017年國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)規(guī)模約453.2億元。近年來,變頻器市場(chǎng)中國(guó)內(nèi)自主研發(fā)能力有所提升,特別是高壓變頻器在2017年的專利申請(qǐng)數(shù)穩(wěn)定在160項(xiàng)以上。同時(shí),在實(shí)體經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用下,變頻器已進(jìn)入新能源領(lǐng)域,在冶金、煤炭、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒈3址€(wěn)定增長(zhǎng),在城市化率提升的背景下,變頻器在市政、軌道交通等公共事業(yè)領(lǐng)域的需求也會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng),從而促進(jìn)市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大。未來幾年,具有高效節(jié)能功能的高壓變頻器市場(chǎng)將受政策驅(qū)動(dòng)持續(xù)增長(zhǎng),到2023年,高壓變頻器的市場(chǎng)將達(dá)到175億元左右。

逆變焊機(jī)行業(yè)

逆變式弧焊電源,又稱弧焊逆變器,是一種新型的焊接電源。這種電源一般是將三相工頻(50赫茲)交流網(wǎng)路電壓,先經(jīng)輸入整流器整流和濾波,變成直流,再通過大功率開關(guān)電子元件(IGBT)的交替開關(guān)作用,逆變成幾千赫茲至幾萬赫茲的中頻交流電壓,同時(shí)經(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十伏電壓,后再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當(dāng)平穩(wěn)的直流焊接電流。近年來,國(guó)內(nèi)電焊機(jī)數(shù)量保持穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)。2018年國(guó)內(nèi)電焊機(jī)產(chǎn)量為853.3萬臺(tái),同比2017年增加了58.46萬臺(tái)。電焊機(jī)市場(chǎng)的持續(xù)升溫亦將保證IGBT需求量逐步增大。

2、新能源汽車行業(yè)是驅(qū)動(dòng)IGBT發(fā)展的重要領(lǐng)域

《2020-2026年中國(guó)IGBT行業(yè)產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示:IGBT模塊在新能源汽車領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,是新能源汽車電機(jī)控制器、車載空調(diào)、充電樁等設(shè)備的核心元器件。其中電機(jī)控制器+鋰電池+汽車電機(jī)=新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng),電機(jī)控制器相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī),而其中的IGBT模塊相當(dāng)于是汽車動(dòng)力系統(tǒng)的“CPU”。

隨著新能源汽車從48V/MHEV(輕混合電動(dòng)車)逐漸向PHEV/FHEV(混合電動(dòng)車)再向BEV(純電動(dòng)車)發(fā)展,單臺(tái)汽車中功率半導(dǎo)體含量大幅提升,48V/MHEV和PHEV/FHEV車型,2018年的單臺(tái)汽車的功率半導(dǎo)體含量相對(duì)于傳統(tǒng)汽車分別增加了75美金和300美金,而BEV純電動(dòng)車中功率半導(dǎo)體的含量為455美金。由于IGBT是新能源電動(dòng)汽車的核心元器件之一,單臺(tái)電動(dòng)汽車的功率半導(dǎo)體含量的大幅提升,必將帶來單臺(tái)電動(dòng)汽車IGBT價(jià)值量的提升。

從新能源電動(dòng)汽車成本來看,占比較大的零部件是電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)零部件等,分別大概占到40%、15%、12%、8%。IGBT模塊作為電控系統(tǒng)的核心零部件,大概占到電控系統(tǒng)成本的30-40%左右,粗略估計(jì)IGBT模塊占到整車成本的4-5%左右。

近年來全球新能源汽車銷量快速增長(zhǎng),全球新能源乘用車的銷量將由2019年的221萬輛增長(zhǎng)到2025年的1200萬輛,年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到32.6%,而中國(guó)作為全球最大的新能源汽車市場(chǎng),占比將維持在40-50%份額。

2016年全球電動(dòng)車銷量大概200萬輛,共消耗了大概9億美金的IGBT,平均每輛車450美金。預(yù)計(jì)隨著全球電動(dòng)車的銷量提升,IGBT在電動(dòng)車領(lǐng)域的市場(chǎng)將在2022年達(dá)到20億美金。

此外,隨著新能源汽車的不斷普及,對(duì)于充電樁的需求日益增加,也會(huì)拉動(dòng)IGBT的需求。由于中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)最大,每年新增的充電樁數(shù)量也是全球最多。從2010年的1000樁左右的建設(shè)規(guī)模到2018年的30萬樁左右的建設(shè)規(guī)模,2019年上半年又新增22.5萬樁。直流充電樁中,IGBT是最核心的部分,占總成本達(dá)到30%。我們認(rèn)為,隨著充電樁的新增規(guī)模不斷提升,也會(huì)進(jìn)一步拉動(dòng)IGBT的需求。

3、變頻白色家電滲透率提升,拉動(dòng)IGBT需求

隨著節(jié)能環(huán)保的大力推行,具有變頻功能的白色家電將具有廣闊的市場(chǎng)前景。具有變頻功能的白色家電最核心的部件之一是其內(nèi)部的“變頻器”,而IGBT模塊作為變頻器的核心元器件,其高頻開閉合功能能夠帶來以下優(yōu)點(diǎn):1、較小的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗;2、出色的EMI性能,可通過改變驅(qū)動(dòng)電阻的大小滿足EMI需求的同時(shí)保持開關(guān)損耗在合理范圍內(nèi);3、強(qiáng)大的抗短路能力;4、較小的電壓尖峰(對(duì)家電起到保護(hù)作用)。中國(guó)作為全球最大的家電市場(chǎng)和生產(chǎn)基地,亦孕育著大規(guī)模的IGBT市場(chǎng)。變頻白色家電的推廣不僅僅能夠促進(jìn)IGBT模塊市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)張,更能夠給IGBT模塊提供穩(wěn)定的市場(chǎng)需求。近年來國(guó)內(nèi)白色家電變頻系列銷量占比逐漸提升。空調(diào)系列:2012年到2018年,國(guó)內(nèi)變頻空調(diào)銷量從3016萬臺(tái)提升到6434萬臺(tái),滲透率從28.94%提升到42.70%,仍有較大的提升空間;冰箱系列:2012年到2018年,國(guó)內(nèi)變頻冰箱銷量從363萬臺(tái)提升到1665萬臺(tái),滲透率從4.80%提升到22.15%,仍有很大提升空間;洗衣機(jī)系列:2012年到2018年,國(guó)內(nèi)變頻洗衣機(jī)銷量從577萬臺(tái)提升到2163萬臺(tái),滲透率從10.36%提升到32.97%,同樣有很大提升空間。

我們認(rèn)為隨著國(guó)內(nèi)白色家電變頻系列產(chǎn)品的滲透率的逐漸提升,將會(huì)不斷地拉動(dòng)IGBT的需求。

4、新能源發(fā)電逐漸成熟,驅(qū)動(dòng)IGBT持續(xù)成長(zhǎng)

新能源發(fā)電主要以光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為代表。由于新能源發(fā)電輸出的電能不符合電網(wǎng)要求,需通過光伏逆變器或風(fēng)力發(fā)電逆變器將其整流成直流電,再逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電后輸入并網(wǎng)。IGBT模塊是光伏逆變器和風(fēng)力發(fā)電逆變器的核心器件,新能源發(fā)電行業(yè)的迅速發(fā)展將成為IGBT模塊行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)的又一動(dòng)力。近年來國(guó)內(nèi)新能源發(fā)電設(shè)備容量保持快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。從2016年到2019年,國(guó)內(nèi)新能源發(fā)電設(shè)備容量一直保持快速增長(zhǎng),并網(wǎng)風(fēng)電發(fā)電設(shè)備容量從14864萬千瓦增加到21005萬千瓦,并網(wǎng)太陽能發(fā)電設(shè)備容量從7742萬千瓦增加到20468萬千瓦,新能源發(fā)電設(shè)備容量(風(fēng)電和太陽能發(fā)電)占全口徑發(fā)電設(shè)備容量比重從13.74%增加到20.63%。

二、IGBT芯片技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的縮寫,即絕緣柵雙極型晶體管。它是由BJT和MOSFET組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件,既有MOSFET的開關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn),又有BJT導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn),在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的,因而是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件,是未來應(yīng)用發(fā)展的主要方向。正是由于具有上述優(yōu)點(diǎn),IGBT自20世紀(jì)80年代末開始工業(yè)化應(yīng)用以來發(fā)展迅速,不僅在工業(yè)應(yīng)用中取代了MOSFET和GTR,甚至已擴(kuò)展到SCR及GTO占優(yōu)勢(shì)的大功率應(yīng)用領(lǐng)域,還在消費(fèi)類電子應(yīng)用中取代了BJT、MOSFET等功率器件的許多應(yīng)用領(lǐng)域。

IGBT技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是:大電流、高電壓、低損耗、高頻率、功能集成化和高可靠性。傳動(dòng)領(lǐng)域(如電力牽引機(jī)車)和智能電網(wǎng)領(lǐng)域都需要大功率IGBT的應(yīng)用,英飛凌、東芝、三菱、西門子等公司高壓IGBT器件已可做到6500V,ARPA.E

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