全球IGBT市场规模已超过66亿美元
全球IGBT市场规模持续增长,目前已经超过66亿美元。根据研究机构Omdia的数据,全球IGBT市 场规模在过去近十年中保持持续增长,从2012年的32亿美元增长至2020年的66亿美元,八年间的 复合增长率在10%左右。 全球范围内来看,工控和新能源汽车是IGBT需求占比zui大的两个下游领域。分下游需求来看 (2017年数据),工控是IGBT目前zui大的需求市场,需求占比达到37%;新能源汽车位居第二大 市场,需求占比为28%;其次是新能源发电和变频白电市场,两者的需求占比分别为9%和8%。
中国IGBT市场规模占到全球近四成,且增速更快
中国IGBT市场规模迅速增长,2019年已超过150亿元。根据智研咨询的数据,中国IGBT市场规 模增长迅速,从2012年的60亿元增长至2019年的155亿元,复合增速在15%左右,相比全球IGBT 市场规模的增速更高。
工控:IGBT需求基本盘,未来将实现稳步增长
IGBT是变频器、逆变焊机、UPS电源和电磁感应加热等传统工业控制及电源行业的核心元器件。 以工控领域最常用的变频器为例,变频器是把固定电压、固定频率变换成电压和频率可变化的设 备,其通常由整流部分、滤波部分、逆变部分、制动电路、驱动电路和检测电路等组成。IGBT 通常应用在变频器中的逆变电路以及制动电路中,其中以逆变电路的应用为主。变频器依靠内部 IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率。
新能源汽车:IGBT最重要的增量市场
IGBT是新能源汽车中的核心元器件。IGBT在新能源汽车中得到了广泛的应用,对整车的性能有 着重要的影响。IGBT在新能源汽车中的主要应用包括电机控制器、车载充电器(OBC)、车载 空调、以及为新能源汽车充电的直流充电桩中。
新能源发电:IGBT广泛应用在光伏和风电行业
光伏发电需要通过光伏逆变器后并入电网,IGBT是光伏逆变器的核心部件。光伏逆变器是太阳 能光伏发电系统中的关键设备之一,其作用是将光伏发电所产生的直流电转化为符合电网电能质 量要求的交流电,IGBT则是光伏逆变器的核心部件。
变频白电:变频家电也是IGBT重要的应用领域
我国变频白电的渗透率正不断提升。我国三大白电销量近年来稳定在3亿上下,且随着节能减排 要求的提高,我国白电的变频化率正不断提升,根据产业在线的数据,2021年空调、冰箱和洗衣 机的变频化率分别达到68%、34%和46%,未来还将进一步提升。
轨道交通:IGBT是轨道交通牵引中的核心器件
交流传动技术是现代轨道交通牵引传动的主流选择和核心技术。交流传动原理:车辆经受电弓从 接触网获得单相交流高压电,输送给车载牵引变压器进行降压,然后通过整流器转换成直流电, 再由逆变器将直流电转换成调频调压的三相交流电,最后输送给交流牵引电机,整个过程包含了 交-直-交的变化。交流传动优势:(1)良好的牵引和制动性能;(2)功率因数高,谐波干扰小; (3)电机功率大、体积小、质量轻、运行可靠性高;(4)动态性能和粘着利用好。
3.格局:外资垄断集中度高,国产替代持续加速
IGBT行业拥有很高的进入壁垒
从行业进入的角度来看,IGBT行业的进入门槛非常高。整体来看,IGBT行业的进入壁垒有三个 方面,分别为技术壁垒、市场壁垒以及资金壁垒,这里我们主要关注前面两者。
技术壁垒:IGBT的技术环节包含了IGBT芯片的设计和制造以及模组的设计和制造。(1)IGBT 芯片需要工作在大电流、高电压和高频率的环境下,对芯片的可靠性有着很高的要求;同时芯片 设计还要保证开通关断、抗短路能力和导通压降的均衡。因此IGBT芯片自主研发的要求非常高,设计和参数的调整优化十分特殊复杂,有着非常多的行业know how的积累。(2)IGBT芯片的制 造环节同样有着较高的难度,一方面IGBT芯片本身的背面工艺难度较高,另一方面IDM模式自 建产能需要非常大的资金投入,而Fabless模式下需要与代工厂实现技术和工艺的深度磨合。(3)模块方面,由于模块的集成度高,且工作在大电流、高电压、高温等恶劣环境下,因此在模块设 计和制造工艺实现上须同时考虑绝缘、耐压、散热和电磁干扰等诸多因素。要实现IGBT模块产 品的高可靠性、稳定性和一致性同样需要长时间的行业经验积累。
市场壁垒:IGBT是下游应用产品的核心器件,IGBT的产品性能、可靠性以及稳定性对下游产品 的性能表现有着直接的影响。因此,客户在导入IGBT时的验证测试周期长,替换成本高。因此 客户在选择IGBT时通常较为保守谨慎,且一旦在选定后去做更改和替换的意愿都不强。
格局:IGBT高壁垒形成了少数外资垄断的格局
全球IGBT市场目前处于德国、日本和美国企业垄断的格局。由于IGBT行业进入门槛高,且外资 厂商的业务起步早,先发优势明显(英飞凌第一代IGBT产品诞生于1988年),因此形成了当前 IGBT市场被德日美等国企业垄断的局面,目前全球IGBT前五大厂商分别为英飞凌、三菱、富士 电机、安森美和赛米控。且英飞凌、三菱、富士电机和安森美均为IDM模式,垂直整合整个产业 链的上中下游,建立起了强大的护城河。
格局变化:国产进步+供应链安全推动国产替代换挡提速
国产替代加速的内在原因:(1)IGBT作为功率半导体期间,其技术迭代速度较慢,周期较长, 一代产品的使用时间非常长,超过十年;且客户主要追求的是IGBT产品的稳定性和可靠性,对 新技术的追求意愿不高(英飞凌2007年推出的第四代IGBT芯片仍然是当前行业的主力产品)。 因此,虽然国内IGBT厂家的起步较晚,但是行业留给了本土IGBT厂家充足的发展和追赶的时间,目前国内IGBT厂商技术进步较快,已经有产品能大批量满足下游客户需求。(2)本土IGBT企 业的服务更好,能快速响应下游客户的需求,并且产品价格上相比于外资有一定优势,有利于下 游客户的降本。