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2018年我国新能源、节能环保等政策推动IGBT市场快速发展

           IGBT 作为一种新型电力电子器件,是国际上公认的电力电子技术第三次革命 具代表性的产品,是工业控制及自动化领域的核心元器件,其作用类似于人类的心脏,能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等,以实现精准调控的目的。因此,IGBT 被称为电力电子行业里的“CPU”,广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等领域。 

           参考观研天下发布《2019年中国IGBT市场分析报告-市场现状调查与投资战略研究

           由于 IGBT 对设计及工艺要求较高,而国内缺乏 IGBT 相关技术人才、工艺基础薄弱且企业产业化起步较晚,因此 IGBT 市场长期被大型国外跨国企业垄断,国内市场产品供应较不稳定;随着国内市场需求量逐步增大,供需矛盾愈发突显。我国政府于《中国制造 2025》中明确提出核心元器件国产化的要求,“进口替代” 已是刻不容缓。公司作为国内 IGBT 行业的领军企业,不仅具备先进的模块设计及制造工艺,亦拥有自主研发设计国际主流 IGBT 芯片的能力,全面实现了 IGBT 芯片及模块的国产化。 

           据 IHSMarkit 2017 年报告数据显示,2016 年度,斯达股份的国际排名第 9 位,中国排名第 1 位,成为世界排名前十中唯一一家中国企业。

全球 IGBT 市场供应商排名及各供应商市场份额估计

序号

企业名称

2016 年(%

注册地

1

英飞凌科技

21.40

德国

2

三菱

17.80

日本

3

富士电机

9.60

日本

4

赛米控

9.30

德国

5

安森美半导体

6.00

美国

6

威科电子

3.40

德国

7

艾塞斯

2.70

德国

8

丹佛斯

2.70

丹麦

9

斯达股份

2.50

中国

10

博世

2.00

德国

11

其他

22.80

-


数据来源:公开资料整理

           IGBT 行业基本特征 

           IGBT 核心技术为 IGBT 芯片、快恢复二极管芯片的设计和生产以及 IGBT模块的设计、制造和测试, IGBT 芯片和快恢复二极管芯片是 IGBT 模块的核心。 

           1、 集成电路(芯片)行业基本情况 

           集成电路系采用特种电路设计及加工工艺,集成于半导体晶片上的微型电子电路产品。集成电路相比传统的分立电路,通过降低体积减小材料耗用量,大幅降低了制造成本,同时,其微小的体积及元件的紧密排布提高了信息的切换速度并降低了能耗,使得集成电路比分立电路在成本及效率上均有较大的优势。 

           完整的集成电路产业链包括设计、芯片制造、封装测试等环节,各环节具有各自独特的技术体系及特点,已分别发展成独立、成熟的子行业。其中,集成电路设计系根据终端市场的需求设计开发各类芯片产品,集成电路设计水平的高低决定了芯片的功能、性能及成本。 

           伴随现代信息技术产业的快速发展,集成电路产业作为现代信息技术产业的基础和核心,已成为关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业,在推动国家经济发展、社会进步、提高人们生活水平以及保障国家安全等方面发挥着广泛而重要的作用,是当前国际竞争的焦点和衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志之一。随着国内经济不断发展以及国家对集成电路行业的大力支持,我国集成电路产业快速发展,产业规模迅速扩大,技术水平显著提升,有力推动了国家信息化建设。 

           IGBT 芯片和快恢复二极管芯片行业作为特殊的集成电路芯片,是能源变换与传输的核心器件,在电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等行业发展中起到了关键作用。同时,在“工业 4.0”以及国家进口替代政策支持下,IGBT 行业将迎来巨大的发展机遇。

           IGBT 行业现状及发展趋势 

           1、IGBT 的市场规模及供求状况 

           (1)国内外 IGBT 市场规模持续上升 

           IGBT 是诞生于 20 世纪 80 年代的功率半导体分立器件,进入工业应用时间较晚,虽然目前占整体功率半导体分立器件市场份额仍然不大,但它代表了未来的发展方向,市场规模增长很快。根据市场调研机构 Yole 的报告显示,全球 IGBT 市场规模在未来几年时间将继续保持稳定的增长势头,市场规模至 2018 年将达到 60 亿美元。 

           在新能源、节能环保“十二五”规划等一系列国家政策措施的支持下,国内 IGBT 的发展亦获得巨大的推动力,市场持续快速增长。2016 年,国内 IGBT 市场规模达 105.4 亿元。

           近几年我国 IGBT 市场规模情况
  

数据来源:工信部

           (2)传统工业控制及电源行业支撑 IGBT 市场稳步发展 

           IGBT 模块是变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的核心元器件,且已在此领域中得到广泛应用。目前,随着工业控制及电源行业市场的逐步回暖,预计 IGBT 模块在此领域的市场规模亦将得到逐步扩大。 

           1) 变频器行业 

           IGBT 模块在变频器中不仅起到传统的三极管的作用,亦包含了整流部分的作用。控制器产生的正弦波信号通过光藕隔离后进入 IGBT,IGBT 再根据信号的变化将 380V(220V)整流后的直流电再次转化为交流电输出。 

           近年来,我国变频器行业的市场规模总体呈上升态势。根据前瞻产业研究院整理,2016 年我国变频器行业的市场规模为 416.77 亿元,平均 4 年复合增长率为 8.74%。2017 年我国变频器市场规模约 453.2 亿元。 

           近年来,变频器市场中我国自主研发能力有所提升,特别是高压变频器在 2017 年的专利申请数稳定在 160 项以上。同时,在实体经济的拉动作用下,变频器已进入新能源领域,在冶金、煤炭、石油化工等工业领域将保持稳定增长,在城市化率提升的背景下,变频器在市政、轨道交通等公共事业领域的需求也会继续增长,从而促进市场规模扩大。未来几年,具有高效节能功能的高压变频器市场将受政策驱动持续增长,到 2023 年,高压变频器的市场将达到 175 亿元左右。 

           2) 逆变焊机行业 

           逆变式弧焊电源,又称弧焊逆变器,是一种新型的焊接电源。这种电源一般是将三相工频(50 赫兹)交流网路电压,先经输入整流器整流和滤波,变成直流,再通过大功率开关电子元件(IGBT)的交替开关作用,逆变成几千赫兹至几万赫兹的中频交流电压,同时经变压器降至适合于焊接的几十伏电压,后再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。 

           根据数据统计,2017 年全国电焊机产量累积为 794.80 万台,同比增长 18.51%。电焊机市场的持续升温亦将保证 IGBT 需求量逐步增大。 

           (3)新兴行业加速 IGBT 未来市场 

           在国际节能环保的大趋势下,IGBT 下游的新能源汽车、变频家电、新能源发电等领域发展迅速,对 IGBT 模块需求逐步扩大,新兴行业的加速发展将持续推动 IGBT 市场的高速增长。 

           1) 新能源汽车行业 

           IGBT 模块在新能源汽车中发挥着至关重要的作用,是新能源汽车电机控制器、车载空调、充电桩等设备的核心元器件。 

IGBT主要应用于新能源汽车领域中以下几个方面

应用场景

作用

电机控制器

大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机。锂电池+汽车电机+电机控制器=新能源汽车动力系统,相当于传统汽车发动机,IGBT 模块相当于汽车动力系统的“CPU

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 模块

充电桩

智能充电桩中 IGBT 模块被作为开关元件使用


资料来源:公开资料整理

           根据达示数据统计显示,2017 年 12 月全国新能源车(不包括微客)销量突破 10 万辆,全年累计(终端)销量累计 73.5 万辆,成为市场 为抢眼的板块。 2016 年 11 月国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》指出,到 2020 年,新能源汽车实现当年产销 200 万辆以上,累计产销超过 500 万辆,对应 2017-2020 年新能源汽车产量每年平均 40%的增速。根据美国 WardsAuto.com 统计,2017 年全球汽车销量超过 9000 万辆,随着新能源汽车替代率逐步上升,将持续拉动 IGBT 模块市场的需求。 

           2) 变频白色家电行业 

           具有变频功能的白色家电 核心的部件之一是其内部的“变频器”,而 IGBT 模块作为变频器的核心元器件,其高频开闭合功能能够带来以下优点:1、较小的导通损耗和开关损耗;2、出色的 EMI 性能,可通过改变驱动电阻的大小满足 EMI 需求的同时保持开关损耗在合理范围内;3、强大的抗短路能力;4、较小的电压尖峰(对家电起到保护作用)。中国作为全球 大的家电市场和生产基地,亦孕育着大规模的 IGBT 市场。以空调行业为例,据《产业在线》数据显示,2017 年中国家用空调产量 14,350 万台,同比增长 28.7%;销售 14,170 万台,同比增长 31%,其中内销 8,875 万台,同比增长 46.8%,出口 5,295 万台,同比增长 11%。随着节能环保的大力推行,具有变频功能的白色家电将具有广阔的市场前景。变频白色家电的推广不仅仅能够促进 IGBT 模块市场的持续扩张,更能够给 IGBT 模块提供稳定的市场需求。 

           3) 新能源发电行业 

           新能源发电主要以光伏发电和风力发电为代表。根据国家能源局数据显示,2017 年,我国光伏发电装机容量继续保持快速增长,新增装机 53.06GW,连续五年位居世界第一,同比增长 53.6%,截至 2017 年底,全国光伏发电累计装机容量达到 130GW。“十三五”规划中,全国光伏容量将达到 150GW,市场容量巨大。另外,根据中国产业信息网数据显示,21 世纪以来随着以中国为代表的新兴市场风电装机容量的快速增长,2017 年全球风电累计装机达到 539,123 兆瓦,新增装机容量为 52,492 兆瓦。由于新能源发电输出的电能不符合电网要求,需通过光伏逆变器或风力发电逆变器将其整流成直流电,再逆变成符合电网要求的交流电后输入并网。IGBT 模块是光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件,新能源发电行业的迅速发展将成为 IGBT 模块行业持续增长的又一动力。 

           2、 国内 IGBT 行业竞争格局 

           (1)外国企业占据绝大部分市场目前国内外 IGBT 市场仍主要由外国企业占据,虽然我国 IGBT 市场需求增长迅速,但由于国内相关人才缺乏,工艺基础薄弱,国内企业产业化起步较晚, IGBT 模块至今仍几乎全部依赖进口,市场主要由欧洲、日本及美国企业占领。

           同时,国内企业由于芯片供应主要源于国外,制约性较强,因此发展较为缓慢。 

           根据 IHSMarkit 2017 年报告,在 IGBT 行业内,发行人 2016 年在全球市场份额占有率国际排名第 9 位,中国排名第 1 位,是国内 IGBT 行业的领军企业。在 IGBT 行业,发行人占全球市场份额比率约为 2.5%,相比排名第一的英飞凌21.4%的市场份额仍有较大的差距。市场排名前十中的企业,除了发行人外,其他均为外国企业,该行业仍处于外国企业垄断的局势之中。 

           (2)国内企业正力求突破 

           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,国内企业在产业化进程中一直进展缓慢。随着全球制造业向中国的转移,中国已逐渐成为全球 大的 IGBT 市场,IGBT 国产化需求已是刻不容缓。在市场需求的吸引下,一批具备 IGBT 相关经验的海外华人归国投身 IGBT 行业,同时国家大量资金流入 IGBT 行业,我国 IGBT 产业化水平有了一定提升,部分企业已经实现量产。 

           3、 进入本行业的主要障碍 

           IGBT 作为新兴的功率半导体器件,应用前景广阔,虽然国内政策上一直鼓励 IGBT 相关产业的发展,但是由于产品认证周期比较长,真正在产业化上取得突破,得到用户认可的国内企业目前还较少,主要是由于本行业存在较高的进入壁垒。 

           (1)技术壁垒 

           1) 芯片设计 

           IGBT 芯片是 IGBT 模块的核心,其设计工艺极为复杂,不仅要保持模块在大电流、高电压、高频率的环境下稳定工作,还需保持开闭和损耗、抗短路能力和导通压降维持平衡。快恢复二极管芯片在 IGBT 模块中与 IGBT 芯片配合使用,需要承受高电压、大电流的同时,要求具有极短的反向恢复时间和反向恢复损耗。企业只有具备深厚的技术底蕴和强大的创新能力,积累丰富的经验和知识储备,才能在行业中立足。因此,行业内的后来者往往需要经历一段较长的技术摸索和积累,才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡。 

           2) 模块设计及制造工艺 

           IGBT 模块对产品的可靠性和质量稳定性要求较高,生产工艺复杂,生产中一个看似简单的环节往往需要长时间摸索才能熟练掌握,如铝线键合,表面看只需把电路用铝线连接起来,但键合点的选择、键合的力度、时间及键合机的参数设置、键合过程中应用的夹具设计、员工操作方式等等都会影响到产品的质量和成品率。IGBT 模块作为工业产品的核心器件,需要适应不同应用领域中各种恶劣的工作环境,因此对产品质量的要求较高。如电焊机行业,考虑到逆变电焊机工作环境较为恶劣,使用负荷较重,在采购核心部件 IGBT 模块时会优先考虑模块的耐久性,因此芯片参数和模块制造工艺的可靠性是生产 IGBT 模块的核心。而且 IGBT 和下游应用结合紧密,往往需要研发人员对下游应用行业较为了解才能生产出符合客户要求的产品。目前国内具有相关实践、经验丰富的研发技术人才仍然比较缺乏,新进入的企业要想熟练掌握 IGBT 芯片或模块的设计、制造工艺,实现大规模生产,需要花费较长的时间培养人才、学习探索及技术积累。 

           (2)品牌和市场壁垒 

           IGBT 模块是下游产品中的关键部件,其性能表现、稳定性和可靠性对下游客户来说至关重要,因此认证周期较长,替换成本高。对于新增的 IGBT 供应商,客户往往会保持谨慎态度,不仅会综合评定供应商的实力,而且通常要经过产品单体测试、整机测试、多次小批量试用等多个环节之后,才会做出大批量采购决策,采购决策周期较长。因此,新进入本行业者即使生产出 IGBT 产品,也需要耗费较长时间才能赢得客户的认可。 
           
           (3)资金壁垒 

           IGBT 行业亦属于资本密集型行业,产业链涵盖芯片设计、芯片制造、模块制造及测试等环节,其生产、测试设备基本需要进口,设备成本较高,同时产品的研发和市场开拓都需要较长时间,客户往往要经过较长时间试用才会认可新的品牌,此外,本行业对流动资金需求量也较大,新进入者在前期往往面临投入大、产出少的情况,需要较强的资金实力作后盾,才能持续进行产品的研发、生产和销售。 

           4、 行业利润水平的变动趋势及变动原因 

           近年来,国内 IGBT 行业发展迅猛,下游客户需求量增幅较快。由于 IGBT 模块技术含量高,产品在技术、客户积累以及资金投入等方面具有较高的进入壁垒,市场竞争程度相对较低,部分行业优质企业凭借自身技术研发、产业链完善、质量管理等综合优势,能够在该领域获得相对较高的利润率水平。但由于需要不断的研发投入,利润水平较易受到研发资金投入的影响。 

           影响行业发展的有利和不利因素 

           1、有利因素 

           (1)国家政策为行业发展提供有利支持 

功率半导体分立器件行业是我国重点鼓励和支持的产业之一,为推动节能减排,促进电力电子技术和产业的发展,国家发改委等有关部门陆续出台资金补贴计划等一系列政策及文件,支持新型电力电子器件的产业化发展。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出大力推进先进半导体等新兴前沿领域创新和产业化,形成一批新增长点。 

           (2)节能减排政策将推动 IGBT 市场需求增长 

           随着我国经济的快速发展,能源需求量越来越大,国内能源供应紧缺的矛盾日益突出。近年来国家出台了多项节能减排政策促进相关行业的发展,受益于此,工业控制、变频白色家电等节能效果明显的产品近年来市场规模不断扩大,而工业控制、变频白色家电均为 IGBT 模块的主要应用领域,使 IGBT 模块的市场需求快速增长。 

           (3)新能源领域的发展将推动行业快速发展 

           由于传统石化能源储量有限且污染严重,近年来以风能、太阳能等为代表的新能源产业发展迅速。风能、太阳能发电产生的电力要经过逆变器才能并网使用, IGBT 模块是逆变器的核心电子元器件,因此未来新能源领域的快速发展将会推动 IGBT 行业的快速发展。 

           (4)IGBT 模块应用范围日益广泛 

           随着国内产业结构的调整升级,智能电网、精密控制、信息通信、轨道交通、航空航天等领域也发展迅速,对 IGBT 的需求不断扩大,大大拓展了 IGBT 的应用范围。 

           (5)“进口替代”政策支持 

           国内 IGBT 模块市场长期以来为国外跨国企业所垄断,供给在总量和结构上都远远不能满足国内市场需求,尤其在新能源汽车等较难涉足的高端行业更是如此,因此“进口替代”刻不容缓。在国家大力扶持“进口替代”型企业的宏观趋势下,逐渐增加的进口替代机会是 IGBT 模块产业发展的又一重要驱动力。 目前,中国 IGBT 模块产业进入了一个黄金发展期,国家的经济发展、节能减排的驱动、新能源汽车的普及、产业政策的扶持、全球化趋势等助推中国成为
IGBT 模块需求增速 快的市场。 

           2、不利因素 

           (1)行业基础相对薄弱 
           IGBT 行业在我国属于新兴高技术产业,直到目前国内具有相关研发和生产管理经验的人员仍十分缺乏,具有一定积累的企业更是少之又少。虽然目前部分企业有了一定突破,但在整体规模和研发实力等方面,国内企业的竞争力和国外企业相比仍然差距很大。 

           (2)芯片国产率较低 

           我国 IGBT 行业近年来规模不断扩大,国内也有一批半导体企业正在进入 IGBT 行业,但是国内能够自主研发设计芯片的企业较少,国内企业仍主要依靠进口芯片进行生产,因此生产成本较高,进口依赖较强,经营稳定性较差。

资料来源:工信部,观研天下整理,转载请注明出处(TC)

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