功率半導(dǎo)體IGBT的高光時(shí)刻

半導(dǎo)體行業(yè)景氣度正下行，半導(dǎo)體產(chǎn)品品類(lèi)普遍面臨客戶砍單和產(chǎn)品價(jià)格下調(diào)壓力。但在這樣的行業(yè)背景下，近日市場(chǎng)卻傳出功率半導(dǎo)體器件IGBT在電動(dòng)車(chē)和太陽(yáng)能的需求驅(qū)動(dòng)下，出現(xiàn)供不應(yīng)求、價(jià)格高漲，甚至根本買(mǎi)不到的局面。

作為罕見(jiàn)逃過(guò)當(dāng)前半導(dǎo)體下行周期的樣本，IGBT器件在市場(chǎng)端受熱捧的原因何在？國(guó)內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域又有哪些機(jī)遇呢？本文將探討。

IGBT器件供不應(yīng)求

市場(chǎng)瘋傳IGBT供不應(yīng)求，具體來(lái)看，缺的是哪種IGBT產(chǎn)品呢？

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是由MOSFET （絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）、BJT（雙極型晶體管）組成的復(fù)合全控型功率半導(dǎo)體，兼具M(jìn)OS輸入阻扛高、BJT導(dǎo)通電壓低的兩大優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)功率小且飽和電壓低，適用于高壓、大電流領(lǐng)域，是電力電子裝置的 CPU。

從產(chǎn)品類(lèi)型來(lái)看，IGBT 可分為IGBT 單管、IPM模塊、IGBT模塊三種，三者的市場(chǎng)占比約為23%、22%、55%。近年來(lái)，隨著大功率需求的增加，IGBT模塊的應(yīng)用呈現(xiàn)快速上升的態(tài)勢(shì)。

從應(yīng)用來(lái)看，IGBT 單管主要應(yīng)用于小功率家用電器、分部式光伏逆變器、小功率變頻器，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。IPM 模塊應(yīng)用于白色家電中的變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。而IGBT模塊應(yīng)用于大功率變頻器、電焊機(jī)、新能源車(chē)、集中式光伏等領(lǐng)域，制造工藝為灌膠工藝。

綜合以上信息來(lái)看，當(dāng)前緊缺的IGBT產(chǎn)品主要是可應(yīng)用于大功率領(lǐng)域的IGBT模塊，其主要是由多個(gè)IGBT芯片并聯(lián)集成封裝在一起的模塊，在IGBT中也屬于市占最大的產(chǎn)品分類(lèi)。

到底有多缺呢？全球知名元器件分銷(xiāo)商富昌電子最新公布了2023年半導(dǎo)體產(chǎn)品Q(chēng)1貨期，當(dāng)前英飛凌、IXYS、安森美、ST等主流功率器件原廠的IGBT產(chǎn)品及其相關(guān)配件交期均較長(zhǎng)——在50周左右徘徊，最高達(dá)54周，超過(guò)一年，MOSFET的交期也類(lèi)似，貨期處于長(zhǎng)周期區(qū)域，與前兩年缺芯時(shí)期表現(xiàn)基本一致。（分立器件在去年的詳細(xì)貨期可參照芯師爺以往文章《最新貨期一覽！芯片貨期縮短下的隱憂》）

資料來(lái)源：富昌電子（以上貨期更新日期為2023年2月17日）；制圖：芯師爺

產(chǎn)業(yè)鏈消息也驗(yàn)證了IGBT的供不應(yīng)求。據(jù)臺(tái)媒近日?qǐng)?bào)道，ICBT缺貨行情下，中國(guó)臺(tái)灣二極管廠商二極體廠強(qiáng)茂、代工廠茂矽與漢磊身價(jià)也跟著水漲船高。其中，漢磊掌握IGBT龍頭德商英飛凌大單，近日傳出調(diào)漲10%代工報(bào)價(jià)，強(qiáng)茂也積極自研IGBT器件，搶占光伏太陽(yáng)能應(yīng)用。在更早之前的2022年底，部分IDM廠公開(kāi)表態(tài)，IGBT的訂單一路接滿至2023年，雖難排除有部分客戶可能是超額下單，但I(xiàn)GBT器件的行情高漲趨勢(shì)基本已確定。需求方中，中國(guó)臺(tái)灣太陽(yáng)能電池制造廠商茂迪董事長(zhǎng)葉正賢也在近日臺(tái)媒受訪中直言：“漲價(jià)搶貨已不是新鮮事，不是價(jià)格多高的問(wèn)題，而是根本買(mǎi)不到?！?/p>

逃過(guò)下行周期原因何在

在產(chǎn)業(yè)下行周期中，IGBT作為近期鮮見(jiàn)供不應(yīng)求且價(jià)格調(diào)漲的半導(dǎo)體品類(lèi)，主因是供不應(yīng)求。

IGBT器件近年在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下迎來(lái)了罕見(jiàn)的應(yīng)用高峰，尤其是在新能源汽車(chē)和光伏領(lǐng)域。

新能源汽車(chē)市場(chǎng)是 IGBT 的最大增量市場(chǎng)，新能源汽車(chē)產(chǎn)量和IGBT用量的增加，雙雙提升了IGBT應(yīng)用量。中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2022年我國(guó)新能汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成705.8萬(wàn)輛和688.7萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)96.9%和93.4%，預(yù)計(jì)2023年我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)900萬(wàn)輛。

IGBT 主要應(yīng)用在新能源車(chē)的電機(jī)控制系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、車(chē)載充電機(jī)，在主逆變器中 IGBT 將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)的交流電，在車(chē)載充電機(jī)中 IGBT 將 220V 交流電轉(zhuǎn)換為直流電并為高壓電池充電，在 DC-DC 變換器中 IGBT 將高壓電池輸出的高電壓轉(zhuǎn)化成低電壓后供汽車(chē)低壓供電網(wǎng)絡(luò)使用；此外，IGBT也廣泛應(yīng)用在PTC加熱器、水泵、油泵、空調(diào)壓縮機(jī)等輔逆變器中，完成小功率 DC-AC 轉(zhuǎn)換。國(guó)金證券相關(guān)報(bào)告指出，截至2022年5月底，新能源汽車(chē)單車(chē)IGBT 價(jià)值量維持在1700 元，未來(lái)隨著新能源汽車(chē)電控模塊的增加，這一價(jià)值還將繼續(xù)提升。預(yù)計(jì)2025年全球新能源汽車(chē) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá)383億元、2020~2025年CAGR達(dá) 48%。

光伏是IGBT的第二大增量市場(chǎng)。中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2022年我國(guó)光伏新增裝機(jī)87.41GW，同比增長(zhǎng)59.3%，2023年預(yù)計(jì)將持續(xù)增長(zhǎng)。IGBT 是光伏逆變器、儲(chǔ)能逆變器的核心器件，集中式光伏主要采用IGBT 模塊，分部式光伏主要采用 IGBT 單管或模塊。光伏行業(yè)的蓬勃發(fā)展也帶動(dòng)了IGBT的大量出貨。

新能源汽車(chē)和光伏行業(yè)兩大驅(qū)動(dòng)力分別以超過(guò)90%和59%的同比增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，但在供應(yīng)端，IGBT并沒(méi)有迎來(lái)相應(yīng)的產(chǎn)能爆發(fā)。

一方面，IGBT產(chǎn)品大多采用成熟制程，一般是規(guī)劃在8英寸產(chǎn)線生產(chǎn)。由于前幾年晶圓代工廠調(diào)整產(chǎn)線，8英寸制程的產(chǎn)能不斷下滑，部分設(shè)備大廠甚至已不再生產(chǎn)8英寸晶圓所需的相關(guān)設(shè)備，設(shè)備緊缺導(dǎo)致8英寸產(chǎn)能持續(xù)緊缺，這一點(diǎn)在持續(xù)近兩年的缺芯潮中有明顯的體現(xiàn)。

另一方面，IGBT在功率半導(dǎo)體中屬于高技術(shù)門(mén)檻品類(lèi)，所以即便是在技術(shù)迭代較慢的基礎(chǔ)上，IGBT的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也并不很充分，且客戶在導(dǎo)入新的IGBT產(chǎn)品時(shí)還需要較長(zhǎng)的周期認(rèn)證，這導(dǎo)致新入局的產(chǎn)能并不能及時(shí)充分滿足市場(chǎng)需求。

一邊是IGBT的需求端持續(xù)高漲，而另一邊IGBT的產(chǎn)能卻未能及時(shí)提升，供需失調(diào)由此而來(lái)。

IGBT國(guó)產(chǎn)化有望加速

IGBT的缺貨潮困擾市場(chǎng)，卻為國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇。

全球IGBT的供應(yīng)市場(chǎng)中，英飛凌多年來(lái)穩(wěn)居供應(yīng)商名單榜首，2020年IGBT在全球市占率超過(guò)30%，安森美、意法半導(dǎo)體、三菱電機(jī)、東芝位居其后，前五格局穩(wěn)定，CR5接近50%。而中國(guó)功率半導(dǎo)體器件廠商斯達(dá)半導(dǎo)體和士蘭微雖然進(jìn)入前十，但市占率合計(jì)不及10%。

IGBT產(chǎn)品廠商市占率 圖源：頭豹研究院

到了2021年，中國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)的市場(chǎng)進(jìn)展加速，業(yè)績(jī)同比增長(zhǎng)開(kāi)始與海外大廠拉開(kāi)距離，其中與海外大廠基數(shù)較大，增長(zhǎng)率難以快速提升有關(guān)，但國(guó)產(chǎn)IGBT的增長(zhǎng)速度之快仍是市場(chǎng)的一抹亮色。2021年英飛凌功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)收入同增 20%，同期，國(guó)內(nèi)上市公司斯達(dá)半導(dǎo)體 IGBT 收入同增75%，士蘭微IGBT 業(yè)務(wù)收入實(shí)現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)，比亞迪半導(dǎo)功率半導(dǎo)體收入同增152%，中車(chē)時(shí)代功率半導(dǎo)體收入同增33%，新潔能IGBT收入同增529%。

這是海外大廠對(duì)IGBT擴(kuò)產(chǎn)態(tài)度較為保守，不能及時(shí)滿足市場(chǎng)需求，令國(guó)內(nèi)企業(yè)“有機(jī)可乘”使然，同時(shí)也是國(guó)家政策引導(dǎo)的結(jié)果。

2021年，我國(guó)發(fā)布了《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》。綱要明確要求，集中優(yōu)勢(shì)資源攻關(guān)關(guān)鍵元器件零部件和基礎(chǔ)材料等行業(yè)，重點(diǎn)指出需要攻關(guān)IGBT和碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體的發(fā)展。

多重因素影響下，國(guó)金證券在2022年有報(bào)告指出，2022年，我國(guó)IGBT國(guó)產(chǎn)化率快速攀升，有望達(dá)到37%。市場(chǎng)的快速進(jìn)展增強(qiáng)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)國(guó)產(chǎn)IGBT產(chǎn)品的信心，不過(guò)高光之下仍有陰影。

首先，在產(chǎn)品表現(xiàn)力上，我國(guó)IGBT廠商與海外大廠仍有一定的距離。IGBT芯片由于其工作在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下，對(duì)芯片的可靠性要求較高，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的性能參數(shù)在具體的應(yīng)用中與海外大廠產(chǎn)品有所差距。由于IGBT器件認(rèn)證周期長(zhǎng)，先發(fā)的企業(yè)在獲得客戶信任上也有優(yōu)勢(shì)。

其次，功率半導(dǎo)體板塊對(duì)制造工藝的要求也比較高，國(guó)內(nèi)IGBT大廠們多為IDM企業(yè)，建立年限普遍較短，研發(fā)甚至是產(chǎn)線工人經(jīng)驗(yàn)并不如海外大廠豐富，工藝提升是需要解決的問(wèn)題之一。

最后，海外大廠得益于先發(fā)優(yōu)勢(shì)，建立了市占優(yōu)勢(shì)，在高營(yíng)收的基礎(chǔ)上，其投入的研發(fā)費(fèi)用和產(chǎn)線投資會(huì)比國(guó)內(nèi)更高，這有利于他們進(jìn)一步建立技術(shù)和產(chǎn)品的護(hù)城河。

未來(lái)國(guó)內(nèi)廠商想在IGBT領(lǐng)域與海外大廠一爭(zhēng)高低，需要克服的挑戰(zhàn)還不少。不過(guò)當(dāng)前為之付出努力并獲得一定成績(jī)的企業(yè)也不少，芯師爺不完全統(tǒng)計(jì)附錄如下。

斯達(dá)半導(dǎo)

嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司成立于2005年4月，專(zhuān)業(yè)從事以IGBT為主的功率半導(dǎo)體芯片和模塊的設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)及銷(xiāo)售服務(wù)，是目前國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。根據(jù)Omdia最新報(bào)告，2020年在全球IGBT模塊市場(chǎng)排名第六，是唯一一家名列全球前十的中國(guó)企業(yè)。

公司主要產(chǎn)品為功率半導(dǎo)體元器件，包括IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC等等。公司成功研發(fā)出了全系列IGBT芯片、FRD芯片和IGBT模塊，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。其中IGBT模塊產(chǎn)品超過(guò)600種，電壓等級(jí)涵蓋100V～3300V，電流等級(jí)涵蓋10A～3600A。產(chǎn)品已被成功應(yīng)用于新能源汽車(chē)、變頻器、逆變焊機(jī)、UPS、光伏/風(fēng)力發(fā)電、SVG、白色家電等領(lǐng)域。

比亞迪半導(dǎo)體

比亞迪半導(dǎo)體股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：比亞迪半導(dǎo)體）是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的高效、智能、集成新型半導(dǎo)體企業(yè)，主要從事功率半導(dǎo)體、智能控制IC、智能傳感器、光電半導(dǎo)體、制造及服務(wù)，覆蓋了對(duì)光、電、磁等信號(hào)的感應(yīng)、處理及控制，產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。公司以車(chē)規(guī)級(jí)半導(dǎo)體為核心，產(chǎn)品已基本覆蓋新能源汽車(chē)核心應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于工業(yè)、家電、新能源、消費(fèi)電子等應(yīng)用領(lǐng)域。

公司功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)采用 IDM 模式，是國(guó)內(nèi)新能源車(chē) IGBT 模塊龍頭。公司于 2005 年組建 IGBT 團(tuán)隊(duì)，2007 年組建 IGBT 模塊產(chǎn)線，2020 年公司作為全球首家、國(guó)內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn) SiC 模塊在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中大批量裝車(chē)。2021 年末公司功率半導(dǎo)體晶圓產(chǎn)能僅能配套新能源車(chē) 40 萬(wàn)輛。主要客戶涵蓋比亞迪、藍(lán)海華騰、匯川技術(shù)、英威騰、宇通汽車(chē)等。

士蘭微

士蘭微成立于 1997 年，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的集成電路芯片設(shè)計(jì)與制造一體（IDM）的企業(yè)之一。公司目前的產(chǎn)品和研發(fā)投入主要集中在以下三個(gè)領(lǐng)域：1）基于士蘭芯片生產(chǎn)線高壓、高功率、特殊工藝的集成電路、功率模塊(IPM/PIM)、功率器件及（各類(lèi)MCU/專(zhuān)用IC組成的）功率半導(dǎo)體方案；2）MEMS傳感器產(chǎn)品、數(shù)字音視頻和智能語(yǔ)音產(chǎn)品、通用ASIC電路；3）光電產(chǎn)品及LED芯片制造和封裝（含內(nèi)外彩屏和LED照明）。

時(shí)代電氣

中車(chē)時(shí)代電氣是中國(guó)中車(chē)旗下股份制企業(yè)。公司于2006年在香港聯(lián)交所主板上市，2021年科創(chuàng)板上市，實(shí)現(xiàn)A+H股兩地上市。功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，公司建有6英寸雙極器件、8英寸IGBT和6英寸碳化硅的產(chǎn)業(yè)化基地，擁有芯片、模塊、組件及應(yīng)用的全套自主技術(shù)。公司的產(chǎn)品包括：IGBT芯片、 IGBT模塊、雙極功率組件、晶閘管、IGCT、 SiC SBD、SiC MOSFET、SiC模塊等。

華潤(rùn)微

華微電子國(guó)內(nèi)功率 IDM 大廠、MOSFET 龍頭，公司成立于 1999 年，是集功率半導(dǎo)體分立器件設(shè)計(jì)研發(fā)、芯片加工、封裝測(cè)試及產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)為一體的高新技術(shù)企業(yè)，擁有多條功率半導(dǎo)體分立器件及IC 芯片生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)功率半導(dǎo)體分立器件及 IC，應(yīng)用于消費(fèi)電子、節(jié)能照明、計(jì)算機(jī)、PC、汽車(chē)電子、通訊保護(hù)與工業(yè)控制等領(lǐng)域。

宏微科技

宏微科技成立于 2006 年，自成立以來(lái)一直專(zhuān)注于功率半導(dǎo)體芯片、單管和模塊研發(fā)及應(yīng)用，在 IGBT、FRED 芯片及模塊方面進(jìn)行了深入設(shè)計(jì)。公司主營(yíng)業(yè)務(wù)系以 IGBT、FRED 為主的功率半導(dǎo)體芯片、單管、模塊和電源模組的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。

新潔能

新潔能成立于2013年，目前已成長(zhǎng)為國(guó)內(nèi)8英寸及12英寸芯片投片數(shù)量最大的功率半導(dǎo)體公司之一。目前公司已經(jīng)掌握MOSFET、IGBT等多款產(chǎn)品的研發(fā)核心技術(shù)。是國(guó)內(nèi)同時(shí)擁有溝槽型功率MOSFET、超結(jié)功率MOSFET、屏蔽柵功率MOSFET及IGBT四大產(chǎn)品平臺(tái)的本土企業(yè)。

揚(yáng)杰科技

揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技股份有限公司是國(guó)內(nèi)少數(shù)集半導(dǎo)體分立器件芯片設(shè)計(jì)制造、器件封裝測(cè)試、終端銷(xiāo)售與服務(wù)等產(chǎn)業(yè)鏈垂直一體化（IDM）的杰出廠商。產(chǎn)品線含蓋分立器件芯片、MOSFET、IGBT&功率模塊、SiC、整流器件、保護(hù)器件、小信號(hào)等，為客戶提供一攬子產(chǎn)品解決方案。

公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車(chē)電子、新能源、工控、電源、家電、照明、安防、網(wǎng)通、消費(fèi)電子等多個(gè)領(lǐng)域。

東微半導(dǎo)

東微半導(dǎo)體成立于2008年，是一家以高性能功率器件研發(fā)與銷(xiāo)售為主的技術(shù)驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體企業(yè)，產(chǎn)品專(zhuān)注于工業(yè)及汽車(chē)相關(guān)等中大功率應(yīng)用領(lǐng)域，多運(yùn)用于汽車(chē)相關(guān)應(yīng)用的功率器件領(lǐng)域，尤其是新能源汽車(chē)充電樁及充電模塊。

捷捷微電

捷捷微電子成立于1995年，主要從事功率半導(dǎo)體芯片和器件的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。公司產(chǎn)品包括單向可控硅、雙向可控硅、TVS、固體放電管、整流二極管、快恢復(fù)二極管、MOSFET等。

派瑞股份

西安派瑞功率半導(dǎo)體變流技術(shù)有限公司是西安電力電子技術(shù)研究所的全資子公司，成立于2010年。公司的主營(yíng)產(chǎn)業(yè)是：功率半導(dǎo)體分立器件、電力電子變流裝置以及功率半導(dǎo)體器件測(cè)試試驗(yàn)裝備的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)。