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为什么IGBT供需缺口预期缓解时间一再推迟? | 见智研究所
发布日期:2021-09-13 12:46    点击次数:155

上游供给受限,下游需求爆发,预期IGBT供需缺口缓解时间将再次推后。

IGBT是电控系统中用于精准调控的开关,用于调节电路中的电压、电流、频率等。目前下游应用领域都处于快速发展的周期中,包括新能源车、智能电网、光伏等行业,从而使得IGBT的需求激增。而IGBT的主要产能因为疫情等原因年底内无法完全恢复,因此出现严重的供需不平衡,IGBT将持续涨价15%左右,主流厂商的交货周期从12周最高延长至52周。

新能源车带来需求激增,成为需求增量最大来源

据ASMC研究显示,全球IGBT市场规模预计在2022年达到60亿美元,我国IGBT模块占全球需求量的40%。从IGBT应用的下游行业来看,其中新能源车占据31%的市场份额,稳居第一,而新能源发电(光伏、风电等)占据11%市场份额,智能电网和轨道交通(高铁)占比较小,合计9%。

车规级IGBT需求增长的动能主要自新能源车市场的快速发展,新能源车在功率半导体的用量是传统内燃汽车的5.5倍,在传统燃油车中,仅有少量 IGBT位于发动机点火器中,而电动汽车相比于传统燃油车多了电池、电机、电控三大核心器件,而这三部分构成了新能源车的动力系统,相当于传统燃油车的发动机,而功率器件就是电控中的重要器件,约占电控系统价值量的20%-30%。

另外,新能源车在车载逆变器、升压器、电空调驱动、车载充电器(OBC)中也需要使用IGBT,在燃油车功率半导体器件中电压低,安装MOSFET就可以,而在新能源车中在达到650V时MOSFET无法稳定工作,因此需要替换成IGBT。因此IGBT是新能源车中除了电池以为第二大受益的零部件。

根据IDC预测,2020-2025年由新能源车带来的IGBT市场需求空间将从41亿元增长至191亿元,年复合增长率达到36.03%。IGBT是构成光伏发电电路中的重要开关器件,能够帮助系统减少损耗,约占逆变器总成本的10%。根据国际能源机构 IEA 数据显示,2020年到2025年光伏IGBT模块的市场规模将从26亿增长至53亿元,年复合增长率达到15.31%,远远低于新能源车带来的需求量。IGBT在储能逆变器的占比较低,约6%。

IGBT定制化需求高,造成不同产品间产能抢夺出现

IGBT在应用层面统通常是根据电压等级进行划分的:

低压IGBT,常见的像650V应用于新能源车、白色家电、工业变频;

中压IGBT,1200V-1700V主要用于风电和光伏;

高压IGBT,主要有3300V和6500V用于智能电网和高铁;

这里有一点值得注意,对于中低压频率的IGBT来说,同一生产可以完全生产出不同规格的产品,也就是说如果车轨IGBT的产品具有优先性,那么会影响光伏IGBT的产能。市场上也确实有消息称,车规级的IGBT需要非常大,很多产线上会优先生产,因此导致光伏逆变器中的供应能力降低,现在成为光伏最短缺的零部件。

不同行业所需的IGBT除了电压不同,工艺也完全不同,对于IGBT的定制化要求非常高。即使是针对一个行业IGBT的模块也不是单一化的产品,针对不同应用部件有特定的设计规格。其高压IGBT的性能要求是最高的,而车规级IGBT的认证周期是最长的,一般为两年左右,甚至还会对封装原材料进行追溯管理,要求保障产品寿命达到15年以上。

英飞凌IGBT更新至第七代,主要改善性能包括功率密度提高,减小芯片面积,降低功率损耗和饱和电压。国内厂商的产品对标英飞凌的IGBT6代,从技术上来说已经非常接近。

今年9月,英飞凌宣布在IGBT7一款型号的芯片组合(TRENCHSTOP™ IGBT7芯片与EconoDUAL™ 3)中推出新的额定电流,且能够为逆变器设计者提供高度的灵活性,极大的满足了IGBT定制化的需求,同时能够为高频开关应用带来简化设计。对于产品的升级来看,主要在还是在降低损耗,在相同的芯片面积下,通态电压可降低30%。

产能短缺年内无法缓解,预期供需缓解时间从22年推迟至23年

IGBT 市场长期被英飞凌、富士电机、三菱电机等海外公司垄断,市场份额高达70%,其中英飞凌占据绝对领先地位,关于我们市占率约36%。而今年海外的疫情还未得到很好的控制,工厂屡屡停工停产。以IGBT最大供应商英飞凌为例,因员工感染新冠肺炎而被迫关停,比如位于马来西亚的Kulim的晶圆制造厂和马来西亚马六甲的封测厂。在马来西亚这个人口只有3200万的国家,目前有140万人被确诊了新冠肺炎,更重要的是这个国家中有50多家半导体企业,包括英飞凌、瑞萨电子、意法半导体和恩智浦等全球知名大厂,没有一家厂商独善其身,因此半导体的产能供应严重受限。

另外,英飞凌除了受到疫情,还有天灾。今年2月英飞凌位于美国德克萨斯州的制造厂商在冰风暴后一直未能完全恢复以往的产能供应量。双重因素影响下,导致英飞凌的IGBT产能受到了非常大的冲击。而这部分产能下滑已经反应在了公司上半年的财报中,从产品提价10%而公司业绩营业收入增长仅1%可见,出货量还是严重不及预期,是通过产品涨价弥补了产能短缺带来的业绩下滑。

目前海外产能受限的影响因素还未完全消除,公开数据显示英飞凌下季度的收入增速预计与本季度的增速持平,因此推断IGBT海外产能供应年内无法完全恢复。此外,英飞凌也表示目前库存已经降至历史低点,而对于新建产线提升产能可谓是远水解不了近渴,从产线规划到厂房建设、订购设备、产能爬坡到出货最少需要一年以上时间,即便是在现有厂房上进行扩建也无法在短期实现,唯一可能的方式就是提高现有产能的利用率。此前市场预期22年供需缺口将会缓解,但英飞凌近日表示,IGBT的供需缺口可能将会在23年才能彻底缓解。

IGBT国产厂商新增产能22年才能落地

国内可以生产IGBT的厂商根据商业模式来划分,只有斯达半导是Fabless(设计)厂,中车时代、士兰微和比亚迪都和国外大厂的模式一样,属于IDM厂。IDM厂的优势在于产品迭代迅速,一般只需要3个月就可以完成,而Fabless厂一般要花费半年时间。另外,IDM厂更容易实现利润,代工模式可很好的控制成本,提高企业毛利率。但是作为Fab厂来说,设计成本会高很多,因此是一种较难提高利润的商业模式。

从产业链来看,比亚迪是从原材料到整车端覆盖最完整的,可以实现完全独立生产IGBT,覆盖中低压领域,主要针对车规级的IGBT生产,且绝大分都是供应自家的整车。目前尚未进入其他头部新能源车供应链中。产能方面,公司现有宁波6英寸厂,可实现4万片/月,22年能够完成长沙8英寸厂,增加产能4万片/月。目前IGBT模块年产量180万只,22年可增至200万只。

中车时代电气,公司一直专注于轨道交通领域,重点放在生产高压IGBT,当开始涉足中低压领域时,可谓是降维打击。回顾2017年,公司时因为当时候有闲置产能,所以开始做车规级IGBT。目前公司的产品已经通过了小鹏、理想、广汽、东风、长安、一汽等整车厂的验证。公司一期产能12万片/年,100万只IGBT模块,其中车规级IGBT大约在24万片。2022年二期产能落地后,可实现24万片/年,车规级IGBT140万只。可见,公司现在非常重视车规级IGBT的需求,扩产计划也非常清晰。此外,公司的IGBT也可以用于新能源发电。

斯达半导作为设计厂,目前产品是由华虹和积塔半导体来代工生产,公司生产的IGBT主要用于工业控制领域,大客户包括工控行业的英威腾和汇川技术。对于车规级的IGBT在厂商认证环节验证进度较慢,这也是作为设计厂的一大弊端,因为是采用的代工生产,公司需要单独认证IGBT模块中的芯片能否达到A级整车厂的要求,流程非常繁琐。验证时间效率方面完全比不上IDM模式产品线上所生产的IGBT。

士兰微是国内IGBT大厂中起步较晚的,胜在于IDM模式产品迭代速度快,但是目前公司的产品还未进入车规级,主要在工业控制和家电领域。

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