面對IGBT持續缺貨,國內IGBT廠商正加速國產替代
功率半導體是電子產品中電能轉換與電路控制的核心,是能夠支持高電壓、大電流的半導體器件,主要用于改變電壓、頻率、電力轉換。IGBT作為功率半導體中的佼佼者,是由MOS、BJT組成的復合全控型功率半導體,兼具MOS輸入阻抗高、BJT導通電壓低的兩大優勢,驅動功率小且飽和電壓低,適用于高壓、大電流領域。
IGBT作為重要的功率半導體器件,在新能源車、儲能&光伏以及傳統領域中的重要性已不言而喻。但由于目前全球疫情反復,全球半導體廠商都受到不小的沖擊,供應鏈也一直處于癱瘓狀態,IGBT的緊缺(尤其是車規級IGBT)愈演愈烈。
不是價格的問題,而是根本買不到
目前IGBT主要由歐日大廠主導,以英飛凌市占率超過32%居冠。日本富士電機、安森美半導體、東芝、意法半導體等也是主要供貨商,相關公司多半是整合組件廠(IDM),并釋出委外訂單至中國臺灣。
因IGBT的缺貨情況,二極管廠強茂、代工廠茂硅與漢磊身價跟著水漲船高。
其中,漢磊掌握IGBT芯片組件龍頭英飛凌大單,今年初調漲IGBT產線代工價一成左右,在晶圓代工報價普遍回調之際,漢磊逆勢漲價,凸顯市況火熱。
強茂更積極打造中國臺灣自行研發的IGBT組件,鎖定太陽能等應用搶搭熱潮。強茂看好,分離式組件業務今年有機會維持成長,特別是在IGBT、SiC等高單價(ASP)組件。IGBT晶圓方面,公司努力通過驗證流程,力拼第2季量產。
太陽能電池制造商茂迪董事長葉正賢談IGBT缺貨現象,直言:“漲價搶貨已不是新鮮事,不是價格多高的問題,而是根本買不到”,分析這波缺貨潮還會延續一陣子。
據了解,IGBT為第三代功率半導體技術革命的代表性產品,被業界譽為電力電子裝置的“CPU”。從前年缺芯潮以來,IGBT作為功率半導體的主要產品之一就呈現供貨緊缺的狀態,一直延續至今。甚至當其他大多數芯片產品因供需逆轉、庫存高企之際,IGBT的供應狀況依然沒有好轉。據賽晶科技透露,公司2022年生產、銷售IGBT模塊約7萬個,實現銷售收入3970萬元,較2021年的297萬元增長約12倍。2023年,公司IGBT業務營收有望達到2億元,2024年有望再翻倍。
IGBT供應緊張有望持續到明年
公開信息顯示,除了需求大增,目前半導體產業正處于調整期,產能有限;客戶認證需要時間;此外,特斯拉或將用IGBT替代75%碳化硅的消息,也讓本就缺貨的IGBT更加緊俏。
公開數據顯示,意法半導體、英飛凌等功率半導體大廠的IGBT交期與2022年第四季度的交期基本保持一致,最長為54周,顯示供應依舊緊張。英飛凌德國新廠需等到2026年才能正式量產,安森美2023年產能已全部售罄。有業內供應鏈人士指出,在2022年下半年全球IDM(垂直整合模式)的IGBT,已基本敲定2023全年供貨。不過有晶圓代工領域業內人士表示,由于需求強勁,且客戶愿意接受長約與漲價,臺積電、聯電等代工廠已調整產能配置,IGBT客戶與訂單規模2023年底將明顯放大。但下游晶圓代工廠的產能調整仍需時間,短期內,IGBT仍將供不應求。有業內人士分析,IGBT供應緊張有望持續到明年。
國內IGBT與國外的差距
先說一下IGBT的全球發展狀態,從市場競爭格局來看,美國功率器件處于世界領先地位,擁有一批具有全球影響力的廠商,例如 TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay 等廠商。歐洲擁有 Infineon、ST 和 NXP 三家全球半導體大廠,產品線齊全,無論是功率 IC 還是功率分離器件都具有領先實力。
日本功率器件廠商主要有 Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、Toshiba、Rohm、Matsushita、Fuji Electric 等等。日本廠商在分離功率器件方面做的較好,但在功率芯片方面,雖然廠商數量眾多,但很多廠商的核心業務并非功率芯片,
從整體市場份額來看,日本廠商落后于美國廠商。近年來,中國臺灣的功率芯片市場發展較快,擁有立锜、富鼎先進、茂達、安茂、致新和沛亨等一批廠商。臺灣廠商主要偏重于 DC/DC 領域,主要產品包括線性穩壓器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC,脈寬調制集成電路)和功率MOSFET,從事前兩種 IC 產品開發的公司居多。
總體來看,臺灣功率廠商的發展較快,技術方面和國際領先廠商的差距進一步縮小,產品主要應用于計算機主板、顯卡、數碼產品和 LCD 等設備
而中國大陸功率半導體市場占世界市場的50%以上,但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市場上,90%主要依賴進口,基本被國外歐美、日本企業壟斷。
2015年國際IGBT市場規模約為48億美元,預計到2020年市場規模可以達到80億美元,年復合增長率約10%。
2014年國內IGBT銷售額是88.7億元,約占全球市場的1∕3。預計2020年中國IGBT市場規模將超200億元,年復合增長率約為15%。
現在,國外企業如英飛凌、 ABB、三菱等廠商研發的IGBT器件產品規格涵蓋電壓600V-6500V,電流2A-3600A,已形成完善的IGBT產品系列,按照細分的不同,各大公司有以下特點:
(1)英飛凌、 三菱、 ABB在1700V以上電壓等級的工業IGBT領域占絕對優勢;在3300V以上電壓等級的高壓IGBT技術領域幾乎處于壟斷地位。 在大功率溝槽技術方面,英飛凌與三菱公司處于國際領先水平;
(2)西門康、仙童等在1700V及以下電壓等級的消費IGBT領域處于優勢地位。
國際市場供應鏈已基本成熟,但隨著新能源等市場需求增長,市場鏈條正逐步演化。
而在國內,盡管我國擁有最大的功率半導體市場,但是目前國內功率半導體產品的研發與國際大公司相比還存在很大差距,特別是IGBT等高端器件差距更加明顯。核心技術均掌握在發達國家企業手中,IGBT技術集成度高的特點又導致了較高的市場集中度。跟國內廠商相比,英飛凌、 三菱和富士電機等國際廠商占有絕對的市場優勢。形成這種局面的原因主要是:
(1)國際廠商起步早,研發投入大,形成了較高的專利壁壘。
(2)國外高端制造業水平比國內要高很多,一定程度上支撐了國際廠商的技術優勢。
所以中國功率半導體產業的發展必須改變目前技術處于劣勢的局面,特別是要在產業鏈上游層面取得突破,改變目前功率器件領域封裝強于芯片的現狀。
而技術差距從以下兩個方面也有體現:
(1)高鐵、智能電網、新能源與高壓變頻器等領域所采用的IGBT模塊規格在6500V以上,技術壁壘較強;
(2)IGBT芯片設計制造、模塊封裝、失效分析、測試等IGBT產業核心技術仍掌握在發達國家企業手中。
國內IGBT廠商正加速國產替代
從市占率來看,目前全球IGBT模塊市場,德國的英飛凌占據了絕對的龍頭位置,市場占有率在30%以上;國內方面,布局IGBT的廠商,包括斯達半導、士蘭微、時代電氣、賽晶科技、華潤微、新潔能、揚杰科技、宏微科技、華微電子、東微半導、派瑞股份等,斯達半導體市場占有率3%,排名全球第六;士蘭微市場占有率2.6%,排名全球第十。
值得一提的是,國內IGBT廠商正加速國產替代,快速切入下游主機廠供應體系。據相關媒體消息,近日,賽晶科技正式推出1700V IGBT芯片,各項性能都達到甚至超越了國際龍頭的同類產品。該芯片能夠應用在風電和儲能及工控領域。同時,其1200V的IGBT已經打入國內頭部新能源汽車的供應鏈。
另一方面,國內光伏逆變器的IGBT模塊已有所緩解。目前60KW以內的IGBT基本上已實現國產替代;100KW以上的IGBT也已有少量光逆廠商小規模試用;部分逆變器廠商還有傳統的單管方案來彌補IGBT模塊的缺口。據知情人士透露,明年光伏逆變器基本上就能解決缺芯的問題了。
