一文看懂IGBT

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2022-03-18 02:38:24 3

1、IGBT是什么？

IGBT全稱叫絕緣柵雙極型晶體管，是一種復合型結構器件，它結合了MOS晶體管和BJT雙極型晶體管的優點，在電壓電流轉換，電能輸出領域用的非常多，特別是在高壓大電流領域，IGBT占主導地位，是人類控制電能，利用電能的核心半導體器件之一，這種主要應用在電子電力轉換領域的半導體器件，我們統稱功率半導體，最簡單的應用，比如我們的筆記版電腦上都帶有電源適配器，這里面就是IGBT，起到一個升降壓，交直流變化的過程，顯然IGBT是功率半導體中最重要的一員。它的功能就是控制電，是電能轉換與應用的核心芯片。
2、IGBT是一種定制化產品還是通用型產品？ IGBT和其他芯片相比算是一種標準型產品，通常在各家公司官網上會放出IGBT產品的詳細介紹，會寫明這塊IGBT產品的各種參數，比如最大集電極電流ICM，發射集最高電壓UCES，柵極擊穿電壓UGEM，導通電壓，耐壓水平，開關速度，載流子類型和壽命，輸入電容，集電極最大功耗PCM，使用溫度范圍等等，客戶看到這些參數，就能根據實際應用需求自行設計和搭配所需的電源模塊方案，但是客戶的需求是不相同的。根據不同的應用場景不同的客戶，會出現各種調整。一旦定型之后，是不太會去更換的，但是如果供貨供不上，也是會可以換個公司的換個類似的產品。但是本質上我們還是認為IGBT是標準通用型產品。
3、為什么IGBT被看做碳中和最受益的功率半導體？ 清潔能源的大規模推廣，對IGBT提出更高的需求，最典型就是光伏逆變器的應用，這里面需要大量高壓，超高壓的IGBT以及IGBT模塊，來讓光伏發出的粗電，變成能平穩上網的精細電，因此這是未來碳中和非常重要的環節。 IGBT在電動車時代的應用，過去汽車都是燃油車，無論汽油怎么改，都不能改變汽油車尾氣的排放問題，但是現在提倡的是節能環保的新能源車，未來將是新能源電動汽車時代，而電動汽車又需要用到大量的IGBT等功率半導體產品。清潔電能的獲取和利用是未來減少二氧化碳排放、實現碳中和的關鍵，而電能的利用就離不開功率半導體，就離不開IGBT。
4、下游應用都有什么領域？行業空間分別有多大？ 因為半導體是一個基礎性產業，但凡和電的有關領域，就是功率半導體發揮的地方，所以這個產業是非常大，因為我們身邊至少有50%的產品與電相關的產品電子產品，比如消費電子手機，藍牙耳機，筆記本電腦，各種各樣的家用電器，以及大型的工業電機，軌道交通，新能源汽車，光伏逆變器，智能電網等但凡需要用到電的地方基本都離不開IGBT。就行業規模而言，2019年全球市場IGBT和模塊超過70億美金，今年大約能突破100億美金，預測到2026年將達到190億美金的規模，年復合增長15%左右，屬于一個較快增長的市場，而且是一個比較穩定增長的細分領域，不像其他產品比如內存，大起大落，周期變化很明顯，IGBT屬于平穩增長型。隨著新能源電動汽車以及各行業的電子化電氣化，清潔能源的使用，包括IGBT在內的功率半導體領域的持續保持強勁且有力的增長。通常我們把根據IGBT不同的電壓分成不同的檔次，低于650V-900V的是中低壓，900-1200V的屬于中高壓，高于1200V的屬于高壓。低于650V的IGBT也有但是用量不大，這個領域更多是用MOSFET產品替代。其中大部分消費電子，白電產品等屬于中低壓IGBT范圍這塊大約占到30%，大功率的所需的工業領域中高壓IGBT占到20%，高壓大功率能源領域比如高鐵，光伏逆變器，以及軌道交通等所用的IGBT占到了15%，此外就是汽車電子的領域的新能源汽車則占到30%以上，并且這塊是未來最被看好的賽道。
5、市場的供需情況如何？預計幾年內供需會實現平衡？ 整個半導體缺貨市場目前已經持續一年多時間了，從2020年7月份開始半導體產品開始出現不同程度的緊張，到10月份后*爆發，價格暴漲，到今年5月底達到最*，不少芯片*幅度是非常夸張的，晶圓工廠也是不斷調整價格，即便如此，依然是瘋狂下訂單，下游的瘋狂*芯片導致上游的產能被一*而空，整個行業供需完全失衡。很多行業人士都對半導體行業恢復供需平衡，回歸正常狀態做了各種預測和假設，預測了各種回歸正常的時間節點，以及拐點形成的前置條件。我個人觀點是到2022年6月左右，首先我們來看各種影響供需關系的因素。從歷史過往經驗判斷行業變化的角度來看，一般而言半導體景氣周期24-36個月，冷周期12-18個月，從去年6月份開始我們認為是完全走完冷周期，開始景氣周期，因此這波景氣周期歷史經驗來看會持續到2022年的6月。考慮疊加疫情的影響因素，疫情雖然打亂的全球產業的節奏，但是對于半導體而言，特別是中國而言，應該來說是新機遇新挑戰，至少我們認為這2年有兩個巨大的爆發點，*是疫情來臨后居家辦公，線上辦公導致各種平板筆記本電腦需求暴漲，拉動了半導體芯片的需求，因為這些產品90%的成本都是半導體器件，所以導致這*大漲，每次疫情過后，都是汽車銷售的黃金期，剛好現在又疊加了新能源汽車的概念和周期，整車中半導體產品的含量大幅提升，傳統燃油車只有10-15%左右，但是新能源汽車中的半導體產品達到50%以上，這一塊最重要的就是各種汽車電子，汽車功率半導體，傳感器，各類微控制單元MCU等，這些芯片又有一個共同點就是相當多的產品都是使用8英寸0.25-0.13工藝制造，但是8英寸線目前擴產因為設備的問題，比較難擴充產能，所以這些產品需求持續*盛可能會延續芯片緊缺的態勢。但是過高的價格也會減少下游的需求，因此我的結論是，正常情況下持續到2022年6月，我認為這個時間點是拐點，之后芯片緊缺程度會緩解，開始去庫存，這是我個人的判斷，甚至不排除這個節點會提前到來，現在中國大范圍的輪流停電限產，會擠壓掉下游虛高的需求，讓芯片缺口不斷縮小，如果從這個角度來看，持續一段時間，芯片價格和需求肯定都會下跌，所以我認為這種極端不平衡的情況最多再維持6-9個月，肯定恢復了，當然汽車電子除外，這個行業太特殊了，產業鏈修復的影響因素太多了。
6、海外疫情對于IGBT的產能沖擊有多大？預計何時能緩解？ 海外疫情對幾個老牌的半導體公司比如英飛凌，安森美等影響還挺大的，供貨很不穩定，至于何時能緩解，很難判斷至少我認為到明年6月前緩解概率不大，到手6月后可能面臨拐點。還有這些個大廠的貨一直都很緊俏，不管是不是現在，從往年的情況來看，一年中總會有個時間段，供貨不順暢，導致*，但是主要集中在高端產品上，現在中低端IGBT產品，國產替代節奏比較快，未來產能釋放后，肯定緩解。目前國內中低壓產品已經非常成熟了，產品性價比很高，但是高端的高壓產品和國外比還是有一定的差距，這個差距我認為主要體現在大規模量產的時候如何保持產品的一致性和穩定性這個方面，國內不是說沒有能力去做，而是上量的時候控不好品質中低壓產品國內替代勢頭*，已經說明了一切。
7、新能源車、光伏、儲能所用的IGBT有什么區別？分別用于什么功能？ 新能源汽車所用目前來看也主要是650-900V之間，少數車企也有1200V方案，其中OBC多用 650V的單管，PCU多用900V的IGBT模塊，具體看各個整車廠電池包方案，電壓是多少，再選擇用什么型號的IGBT。區別非常大。 IGBT模塊，主要就是IGBT，然后還需要一些FRD（快恢復），TVS（瞬壓），SBD等其他功率半導體器件，組成一個模塊，應對各種出現的場景和需求。如果是IGBT IPM模塊，內部集成了電源控制IC，除了IGBT和其他功率半導體產品外還有電源管理IC。
8、IGBT占新能源車/光伏/儲能成本的比重分別是多少？ 新能源車PCU+OBC至少占了整車的25%-30%左右，具體不同車型成本比例差距很大，比如五菱mini這種神車，一共就賣2.98，電控的成本不會超過3000塊錢，這種車連IGBT都不用，全是MOSFET，還有比如長城歐拉黑貓一輛車就賣6、7萬，一個電池包成本15000，IGBT能占多少？高端車的IGBT用量和價格就大了，光伏和儲能也是用IGBT做逆變器，這個成本比重不好說，因為一個電站大頭是在perc電池，以及及其他組建上，具體看投資規模。
9、不同行業之間是否會存在*IGBT產能情況？ 缺貨是全行業的現狀，現在就是誰有錢誰能*到產能，大公司比較有優勢，因為錢多，目前國內做功率半導體的有相當大比例是IDM模式，比如士蘭微和時代電器都是自己有生產線的，這就不存在*產能的說法，其他能做IGBT代工做的比較有特色的是華虹，這個產能就是要靠*，有些財大氣粗的公司比如斯達早就把人家的一條線給包圓了。
10、IGBT是否會對生產產線有定制化需求？主要區別看什么？ IGBT的工藝和普通邏輯產品工藝差別比較大，至少離子注入摻雜工藝和背減工藝肯定是不一樣的，還有各種特殊外延層工藝等等。這些和普通做數字電路，模擬電路完全不一樣。
11、IGBT的生產線是否可以臨時調整產品規格，比如生產光伏所用的IGBT產線臨時調整為車規級IGBT產線？ 車規級要求比較高，一旦定型是不可能輕易更換的，雖然都是IGBT，但是由于處于不同細分行業，對IGBT要求完全不一樣，不存在混用可能，但是由于都是一個公司產生上，產線上分配不同IGBT產能，那是公司自己內部的事，設備還是這套設備，生產線還是這套生產線，封裝有一定的不同之處，只能這么說。同時客戶也不是很樂意產品線和其他產品混合，所以汽車用的IGBT線都比較獨特。
12、對于車規級、光伏IGBT產線的認證時間是否有很大區別？ 區別非常大車規的要求非常高，整車廠的驗廠要求極其嚴苛，不僅驗供應商，還驗供應商的供應商，供應商的原材料商等等，光伏的產品線就比較簡單了，區別較大。
13、擴建新產能最大的痛點是什么？ 就目前工藝難度而言，IGBT基本可以使用8英寸工藝為主，少數行業公司開始導入12英寸，現在新建產能并不是說你有錢就擴產，8英寸最大的問題就是缺少設備，且價格較高*，比如8英寸的設備的價格幾乎和12英寸是一樣的，而交付周期長，以及一直困擾中國半導體產業的人才缺口。總結起來，主要是缺設備，缺有經驗的人。

總結：IGBT是電能轉換與應用的核心芯片，是碳中和非常重要的零部件，最大下游應用在新能源車領域，是電池以外第二大成本。此外光伏所用逆變器對IGBT的需求量也比較大。目前IGBT市場供需嚴重不平衡，海外疫情導致大廠的產能受限，而國產廠商擴產難的主要原因在于缺少設備和有經驗的專業人才，另一方面也是因為新廠落地到驗證產線所需時間一般為1-3年，所以新增產能釋放需要時間，專家預測未來供需重新達到平衡的時間點推測在2022年6月份。

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