半导体行业回顾之IGBT：终端导入国产IGBT产品加速，供应仍紧张
（文/程文智）2022年只剩下几天的时间了，今年发生了太多的事情，半导体行业也不例外，在经历了去年轰轰烈烈的供应紧张之后，今年不少半导体器件出现了供应过剩的情况。11月中旬的时候，电子发烧友网与一些行业内人士交流的时候，有人透露有些元器件的库存超过了1年，当然，这不包括这几年需求一直都很坚挺的IGBT器件。
1982年，通用电气的B•贾扬•巴利加发明了IGBT，它**了双极型功率晶体管（BJT）和功率MOSFET的优点，一经推出，便引起了广泛关注，各大半导体公司都投入巨资开发IGBT器件。随着工艺技术的不断改进和提高，其电性能参数和可靠性也日趋完善。
IGBT的技术发展及市场格局
由于IGBT**了BJT和功率MOSFET的双重优点，既具有功率MOSFET的高速开关和电压驱动特性，又具有BJT的低饱和压降和承载较大电流的特点，且具有高耐压能力。据悉，目前商业化的IGBT模块耐压已经做到了6500V，实验室甚至已经做到了8000V。
目前，IGBT器件的发展趋势主要是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠性和低成本。近10年来，IGBT器件发展的主要难点在于其器件的物理特性，尤其是沟槽型IGBT的物理特性，通常并不容易达到。主要体现在IGBT的开通速度和损耗、扩展至8英寸和12英寸制造/加工技术的挑战、缓冲层构成，以及微沟槽设计等方面。
也就是说，要想设计出性能更好的IGBT产品，需要减少产品的损耗，提高开通速度、鲁棒性和可靠性，提升工作温度等方面入手。目前海外IGBT器件厂商，比如英飞凌、ST、三菱电机等基本都掌握了场终止层（Field-stop，FS）+沟槽栅IGBT技术，且相继推出了不同系列，不同规格的600V~6500V IGBT器件和模块产品。 国内IGBT厂商由于设备和工艺水平等因素的影响，目前还处于追赶阶段。不过可喜的是，已经有不少厂商取得了不错的进步，比如斯达半导体、士兰微、新洁能、宏微、中车时代电气、赛晶等。
目前国内厂商的IGBT产品主要对标英飞凌的IGBT产品技术，而英飞凌IGBT技术 已经迭代至第七代。
图：IGBT技术发展趋势（来源：亿渡数据）
在市场格局方面，全球IGBT市场中海外企业以英飞凌、**电机、三菱、安森美、东芝、ST等几家为主，其中英飞凌的占比最大，不论是分立器件，还是IGBT模块均居于领先地位，都占了近三成的市场份额。其中英飞凌、**电机和三菱三家加起来可能占了市场上70%的市场份额，英飞凌的产品可以覆盖到整个工业领域和汽车领域；**电机和三菱更多的是在传统的工业应用上，及一些日系汽车主机厂的产品内有应用。
国内本土厂商在IGBT分立器件领域起步较晚，与海外企业相比优势不明显，在IGBT单管方面士兰微，和IGBT模块方面斯达半导体虽然占比不高，但均挤进了前十。业内普遍认为做的比较好的IGBT厂商有比亚迪、斯达、宏微、中车时代，以及华润微和士兰微等。
其中比亚迪全产业链都在做，在汽车领域表现很出色，占到了新能源汽车市场份额的18%~20%。比亚迪的IGBT产线源于2018年收购的宁波中纬的晶圆厂，不够其产品和迭代速度比较快。不足之处是其IGBT是平面型设计，输出效率不高，第三方的主机厂一般不会采用比亚迪半导体的IGBT产品，不做比亚迪半导体在积极地市场化。
斯达半导体从2008年就开始了IGBT产品的研发，特别是2015年，IR被英飞凌收购后，斯达半导体收购了IR的专用于功率器件的研发团队，随后2018年开始渗透入电动汽车领域。不足之处是其晶圆来自于华虹，目前采用其IGBT产品的电动汽车厂商还不多。
宏微最早专注的产品是FRED，主要针对家电市场，因此也同步做了IGBT和对应的晶圆买卖，其股东之一的汇川技术希望将宏微的产品带起来，目前在完善阶段。
中车时代背靠中车集团，在2012年收购了英国的丹尼克斯75%的股份后，在2015年成立了Fab厂。由于丹尼克斯的产品主要集中在高压部分，当时收购也是对口中车的轨道交通业务，因此，到目前为止，中车时代大部分的应用都在中车自己的轨道交通领域。不过，2018年开始，中车时**始了市场化，开始在智能电网、汽车领域布局，再加上中车自己做新能源汽车的电控产品，且占了整个汽车市场的1%左右的份额，未来在汽车领域的潜力不小。
华润微和士兰微的IGBT产品线仅是他们众多产品分类中的一个分支，他们目前做的市场主要是技术门槛不是很高的市场，他针对的市场主要有电焊机、等离子切割机、家用电器、工业领域的电磁感应加热等，当然也有光伏逆变和新能源汽车产品的规划。
IGBT行业2022年的大事件
从供应链方面来看，自2021年起，由于下游各应用领域对IGBT新的需求持续上升，而海外厂商扩产相对谨慎，IGBT的交付周期延长，IGBT供需矛盾明显。2022年初，英飞凌、意法半导体等国际半导体供应商陆续发布了涨价通知，安森美停止了部分供货。
近年来，下游应用需求的上升，特别是新能源汽车和新能源光伏的需求快速提升，使得本土厂商意识到IGBT等关键器件多供应商的重要性，很多本土厂商逐渐提升了对国产IGBT的接受程度，促使了国内厂商加速了对国产IGBT产品的导入。
据12月5日斯达半导体三季度业绩说明会上的消息，斯达半导今年前三季度实现净利润达到5.9亿元，同比增长1.21倍，增速超过营业收入，销售毛利率达到41.07%，环比提升。据悉，近几个季度营收增长主要驱动力来自公司产品在新能源汽车、光伏、储能、风电等行业持续快速放量，市场份额不断提高；随着规模化效应释放、产品结构优化、生产经营效率提高，公司毛利率持续增长。
从收入结构来看，1~9月份，斯达半导来自新能源行业(包含新能源汽车、新能源发电、储能)的收入占比超过一半，成为公司业绩增长的主要推动力。其中，公司的车规级半导体模块在国内主流新能源汽车厂家大批量应用多年，市场份额不断提高，已成为国内新能源汽车车规级功率半导体模块的主要供应商。
据此前披露，斯达半导生产的应用于主电机***的车规级IGBT模块持续放量，上半年合计配套超过50万辆新能源汽车，并预计下半年配套数量将进一步增加，其中**及以上车型超过20万辆。
宏微也受益于新能源市场发展，今年前三季度公司实现净利润6125万元，同比增长约三成；其中，第三季度实现2901万元，同比上年同比增长近翻倍，销售毛利率21.77%，约为斯达半导一半。宏微科技表示，毛利率与同行的差距主要是因为产能无法满足旺盛的市场需求，当前公司定单量饱满，但由于上游部分核心原材料短缺，以及公司新增封测产能仍处于爬坡阶段，无法再接下定单。
主要产品进展方面，宏微科技在12寸IGBT平台在公司M3i芯片平台基础上，上半年开始了微沟槽M4i750V和M6i1200V的研发制样；公司的M7i微沟槽1200VIGBT首颗产品已通过客户认证并收获小批量订单；车用820A/750V模块产品已获得客户验证并开始批量交付等。
士兰微的表现就相对暗淡，前三季度净利仅增长了6.43%至7.74亿元，其中第三季度净利润还同比下降了约40%。原因应该是受到了当前消费电子需求低迷的影响，不过士兰微正在着手进入当前火热的新能源汽车市场。
在IGBT市场方面，据士兰微介绍，其IGBT单管和模块在工业领域已经大量应用，并拓展到了新能源和汽车。据介绍，公司12寸IGBT月产能为1.5万片，但受衬底短缺的影响，实际尚未达标，目前正在解决，加上公司8寸线和6寸线都有IGBT产能，所以IGBT相关的产品营收规模占比已大幅提高，预计未来会有进一步的成长。该公司高管表示，“现在面临的主要问题是衬底有短缺。我们和上游的供应商都在积极推动解决。二季度对我们困扰比较大的FRD(快恢复二极管)现在也在逐步解决。”
结语
2022年的IGBT市场持续了一年的供应紧张，预计在新能源汽车和新能源光伏和储能市场持续火热的带动下，IGBT的供应还会紧张一段时间，这对国产IGBT厂商来说是一个好消息，至少不用担心扩产后产能过剩的问题，而且，供应紧张终端厂商导入新产品的动力也将更大。
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