百页PPT长文详解IGBT的现状与趋势,盘点国内产业链企业

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先进制造业·导读

工业强基工程是中国制造强国发展战略的重要基础工程之一,是中国发展权的重要体现形式,也是建设社会主义强国的重要工程。工业强基工程又细分成多个领域、多个产业方向和各方向上的重点工程。IGBT是新时代半导体器件中发展最快、市场容量最大,需求增长最快的器件统称,IGBT的研发生产水平一定程度上代表了国家电子技术领域的科技实力和制造水平,对工业、交通、电网、民用电等均具有深远影响。IGBT是工业强基工程中重点产品方向,又是工艺“一条龙”应用计划的重点试点。

本文分四部分来全面剖析IGBT产业链。

➢IGBT是什么

➢IGBT的现状与趋势

➢IGBT的世界格局

➢盘点国内IGBT产业链主要企业


01
PART
IGBT被称为电子行业里的“CPU”


IGBT全名叫绝缘栅双极型晶体管,被称为电子行业里的“CPU”

简单讲是一个非通即断的开关,但能承受几十到几百伏电压、几十到几百安电流、每秒钟开关频率最高达几万次。

采用IGBT进行功率变换,能够提高用电效率和质量,具有高效节能和绿色环保的特点,它的应用非常广泛,小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业,都会用到IGBT,被称为电子行业里的“CPU”。

市场人士指出,IGBT诞生于20世纪80年代,进入工业应用时间较晚,虽然目前占整体功率半导体分立器件市场份额仍然不大,但它代表了未来的发展方向,市场规模增长很快。


02
PART
IGBT的现状与趋势

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03
PART
现状:IGBT依赖进口 


中国大陆功率半导体市场占世界市场约50%,但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上,90%以上主要依赖进口,基本被国外欧美、日本企业垄断。

根据华为此前公布的2018年核心供应商目录,英飞凌(infineon)是华为IGBT的核心供应商。公开资料显示,英飞凌每年向华为的销售额约为1亿美元,其中主要产品为IGBT芯片。英飞凌总部位于德国,是全球功率半导体龙头。

目前,全球 IGBT主要的供应商包括英飞凌、恩智浦、富士电机、东芝、三菱、意法半导体等欧美以及日本的企业。从电压上分类,英飞凌占据了600-1700V 范围中 IGBT 的头把交椅,而恩智浦则是占据了低压 IGBT 的市场第一,2500V以上的高压则主要由三菱提供,中国中车受益于高铁对大功率IGBT的需求,在 4500V 以上的产品上市场份额位列全球第五。整体来讲,中国IGBT产业还很薄弱。

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IHS Markit 2018年报告数据显示,在2017年度 IGBT 模块供应商全球市场份额排名中,英飞凌排名第一。

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来源:斯达股份招股书

2019年5月,有报道称,英飞凌曾对华为暂停供货。不过,英飞凌澄清了该传闻,英飞凌在电邮发送的声明中表示:“英飞凌向华为提供的绝大多数产品不受美国出口管制法律的限制,因此将继续发货。”任正非也在当时的媒体专访中辟谣称德国芯片厂商英飞凌没有停止供货。

有媒体报道称,华为已经开始研发IGBT,从供应链安全角度,华为对IGBT展开自研毫不令人意外。


04
PART
国内IGBT产业链主要企业


近年来,我国IGBT产业化水平有了一定提升,比亚迪微电子、中车时代电气等企业有不错的表现。

根据集邦咨询《2019中国IGBT产业发展及市场报告》,2016 年,国内IGBT市场规模达 105.4亿元。2017年中国IGBT市场规模预计为 128亿人民币,2018年中国IGBT市场规模预计为153亿人民币,相较2017年同比增长19.91%。受益于新能源汽车和工业领域的需求大幅增加,中国IGBT市场规模仍将持续增长,到2025年,中国IGBT市场规模将达到522亿人民币,年复合增长率达19.11%。

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国金证券研报称,目前国内IGBT产业相对薄弱,但处在快速发展阶段,已经形成了相对完整的IGBT产业链。未来随着国内新能源车的放量,中国 IGBT 企业将迎来快速发展及进口替代的良好机遇,看好国内IGBT龙头公司。

中国半导体行业协会2019年5月发布了2018年中国十大半导体功率器件企业。扬杰科技、华微电子、苏州固锝、捷捷微电这四家A股公司跻身前十强。

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下面将按照IDM、设计、制造、模组分类盘点国内IGBT产业链主要企业

1
IDM

中车时代电气

株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车旗下股份制企业,其前身及母公司——中车株洲电力机车研究所有限公司创立于1959年,其现已形成了集IGBT产品设计、芯片制造等成套技术研究、开发、集成于一体的大功率IGBT产业化基地。

2008年,中车时代电气(当时名为“南车时代电气”)收购全球IBGT厂商丹尼斯,2009年建成国内首条高压IGBT模块封装线,自2010年开始着手筹建国内首条专注于IGBT芯片的先进生产线。目前,中车时代电气IGBT产品已从650V覆盖至6500V,并批量应用于高铁、电网、电动汽车、风电等领域,2017年其高压IGBT模块在电力系统收获订单,并成功研制世界最大容量压接型IGBT。

比亚迪微电子

2003年,比亚迪成立深圳比亚迪微电子有限公司(即其“第六事业部”),致力于集成电路及功率器件的开发并提供产品应用的整套解决方案,其IGBT的研发制造主要由比亚迪微电子负责。2005年,比亚迪正式组建IGBT研发团队,并于2007年建立IGBT模块生产线,完成首款电动汽车IGBT模块样品组装。

目前,比亚迪已相继掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造、大功率器件测试应用平台、电源及电控等环节,拥有IGBT完整产业链。2018年底,比亚迪正式发布其自研车规级IGBT 4.0技术。全球市场研究机构集邦咨询报告指出,比亚迪微电子凭借拥有终端的优势,在车用IGBT市场快速崛起,取得中国车用IGBT市场超过两成的市占率,一跃成为中国销售额前三的IGBT供应商。

士兰微

杭州士兰微电子股份有限公司成立于1997年,从集成电路芯片设计业务开始,逐步搭建了特色工艺的芯片制造平台,并已将技术和制造平台延伸至功率器件、功率模块和MEMS传感器的封装领域,建立了较为完善的IDM经营模式。

目前,士兰微5英寸、6英寸芯片生产线已稳定运行,8英寸芯片生产线也顺利投产,陆续完成了高压BCD、超薄片槽栅IGBT、超结高压MOSFET、高密度沟槽栅 MOSFET、快回复二极管、MEMS传感器等工艺的研发。今年4月,士兰微推出了应用于家用电磁炉的1350V RC-IGBT系列产品,据悉其所开发的IGBT已在多个领域通过了客户的严格测试并导入量产。

华微电子

吉林华微电子股份有限公司成立于1999年,集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试及产品营销为一体,官网信息显示其拥有4英寸、5英寸与6英寸等多条功率半导体分立器件及IC芯片生产线,芯片加工能力为每年400万片,封装资源为24亿只/年,模块360万块/年。

华微电子主要生产功率半导体器件及IC,目前已形成IGBT、MOSFET、SCR、SBD、IPM、FRD、BJT等为营销主线的系列产品,其650V~1200V的Trench-FS IGBT平台产品已通过客户验证。今年4月,华微电子拟募投8英寸生产线项目,600V-1700V各种电压、电流等级IGBT芯片是该项目的重点之一。

江苏东光微电

江苏东光微电子股份有限公司成立于1998年,是国家四部委联合认定的第一批国家鼓励的集成电路企业。集芯片设计、芯片制造、封装测试、直销、售后服务于一体,以自主品牌在国内半导体分立器件和集成电路市场上建立了相当的影响力。具备六条生产线用于集成电路产品及半导体功率器件研制及生产。公司100%控股子公司东晨电子,东晨电子主要从事半导体封装业务。

重庆华润微

华润微电子(重庆)有限公司,即原中航(重庆)微电子有限公司,集半导体设计、研发、制造与服务一体化,以功率半导体器件、功率/模拟集成电路为产业基础,面向工业电子、消费电子、汽车电子、5G通讯市场。具备功率器件、GaN、MEMS传感器等技术开发和制造平台。

重庆华润微拥有国内第一条全内资8英寸专注功率器件晶圆生产线,月产能5.1万片,工艺能力0.18微米,以及一条8英寸特种工艺生产线。目前该公司已启动12英寸晶圆生产线及相关配套封测线建设规划,主要生产MOSFET、IGBT、电源管理芯片等功率半导体产品。

台基股份

湖北台基半导体股份有限公司成立于2004年,是是国内大功率半导体器件领域为数不多的掌握前道(扩散)技术、中道(芯片制成)技术、后道(封装测试)技术,并掌握大功率半导体器件设计、制造核心技术并形成规模化生产的企业。

扬杰科技

扬州扬杰电子科技股份有限公司成立于2006年8月,致力于功率半导体芯片及器件制造、集成电路封装测试等领域的产业发展,主营产品为各类电力电子器件芯片、功率二极管、整流桥、大功率模块、DFN/QFN产品、SGT MOS及碳化硅SBD、碳化硅JBS等。

据了解,在IGBT方面扬杰科技于2018年3月控股了一条位于宜兴的6英寸晶圆线,目前该生产线已经量产IGBT芯片,主要应用于电磁炉等小家电领域。扬杰科技在互动平台上表示,2018年度,公司IGBT芯片实际产出近6000片。

科达半导体

科达半导体有限公司成立于2007年,是由科达集团投资成立的高新技术企业,主要从事IGBT、FRD、MOSFET等新型功率半导体器件(电力电子器件)的设计、生产和销售,在深圳、浙江、山东等地区均设有销售中心。

2
设计

中环股份

天津中环半导体股份有限公司成立于1999年,公司主营业务包括高压器件、功率集成电路与器件、单晶硅和抛光片四大方面,形成了具有产品特征和行业属性强关联的多元化经营。公司主导产品电力电子器件用半导体区熔单晶-硅片综合实力全球前三,国外市场占有率超过18%,国内市场占有率超过80%;单晶晶体晶片的综合实力、整体产销规模、研发水平全球领先,先后开发了具有自主知识产权的转换效率超过24%的高效N型DW硅片,转换效率达到26%、“零衰减”的CFZ-DW(直拉区熔)硅片,高效N型硅片市场占有率稳居前列。目前公司已成功实现6英寸IGBT用区熔硅单晶材料的产业化技术,并成功研制出1200V Trench IGBT。

中科君芯

江苏中科君芯科技有限公司成立于2011年,是一家专注于IGBT、FRD等新型电力电子芯片研发的中外合资高科技企业。中科君芯前身是中国科学院微电子研究所、中国科学院微电子研究所、中国物联网研究与发展中心以及成都电子科大的三个研究团队,最早始于上世纪80年代。

中科君芯官网介绍称,公司目前形成具有市场竞争力的产品有650V、1200V、1700V系列IGBT芯片,并拥有222项专利,其中PCT专利12项。IGBT技术方面,中科君芯已开发出沟槽场终止(Trench -FS)电压650V-6500V、单芯片电流8A-400A全系列IGBT芯片,成功解决了沟槽栅沟槽成型技术、载流子增强技术、晶圆减薄技术、背面高能离子注入技术、背面激光退火技术等关键工艺技术。

科达半导体

科达半导体有限公司是由科达集团投资成立的高新技术企业,科达半导体是国内第一家拥有自主知识产权的IGBT、FRD芯片制造企业。公司拥有国内一流的设计研发团队,所设计研发的IGBT及FRD产品填补国内空白。

达新半导体

宁波达新半导体有限公司成立于2013年,是以海归博士为主创立的一家中外合资的高科技公司,主要从事IGBT、MOSFET、FRD等功率半导体芯片与器件的设计、制造和销售,拥有IGBT、MOSFET和FRD等功率半导体芯片的设计和工艺集成技术,建有IGBT产品性能测试、应用及可靠性试验室,拥有一条测试和制造手段完备IGBT模块研发生产线。

紫光微电子

无锡紫光微电子有限公司(原无锡同方微电子有限公司)成立于2006年,是紫光同芯微电子有限公司投资的一家高新技术企业,是一家专注于先进半导体功率器件和集成电路的设计研发、芯片加工、封装测试及产品销售的集成电路设计企业。

无锡新洁能

无锡新洁能股份有限公司成立于2013年,主营业务为MOSFET、IGBT等半导体功率器件的研发设计及销售,主要产品按照是否封装可分为芯片和封装成品,广泛应用于消费电子、汽车电子、工业电子以及新能源汽车/充电桩、智能装备 制造、物联网、光伏新能源等领域。

芯派科技

西安芯派电子科技有限公司成立于2008年,是一家集研发、生产和销售为一体的高新技术企业,产品包含低压至高压全系列MOSFET、IGBT、二极管、桥堆以及电源管理IC等。其总部位于西安,拥有省级重点实验室西安半导体功率器件测试应用中心。

3
制造

华虹宏力

上海华虹宏力半导体制造有限公司由原上海华虹NEC电子有限公司和上海宏力半导体制造有限公司新设合并而成,是全球首家提供场截止型绝缘栅双极型晶体管(FS IGBT)量产技术的8英寸集成电路芯片制造厂。

华虹宏力自2011年起就已成功量产了1200V非穿通型(NPT)IGBT;2013年600V-1200V FS IGBT实现量产,随后与多家合作单位陆续推出了600V、1200V、1700V等IGBT器件工艺,成功解决了IGBT的关键工艺问题,包括硅片翘曲及背面工艺能力等。据悉目前华虹宏力是国内唯一拥有IGBT全套背面加工工艺的晶圆代工企业,同时正在加速研发6500V超高压IGBT技术。

上海先进

上海先进半导体制造股份有限公司,前身为1988年由中荷合资成立的上海飞利浦半导体公司,拥有5英寸、6英寸、8英寸晶圆生产线,专注于模拟电路、功率器件的制造,自2004年开始提供IGBT国内、外代工业务。

上海先进2008年在国内建立IGBT背面工艺线,具备IGBT正面、背面、测试等完整的IGBT工艺能力,IGBT/FRD的电压范围覆盖650V、1200V、1700V、3300V、4500V、6500V,技术能力包括PT、NPT、Field Stop,以及平面、沟槽IGBT等。其6英寸晶圆厂专注于平面IGBT和FRD工艺平台,电压覆盖1200V~6500V,8英寸晶圆厂专注于Trench Field Stop IGBT工艺平台,电压覆盖450V~1700V。

中芯国际

中芯国际集成电路制造有限公司是中国内地技术最全面、配套最完善、规模最大、跨国经营的集成电路制造企业,提供0.35微米到28纳米8寸和12寸芯片代工与技术服务。

根据中芯国际官网介绍,其IGBT平台从2015年开始建立,着眼于最新一代场截止型IGBT结构,采用业界最先进及主流的背面加工工艺,包括Taiko背面减薄工艺、湿法刻蚀工艺、离子注入、背面激光退火及背面金属沉积工艺等,已完成整套深沟槽+薄片+场截止技术工艺的自主研发,并相应推出600V~1200V等器件工艺,技术参数可达到业界领先水平。

方正微电子

深圳方正微电子有限公司成立于2003年,由方正集团联合其他投资者共同创办,专注于为客户提供功率分立器件(如DMOS、IGBT、SBD和FRD)和功率集成电路(如BiCMOS、BCD和HV CMOS)等领域的晶圆制造技术。

根据官网介绍,方正微电子拥有两条6英寸晶圆生产线,月产能达6万片,产能规模居国内6英寸线前列,0.5微米/6英寸工艺批量生产能力跃居国内行业第二,未来月产能规划将达8万片。IGBT方面目前支持430V、600V Trench PT IGBT以及1200V、1700V Planar NPT IGBT等工艺及时。

华润上华

无锡华润上华科技有限公司隶属于华润集团旗下负责半导体业务的华润微电子有限公司。华润上华向客户提供广泛的晶圆制造技术,包括BCD、Mixed-Signal、HV CMOS、RFCMOS、Embedded-NVM、BiCMOS、Logic、MOSFET、IGBT、SOI、MEMS、Bipolar等标准工艺及一系列客制化工艺平台。

三安光电

三安光电股份有限公司主要从事全色系超高亮度LED外延片、芯片、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、微波通讯集成电路与功率器件、光通讯元器件等的研发、生产与销售,产品性能指标居国际先进水平。拥有1000级到10000级的现代化洁净厂房,千余台(套)国内外最先进的LED外延生长和芯片制造设备,在天津三安三期扩产完毕之时,MOCVD总数将达到100台以上,其规模为国内第一名,国际前十名。已实现年产外延片65万片,芯片200亿粒的生产规模。

华微电子

吉林华微电子股份有限公司是集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试及产品营销为一体的国家级高新技术企业,在中国功率半导体器件行业连续十年排名第一。公司拥有4英寸、5英寸与6英寸等多条功率半导体分立器件及IC芯片生产线,芯片加工能力为每年400万片,封装资源为24亿只/年,模块1800万块/年。公司主要生产功率半导体器件及IC,目前公司已形成IGBT、MOSFET、SCR、SBD、IPM、FRD、BJT等为营销主线的系列产品。

4
模组

嘉兴斯达

嘉兴斯达半导体股份有限公司成立于2005年4月,是一家专业从事功率半导体元器件尤其是IGBT模块研发、生产和销售服务的国家级高新技术企业,其主要产品为功率半导体元器件,包括IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC等,已成功开发近600种IGBT模块产品,电压等级涵盖100V~3300V,电流等级涵盖10A~3600A。

芯能半导体

深圳芯能半导体技术有限公司成立于2013年,目前芯能聚焦600V和1200V中小功率IGBT产品,IGBT单管、IPM、IGBT模块和HVIC四个领域都有完善的产品序列,产品性能国内领先。产品广泛应用于工业变频器、伺服驱动器、变频家电、电磁炉、工业电源、逆变焊机等领域;针对中大功率产品,芯能也能提供系统化解决方案:650V/450A和1200V/450A EconoDUAL智能IGBT功率模块、34mm模块、62mm模块等产品均得到终端客户的一致认可。

西安永电

西安中车永电电气有限公司成立于2005年,是中车永济电机有限公司全资控股的专门从事电力电子产品的研发、生产、销售、服务的高技术企业,主要产品包括IGBT?模块、IPM模块、整流管、晶闸管、组合元件等电力半导体器件,以及变流器、功率模块、城轨地面整流装置、地铁单向导通装置、充电机等装置。

2011年12月,陕西省工业和信息化厅在西安经济技术开发区北车永济研发中心主持召开了西安永电“6500V/600A、3300V/1200A、1700V/1200AIGBT模块”新产品新技术鉴定会。与会专家一致认为,其6500V/600A、3300V/1200A和1700V/1200AIGBT模块三种产品技术参数整体达到国际先进水平,其中6500V/600A产品指标达到国内水平,一致同意通过省级新产品鉴定。

宏微科技

江苏宏微科技股份有限公司成立于2006年8月,立足于电力电子元器件行业,业务范围包括设计、研发、生产和销售新型电力半导体芯片、分立器件及模块,如FRED、VDMOS、IGBT芯片、分立器件、标准模块及用户定制模块(CSPM),并提供高效节能电力电子装置的模块化设计、制造及系统的解决方案。

2018年,宏微科技与北汽新能源成立宏微-北汽新能源IGBT联合实验室,计划从芯片设计到模块设计与封装再到电机控制器设计与生产,联合打造电机控制器产业链。宏微科技年报显示,2018年其电动汽车用IGBT模块在SVG行业应用中逐步放量,同时客户定制化产品也开始批量销售。

威海新佳

威海新佳是IGBT国家标准和交流固态继电器行业标准起草单位之一,建有“国家高技术产业化示范工程”IGBT生产线、山东省电力电子器件工程技术研究中心,并先后承担过国家发改委新型电力电子器件产业化专项项目、工信部电子发展基金项目等多项国家和省部级项目。

银茂微电子

南京银茂微电子制造有限公司成立于2007年11月,是江苏银茂(控股)集团有限公司控股公司。官网介绍称,该公司一期项目以研发、制造和销售拥有自主知识产权的新型电力电子模块、全气密半气密高可靠性混合电路电子器件、大规模变流技术核心组件为主营业务,具备年产通用功率模块65万件和高压大功率模块10万件以上的生产能力,是目前国内最大的电力电子功率模块生产基地之一。

爱帕克

西安爱帕克电力电子有限公司成立于1995年12月,是由具有50多年悠久历史的世界上著名的专业功率半导体公司“美国国际整流器公司(IR)”与中国电力电子行业的先驱和开拓者“西安电力电子技术研究所(PERI)”共同投资兴建的专业封装大功率半导体模块的中美合资企业,是中国第一个专门研发和生产IGBT模块的合资公司。西安爱帕克公司的产品主要有IGBT模块、快恢复二极管模块、晶闸管模块、整流二极管模块。

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