IGBT是一種新型電力電子器件,被國際公認為第三次電力電子技術革命的代表產品,是工業控制與自動化領域的核心元件,其作用與人的心臟大致相同,可以根據工業設備的信號指示來調整電路中的電壓、電流、頻率、相位等,從而達到精確調節的目的。因此, IGBT在電力電子工業中被稱為“CPU”,在電機節能、軌道交通、智能電網、航空航天、家電、汽車電子、新能源發電、新能源汽車等領域得到了廣泛應用。
就 IGBT行業而言,比亞迪半導體和中車時代電氣可以說是中國本土最具代表性的兩家公司。該半導體公司是比亞迪的下屬公司。根據公開資料,比亞迪半導體成立于2004年10月15日,主要從事集成電路和功率器件的研發工作,目前主要產品包括功率半導體器件, IGBT功率模塊,電源管理 IC, CMOS圖像傳感器,傳感器檢測與控制。比亞迪半導體于2020年12月2日入選2020全球500強獨角獸企業。2015年6月1日,中國南車與中國北車合并,從而建立了中國中車。而且中車時代電氣,是中車中國的全資子公司。根據中車時代電氣的官網,該公司的業務范圍包括高鐵、機車、城市軌道、軌道工程機械、通信信號、大功率半導體、傳感器、海工設備、新能源汽車、環保、通用變頻器等,在全球20多個國家和地區均有銷售。
到2020年底,比亞迪和中車時代電氣的合并看起來是一種“機緣巧合”,兩家公司在12月30日發布了合并公告。該公司決定將其子公司比亞迪半導體分拆上市,中車時代電氣擬向上交所提交上市所需的A股招股說明書。事實上,在幾個月前,中國中車就已經發布公告,表示董事會已于2020年9月30日通過決議,同意中車時代電氣發行A股并在科創板上市。
㈠、回首2020年,由于下游市場需求依然旺盛,國內 IGBT市場供應緊張的情況并沒有緩解,反而愈演愈烈,加之國際 IGBT大廠自年初開始均受到全球新冠疫情持續影響,產能供給不足的問題至今仍難以解決。原本,正常的供應周期是7到8周。但是像英飛凌、安森美和美高森美等 IGBT供應商的供貨周期一般在13-30周之間,而且有延期的趨勢。
業界人士稱,原以進口 IGBT為主的廠商逐漸導入士蘭微、斯達半導體、中車時代電氣、比亞迪半導體等國產供應商,產業鏈的聯動因素也使華虹半導體、中芯紹興等上游 IGBT代工廠自2019年底以來一直處于產能過剩狀態,國內8英寸晶圓代工產能持續緊張。
據中芯紹興執行副總裁劉煊杰透露,紹興廠2020年第一季度的月產能可達10,000~15,000片,產能利用率在80%以上,第四季度產能可增至40,000片,預計2023年月產能可達100,000片, MOSFET、 IGBT、 MEMS等產能分布比例約為4:4:2。
由于IGBT供應不足,除代工廠外,其它廠家也紛紛擴大生產規模。從長沙開始的比亞迪IGBT項目設計了一條年產25萬片8英寸晶片的生產線;斯達半導IGBT模塊擴產項目投產后,新能源汽車IGBT模塊可年產120萬片;中車時代電氣今年計劃量產第六代IGBT模塊,8英寸IGBT模塊可年產24萬片;英飛凌宣布將增加在華投資,擴大其在無錫工廠的IGBT模塊生產線,并將成為英飛凌最大的IGBT生產基地之一。
所以,在市場需求的長期紅利和缺貨漲價的短期效應等背景下,國產 IGBT廠商的市場前景良好,無論是一級市場還是二級市場都受到投資者的青睞,加上斯達半導在科創板上市時驚人的20多倍漲幅,這些都促使其他 IGBT廠商加速進軍資本市場。
㈡、IGBT是大功率半導體器件,最大的特點在于其具有耐高壓的優點,不僅可用于600 V以下的低壓家用電器,還可用于電動汽車和新能源發電, IGBT最大限度地承受6500 V高壓電流,因此成為高壓直流輸電和高速電力牽引不可缺少的大功率器件。電動汽車所占的比例在2018年中國 IGBT市場份額最高,達30%,其它重要領域包括家用電器、新能源發電、工業控制、電網傳輸和軌道交通等。此外,在中國 IGBT應用市場中,工業控制、汽車和家用電器是三大主要領域。
在中國功率半導體市場規模再次超過全球市場50%的情況下,在中高端MOSFET和IGBT主流器件市場,高度依賴進口,基本被國外歐美日企業所壟斷。因為IGBT對設計和工藝的要求很高,而國內卻缺乏IGBT相關的技術人才,工藝基礎薄弱,企業產業化起步較晚,因而IGBT市場長期被國外大型跨國企業所壟斷,國內市場的產品供應不穩定;隨著國內市場的需求逐漸增加,供需矛盾日益突出。
以中國為例,作為全球最大的家用電器生產地區,家用電器的頻率變化帶來了對 IPM (IGBT模塊)的需求。在世界范圍內,中國地區生產的家用電器占全球的73%,彩色電視機占62%,冰箱53%,洗衣機38%。作為全球電子產品制造大國的中國,未來仍會有大量的 IGBT等功率器件需求。但是目前國內的 IPM模塊主要依靠進口,國產率不高。國際廠商占據 IPM市場的份額最大,三菱、英飛凌、安森美合計占60%以上。鑒于成本和服務響應性,國產替代需求強烈。與此同時國際大廠也逐漸退出該領域,國內廠家在中低壓產品上迎來了替代的良機。國產 IPM企業目前進入家用電器領域,除格力、美的部分自供外,僅有士蘭微有第三方供應商,國產率不到10%。此外,斯達半導體、江蘇宏微等國內企業也均在消費領域持續發力,有望提升國內企業的市場占有率。
另外,在新能源汽車國內 IGBT模塊市場上,英飛凌絕對領先,2019年的市場份額為58.2%。經過多年的技術積累,比亞迪逐步發展成為中國 IGBT市場份額第二的廠商。而軌道交通 IGBT作為中車時代電氣的市場切入點,不斷向電動汽車和智能電網市場拓展,2019年的市場份額將逐步上升至0.%。
盡管,比亞迪半導體主要面向新能源汽車市場,而中車時代電氣主要面向軌道交通、電網和風能等市場,兩家廠商面對的市場并不相同,但作為行業龍頭企業選擇在這個時間點開張上市,大舉進軍車用IGBT領域,預示著汽車IGBT賽道似乎將在2021年加速升溫。
IGBT廣泛應用于電動汽車,除電動汽車控制系統外,還可應用于車載空調控制系統和充電樁。僅從成本的角度來看,新能源電動車的成本結構最大的是電池,占總成本的40%~50%,其次是電機驅動系統,占總成本的15%~20%。在這些產品中,IGBT占到了傳動系統的一半,也就是說,IGBT占到了電動汽車成本的8%到10%,成電動汽車是第二大關鍵零部件,比如特斯拉ModelX,這款車型使用了英飛凌的132根IGBT管子,花費了650美元。
不論是比亞迪半導體,還是中車時代電氣,都是以 IDM模式運營的 IGBT廠商,分別獨立于比亞迪和中國中車的體系之外,資本運作更具靈活性,布局更具動態性,西門子拆分英飛凌,飛利浦拆分恩智浦,借助資本的力量發展,迅速搶占市場,獲取利潤。
工業上, IGBT已經接近了硅基材料的性能極限,而碳化硅(SiC)芯片則是電動汽車技術革新的必經之路。它能夠使新能源汽車的效率再提高10%,能夠有效地提高新能源汽車的效率。SiC功率器件與硅器件相比有三大優勢。首先是高壓特性。單片機設備的耐壓能力是同質單片機設備的10倍。第二,高頻率,高效率的特性, SiC裝置通常比 Si裝置工作頻率高10倍。三是耐高溫、損耗低, SiC芯片能工作600° C,而普通 Si器件最多能工作150° C;同時 SiC功率器件的能耗僅為 Si器件的50%左右,發熱量也僅為 Si器件的50%左右。
雖然比亞迪半導體已經表示將分拆上市,但目前尚未提交招股書。但中車時代電氣在招股書中表示,擬募資77.67億元人民幣用于軌道交通和新能源汽車等領域的項目建設,其中新能源汽車項目占主導地位,包括 IGBT和碳化硅(SiC)模塊等電驅系統,占5.037億元人民幣資金。