一、隔離晶元綜述
隔離晶元指晶元輸入和輸出之間具備電氣隔離特性的晶元，電氣隔離的目的包括高低壓電路絕緣、隔離雜訊、匹配電平等。在高壓系統或者多電路連接系統中，出於安規或者電氣隔離的要求，需要用到隔離晶元。
根據功能不同，隔離晶元可以分為數字隔離晶元、隔離驅動晶元、隔離採樣晶元三。類。其中，按照功能不同，數字隔離晶元又可以分為數字隔離器、隔離通訊介面（CAN、LIN、485等），數字隔離器主要用於將輸入信號傳遞到與輸入隔離的輸出埠，隔離通訊介面則加入了通訊協議的解析功能，可以將通訊鏈路上的信號轉化成MCU/SoC易處理的格式。隔離驅動晶元又可以分為單管、半橋驅動等，主要區別是能夠同時驅動的MOSFET/IGBT數量不同，單管為1個，半橋為2個。隔離採樣晶元可以分為電壓採樣、電流採樣、隔離放大器、ADC等，電壓/電流採樣主要面向信號直采，隔離放大器則應用於感測器後端信號處理，ADC用於模數轉換。
隔離晶元分類（按功能）
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二、隔離晶元技術發展背景
從技術路線上來說，隔離器件可以分為光耦和數字隔離晶元兩種。其中光耦合組件是最早的隔離器，也稱為光耦隔離器或光耦合器。光隔離器是一種器件，有兩個二極體，一個是光源或發射器，通常是一個發光二極體（LED），另一個作為光電感測器的光電二極體。LED將電輸入信號轉換為光，光電二極體檢測入射光，並根據入射光產生相應的電能，以此實現電氣隔離。在1990年代後期以CMOS為基礎的數字隔離器發展出來之前，光耦基本上是唯一的隔離解決方案。但由於光電二/三極體特性限制無法實現高頻傳輸且功耗較大，此外常見的光耦用電介質空氣和環氧樹脂介電強度有限，隔離性能較差。
數字隔離器件是使用半導體工藝技術來創建通過隔離屏障傳輸數據的變壓器或電容器。其中數字隔離主要為磁感隔離晶元（簡稱「磁耦」）、電容耦合隔離晶元（簡稱「容耦」）和巨磁阻隔離等類型，巨磁阻隔離的應用相對較少。近年來容耦和磁耦，由於其傳輸速度更高、絕緣性能更好（一般採用SiO2或Polyimide聚醯亞胺作為電介質）的特點，快速替代光耦器件。
光耦和數字隔離晶元對比
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從具體性能上來看，相比光耦，容耦在隔離強度、速度、功耗上有較大優勢；相比磁耦，容耦在成本和EMI（電磁干擾）上有一定優勢，屬於性價比較優的選擇。對於第三代半導體，由於開關速度較快，對CMTI（表徵隔離性能的參數），採用容耦或磁耦方案已成為必須。在汽車、新能源發電、工業等成本相對不敏感、同時對性能有較高要求的領域，容耦晶元已替代掉光耦的大部分份額，光耦晶元主要應用於消費電子等低端場景，磁耦晶元則主要應用在高端場景中。
不同隔離器件性能指標對比情況
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相關報告：華經產業研究院發布的《2022-2027年中國數字隔離晶元市場全景評估及投資規劃建議報告》
三、隔離晶元產業鏈
從產業鏈來看，隔離晶元上游為原材料及電子元器件，下游應用領域主要包括：1）新能源汽車OBC、主驅以及充電樁中的通訊、驅動、信號採樣；2）光伏發電系統中的通訊、驅動、信號採樣；3）伺服器電源、基站電源中多機通訊互連、板級通訊、信號採樣等；4）工業變頻器、伺服驅動中的通訊、驅動、信號採樣。
隔離晶元產業鏈
資料來源：華經產業研究院整理
四、隔離晶元行業現狀分析
從全球隔離晶元市場來看，根據Markets and Markets數據，2022年全球數字隔離晶元市場規模預計約18億美元，預計到2027年增長至27億美元，2022-2027年CAGR為8.45%。
從下游應用來看，工業和汽車電子是數字隔離晶元的兩個最大應用領域，2020年佔比分別達到28.58%和16.84%，預計到2026年達到28.80%和16.79%。
2020-2026年全球數字隔離晶元下游應用佔比情況
資料來源：Markets and Markets，華經產業研究院整理
從細分市場柵級驅動市場規模來看，根據Yole數據，2021年全球柵極驅動晶元市場規模約16.78億美金，預期到2027年將達到27.32億美金，2020-2030年CAGR=8.5%。
2021-2027年全球柵級驅動晶元市場規模及增速
資料來源：Yole，華經產業研究院整理
五、隔離晶元行業競爭格局
從市場競爭格局來看，歐美半導體公司在數字隔離晶元領域起步較早，並在長期以來佔據了市場的主導地位。根據Markets and Markets的統計數據，2020年TI、Silicon Labs、ADI、Broadcom（博通公司）以及Infineon佔全球數字隔離類晶元的市場規模為40%-50%，剩餘市場主要被NVE公司、ROHM（羅姆半導體）、MAXIM（美信公司）、Vicor公司、ON（安森美半導體）等公司佔據。
2020年全球數字隔離晶元行業競爭格局情況
資料來源：納芯微招股說明書，華經產業研究院整理
納芯微是一家聚焦高性能、高可靠性模擬集成電路研發和銷售的集成電路設計企業，產品在技術領域覆蓋模擬及混合信號晶元，目前已能提供800餘款可供銷售的產品型號，廣泛應用於信息通訊、工業控制、汽車電子和消費電子等領域。從隔離晶元情況來看，根據Markets and Markets的數據，2020年全球數字隔離類晶元的出貨量為7.01億顆，2020年公司數字隔離類晶元產品出貨量達到3586.71萬顆，市場佔有率為5.12%。
2019-2021年納芯微隔離與介面晶元業務各領域營收
資料來源：公司公告，華經產業研究院整理
六、隔離晶元行業發展趨勢
1、隔離晶元在汽車中有兩大應用領域對應的正是汽車電子兩大發展趨勢：電動化和智能化。近年來隨著電池成本的降低、電池和動力系統可靠性的提升，新能源汽車銷量快速增長。據IEA數據，2021年全球新能源汽車銷量達到660萬輛，同比增長121.48%。隨著未來新能源汽車滲透率不斷提升，預期對應的大小三電系統隔離晶元需求將維持快速成長態勢。
2016-2021年全球新能源汽車銷量及增速情況
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2、在新能源發電和儲能系統中，隔離晶元主要用於實現逆變器、變流器、PCS等設備中的隔離、採樣、通信等功能，是電力電子變換器不可或缺的晶元組件。此外在儲能電站的BMS系統中，隔離晶元亦廣泛應用於板間通訊，用以隔絕高壓和信號干擾。
近年各國相繼提出碳達峰、碳中和目標，新能源裝機需求快速成長，隨著新能源裝機需求成長，電網的調頻、調峰能力受到挑戰，儲能需求亦迎來快速成長期。未來隨著新能源發電裝機量和儲能裝機量的增長，隔離晶元需求亦將受益。
3、在通訊領域-5G基站中，隔離晶元主要應用於一次、二次電源系統的驅動、採樣和通訊。根據工信部數據，2021年，中國移動通信基站總數達996萬個，全年凈增65萬個。其中4G基站達590萬個，5G基站為142.5萬個，全年新建5G基站超過65萬個，2022年預計建設5G基站超過60萬個。隨著宏站逐步建設完成，5G基站建設逐步轉向小站階段，預計未來國內5G基站建設數量趨於平穩。
2019-2022年中國5G通信基站新建及累計建站數量
資料來源：工信部，華經產業研究院整理
4、在工業變頻器、伺服驅動、PLC中也有隔離晶元的應用場景，隔離晶元主要應用於IGBT/MOSFET驅動、通訊介面等場景。在PLC中，隔離晶元還可以作為I/O介面，對外輸出信號，並隔離外部雜訊干擾。
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