IGBT：功率器件領域最具發(fā)展前景的賽道

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ，絕緣柵雙極晶體管，是由BJT(雙極結型晶體管，即三極管）和MOSFET(金屬-氧化物半導體場效應晶體管）兩種結構復合而成的全控型電壓驅動式功率半導體器件。IGBT同時具備MOSFET輸入阻抗高、開關速度快、控制功率小、驅動電路簡單、開關損耗小以及BJT導通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點。因此,IGBT驅動功率小而飽和壓降低，是一種適合于中、大功率應用的電力電子器件,目前廣泛應用于650-6,500V的中高壓領域，是功率器件領域最具發(fā)展前景的賽道。

IGBT融合了BJT和MOSFET的結構

圖片來源： 電力電子技術與新能源

根據(jù)生產制造技術和下游應用場景的不同，IGBT 有單管、IGBT 模塊和智能功率模塊 IPM 三種類型。

IGBT 三種類型、特點及下游應用

數(shù)據(jù)來源：比亞迪微電子招股說明書，宏微科技招股說明書，芯八哥整理

此外，由于下游消費電子、新能源、軌道交通等應用場景不同，所需 IGBT電壓亦有所差異，根據(jù)電壓劃分，IGBT 包括超低壓、低壓、中壓和高壓等類型，不用應用領域的需求各所不同。其中新能源汽車、工業(yè)控制、家用電器等使用的 IGBT 以中壓為主，而軌道交通、新能源發(fā)電和智能電網(wǎng)等對電壓要求較高，主要使用高壓 IGBT 為主。

資料來源：芯八哥整理

英飛凌作為全球 IGBT龍頭企業(yè)，產品技術已成為本土廠商的對標。截至 2021 年，英飛凌產品已迭代至第七代。其中，第五代與第六代均屬于第四代的優(yōu)化版（第五代屬于大功率版第四代，第六代屬于高頻版第四代）。 IGBT 器件需要承受高電壓和大電流，對于穩(wěn)定性、可靠性要求較高。未來， IGBT 會朝著更小尺寸、更大晶圓、更薄厚度發(fā)展，并通過成本、功率密度、結溫、可靠性等方面的提升來實現(xiàn)整個芯片技術的進步。此外， IGBT 模塊的未來趨勢也將朝著更高的熱導率材料、更厚的覆銅層、更好的集成散熱功能和更高的可靠性發(fā)展。

英飛凌歷代IGBT芯片情況梳理

資料來源：英飛凌工業(yè)官微

需求端：下游大市場，IGBT 深度受益

2021 年全球 IGBT 市場規(guī)模約70.9 億美元，接近500億元人民幣規(guī)模。 2016~2020 年 CAGR 達 14%。中國市場約占全球市場的 40%。

全球 IGBT 市場規(guī)模（億美元）

數(shù)據(jù)來源：芯八哥整理

2020 年單管、 IPM、模塊市場規(guī)模占比為 24%、 22%、 54%。 

IGBT各細分市場規(guī)模占比

數(shù)據(jù)來源：芯八哥整理

根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)， 2020 年工業(yè)、家用、電動車、軌交、光伏、其他行業(yè)市場規(guī)模占比為 31%、 24%、 9%、 6%、 4%。

IGBT下游應用占比

數(shù)據(jù)來源：Yole，芯八哥整理

新能源車是 IGBT 的最大增量市場。IGBT 主要應用在新能源車的電機控制系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、車載充電機，在主逆變器中 IGBT 將高壓電池的直流電轉換為驅動三相電機的交流電，在車載充電機中 IGBT 將 220V 交流電轉換為直流電并為高壓電池充電，在 DC-DC 變換器中 IGBT 將高壓電池輸出的高電壓轉化成低電壓后供汽車低壓供電網(wǎng)絡使用；此外， IGBT 也廣泛應用在 PTC 加熱器、水泵、油泵、空調壓縮機等輔逆變器中，完成小功率 DC-AC 轉換。

IGBT 在新能源汽車應用較為廣泛

圖片來源：意法半導體

根據(jù) Strategy Analytics，純電動車功率半導體單車價值量達 330 美元（折合人民幣 2100 元）。一般 A00 乘用車 IGBT 單車價值量為 800 元，A 級電動車 IGBT 單車價值量為 2000 元。目前部分高端車型采用四驅系統(tǒng)（如理想 one），四驅系統(tǒng)采用兩個電控模塊，估算四驅車型 IGBT 單車價值量達 3200 元，考慮正常年份下IGBT 采購年降的影響，預計新能源車 IGBT 單車價值量維持在 1700元。

2021 年全球新能源車銷量達 650 萬輛，對應 IGBT 市場規(guī)模達 111 億元，中國新能源車銷量達 350 萬輛，對應 IGBT 市場規(guī)模達 60 億元。假設 2025、 2030 年全球新能源車銷量達 2250 萬輛（滲透率 25%）、 4500 萬輛（滲透率50%），對應 IGBT 市場規(guī)模達 383 億元、 765 億元， 2020~2025 年CAGR 達 48%、 2020~2030 年 CAGR 達 31%。

光伏&儲能是 IGBT 第二增量市場。IGBT 是光伏逆變器、儲能逆變器的核心器件，集中式光伏主要采用IGBT 模塊，分部式光伏主要采用 IGBT 單管或模塊（單相一般采用IGBT 單管，三相可選擇 IGBT 單管或模塊）。

光伏逆變器的作用是將光伏組件產生的直流電逆變成交流電

圖片來源：chinaprecede

光伏的功率半導體單 MW 價值量為 2000~5000 歐元，儲能功率半導體單 MW 價值量為 2500~3500 歐元，估算 IGBT 的單價為 3000 歐元/MW（折合 2100 萬元/GW）。根據(jù)固德威、錦浪科技的招股說明書，IGBT 占原材料采購成本的 11%~12%，原材料成本占營業(yè)成本的93%~94%，過去三年毛利率平均值為 35%，推算 IGBT 價值量占逆變器市場規(guī)模的 7%。

預計 2025、 2030 年光伏&儲能逆變器出貨量達 542、 1650GW，市場規(guī)模達 1500、 3999 億元，對應全球光伏&儲能 IGBT 市場規(guī)模達108、 280 億元， 2020~2025 年 CAGR 達 30%、 2020~2030 年CAGR 達 25%

白電領域： IGBT 主要應用于變頻空調、變頻冰箱、變頻洗衣機，主要產品為 IPM 和 IGBT 單管。 2020 年中國家用變頻空調出貨量為 8337 萬臺、滲透率為 58%，中國變頻洗衣機銷量達 2627 萬臺、滲透率為 42%，中國變頻冰箱銷量達 2506 萬臺、滲透率為 30%，假設未來每年變頻空調、變頻洗衣機、變頻冰箱滲透率提升 3%，變頻空調單臺 IGBT 價值量為 40 元，變頻冰箱、變頻洗衣機單臺 IGBT 價值量為 10 元，對應 2020、 2025、2030 年中國白電 IGBT 市場規(guī)模達 54、 70、 85 億元， 2020~2025 年CAGR 達 5%， 2020~2030 年 CAGR 達 5%。考慮中國空調產量占比達80%、冰箱產量占比達 60%、洗衣機產量占比達 40%，對應 2020、 2025、2030 年全球白電 IGBT 市場規(guī)模達 73、 94、 115 億元。

工業(yè)及其他領域：工控領域主要應用領域涵蓋變頻器、逆變焊機、 UPS 。2020 年全球 IGBT 市場規(guī)模達 67 億美元（折合人民幣459 億元），中國 IGBT 市場規(guī)模達 26 億美元（折合人民幣 179 億元），扣除新能源車、光伏儲能、白電領域市場需求，我們估算其他領域（主要包括工業(yè)、軌交、電源等領域）全球市場規(guī)模達 303 億元、中國市場規(guī)模達81 億元，預計未來全球、中國其他領域以 4%、 6%的增速穩(wěn)健增長，對應2025、 2030 年全球市場規(guī)模達 369、 449 億元，中國市場規(guī)模達 109、146 億元。

綜上所述，全球IGBT市場將在2025年成為千億級別市場，其中新能源汽車和新能源發(fā)電領域貢獻巨大。

供給端：海外巨頭壟斷，國產廠商有所突破

從全球 IGBT 競爭格局來看，行業(yè)較為集中， 根據(jù) Yole， 2020 年行業(yè) CR3達 50%，英飛凌是行業(yè)絕對龍頭、市占率達 27%。

2020 年全球 IGBT 競爭格局

數(shù)據(jù)來源：Yole，芯八哥整理

分產品類型來看：

IGBT 單管主要應用于小功率家用電器、分部式光伏逆變器、小功率變頻器，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。 2020 年行業(yè) CR3 達 53%，英飛凌是行業(yè)絕對龍頭、市占率超 29%，國內士蘭微市占率達 2.6%、位居第十名。

2020 年全球 IGBT 單管市場競爭格局

數(shù)據(jù)來源：Omdia，芯八哥整理

IPM 模塊應用于白色家電中的變頻空調、變頻洗衣機，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。 2020 年行業(yè) CR3 達 62%， 三菱是行業(yè)絕對龍頭、市占率達 33%，國內士蘭微市占率達 1.6%、位居第九名，華微電子市占率為 0.9%、位居第十名。

2020 年全球 IPM 模塊市場競爭格局

數(shù)據(jù)來源：Omdia，芯八哥整理

IGBT 模塊應用于大功率變頻器、電焊機、新能源車、集中式光伏等領域，制造工藝為灌膠工藝。 2020 年行業(yè) CR3 達 58%， 英飛凌是行業(yè)絕對龍頭、市占率達 36%，國內斯達半導市占率達 2.8%、位居第六名。

2020 年全球 IGBT 模塊市場競爭格局

數(shù)據(jù)來源：Omdia，芯八哥整理

國產替代：缺貨+漲價，國產廠商正加速崛起

根據(jù) Yole，從產量來看， 2015 年國內自給率為 10%、 2021 年國內自給率僅19%， 行業(yè)自給率緩慢提升?？紤]海外產品規(guī)格更高、預計從市場規(guī)?？趶絹砜磭a化率更低。

數(shù)據(jù)來源：Yole，芯八哥整理 

分行業(yè)來看，新能源車國產率較高，光伏國產化率接近于 0。

新能源車：得益于近年來中國新能源車市場蓬勃發(fā)展，帶動國內 IGBT 廠商快速成長，新能源車國產化率相較較高， 2019 年比亞迪、斯達市占率達 20%、 17%。2020 年斯達半導生產的汽車級 IGBT 模塊合計配套超過 20 萬套新能源車汽車、市占率達 15%。

2019 年中國新能源車用 IGBT 競爭格局（配套量口徑）

數(shù)據(jù)來源：佐思汽研，芯八哥整理

光伏&儲能： 2020 年國內該領域國產化率接近為 0。 根據(jù)固德威 2021 年年報， “IGBT 元器件國內生產商較少，與進口部件相比，產品穩(wěn)定性、技術指標存在一定差異。目前，國產 IGBT 元器件、IC 半導體的性能穩(wěn)定性及相關技術指標未能完全滿足公司產品的技術要求，預計短期內不能完全實現(xiàn)進口替代。 ”

工業(yè)： 斯達半導是國內工控 IGBT龍頭， 2019、 2020 年斯達工控和電源行業(yè)收入達 6、 7 億元， 對應市占率約為 7%、 9%，工控行業(yè)國產化率較低。

2020 年以來，需求端得益于新能源車、光伏需求爆發(fā)，供給端海外疫情反復限制海外產能， IGBT 供需失衡，海外大廠交期持續(xù)上升，價格持續(xù)上升。

供不應求的背景下，國產化率進程取決于產能釋放速度， 2022 年國產化率有望達 37%。 從國內 IDM 模式的龍頭 IGBT 產能規(guī)劃來看，比亞迪半導、中車時代 2022 年 8 寸晶圓產能均實現(xiàn)翻倍增長， 從國內 Fab 廠（華虹半導、中芯紹興、先進積塔） IGBT 產能規(guī)劃來看亦能實現(xiàn) 60%以上成長，從產能數(shù)據(jù)來看， 估算 2022 年國內產能同增 90%+， 我們估算 2022年國內上市公司 IGBT 收入有望實現(xiàn)翻倍增長，國產率達 37%。

資料來源：公司公告，芯八哥整理

從最新公布的Q2業(yè)績表現(xiàn)來看，斯達半導與揚杰科技凈利潤均創(chuàng)下單季度歷史新高。

其中，斯達半導上半年主營業(yè)務收入穩(wěn)步快速增長，產品在新能源汽車、清潔能源、儲能等行業(yè)持續(xù)快速放量，新能源行業(yè)收入占比從2021年的33.48%提升至2022年上半年的47.37%;

揚杰科技也表示，產品在汽車電子、清潔能源等新興應用領域持續(xù)快速放量，今年上半年，MOSFET、IGBT、SiC等新品的銷售收入同比增長均超過100%。

時代電氣IGBT二期產能利用率已接近90%，較Q1進一步提升，且良品率已超過80%。

國內四家車規(guī)級IGBT廠商對比

數(shù)據(jù)來源： 相關企業(yè)公開信息，芯八哥整理

行業(yè)發(fā)展前景：IGBT成香餑餑

趨勢一：IGBT供不應求將持續(xù)較長時間

從2020年7月起，整個半導體行業(yè)內產品的供給出現(xiàn)不同程度的緊張，到10月前面缺貨問題全面爆發(fā)，2021年5月半導體缺貨問題達到最高峰，整個行業(yè)供需完全失衡。由于產能的持續(xù)緊張, 2021年IGBT產品貨期也持續(xù)拉長，且在Q3仍未出現(xiàn)緩解的現(xiàn)象。英飛凌、安森美和Microsemi部分IGBT產品的貨期已經延長至39-52周，價格也持續(xù)在上漲，雖然市場預測2022年供需缺口將會緩解，但英飛凌表示，IGBT的供需缺口可能在2023才會緩解。

趨勢二：IGBT國產化進度加快

隨著全球制造業(yè)向中國轉移，中國已逐漸成為全球最大的IGBT市場。在強大的市場需求驅動下，一批具備IGBT相關經驗的海外華人歸國投身IGBT行業(yè)。與此同時，中國政府陸續(xù)出臺相關政策鼓勵IGBT行業(yè)發(fā)展，刺激IGBT企業(yè)攻克卡脖子難題。在產業(yè)政策和市場需求的強大驅動下，IGBT國產化進程加速。從國產替代的進程來看，中車時代電氣全面掌握了晶閘管、整流管、IGCT、IGBT、SiC器件及功率組件等功率半導體產品技術，在高鐵IGBT等重點領域具備了扎實的實力。斯達半導擁有第七代IGBT技術，全面應用在車載、光伏、風電、工控和家電中，且基于第七代IGBT技術的車規(guī)芯片研發(fā)成功，預計與2022年開始批量供貨。其他公司在工控、光伏和風電等領域的國產替代化進度尚可，但在新能源汽車等高端領域的進度相對緩慢。

趨勢三：車規(guī)級IGBT有望成為最大下游市場

隨著《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》的發(fā)布，新能源汽車已成為全球汽車產業(yè)轉型的主要方向和促進世界經濟持續(xù)增長的重要引擎，全球及中國新能源汽車銷量持續(xù)走高。在雙碳背景下，新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油車已是大勢所趨，未來新能源汽車的銷量有望進一步大幅增加。新能源汽車是中國IGBT下游最大的需求方，占比達到約31%，因此，車規(guī)級IGBT極有可能成為IGBT最大的下游市場。中國車規(guī)級IGBT行業(yè)集中度極高，CR4高達84.4%，CR2高達76.2%，前10家供應商僅3家為國產品牌，英飛凌一家獨占58.2%的市場份額，比亞迪半導體是中國市場上最有能力挑戰(zhàn)英飛凌的本土廠商，但是市場份額僅占18%，本土IGBT龍頭廠商斯達半導在車規(guī)級IGBT進展較慢, 市占率僅為1.6%，車規(guī)級IGBT國產化空間巨大。