IGBT：功率器件領(lǐng)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(jié)型晶體管，即三極管）和MOSFET(金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）兩種結(jié)構(gòu)復(fù)合而成的全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。IGBT同時(shí)具備MOSFET輸入阻抗高、開關(guān)速度快、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開關(guān)損耗小以及BJT導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn)。因此,IGBT驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低，是一種適合于中、大功率應(yīng)用的電力電子器件,目前廣泛應(yīng)用于650-6,500V的中高壓領(lǐng)域，是功率器件領(lǐng)域最具發(fā)展前景的賽道。

IGBT融合了BJT和MOSFET的結(jié)構(gòu)

圖片來(lái)源： 電力電子技術(shù)與新能源

根據(jù)生產(chǎn)制造技術(shù)和下游應(yīng)用場(chǎng)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(diǎn)及下游應(yīng)用

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

此外，由于下游消費(fèi)電子、新能源、軌道交通等應(yīng)用場(chǎng)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(yīng)用領(lǐng)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(duì)電壓要求較高，主要使用高壓 IGBT 為主。

資料來(lái)源：芯八哥整理

英飛凌作為全球 IGBT龍頭企業(yè)，產(chǎn)品技術(shù)已成為本土廠商的對(duì)標(biāo)。截至 2021 年，英飛凌產(chǎn)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(duì)于穩(wěn)定性、可靠性要求較高。未來(lái)， IGBT 會(huì)朝著更小尺寸、更大晶圓、更薄厚度發(fā)展，并通過(guò)成本、功率密度、結(jié)溫、可靠性等方面的提升來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)芯片技術(shù)的進(jìn)步。此外， IGBT 模塊的未來(lái)趨勢(shì)也將朝著更高的熱導(dǎo)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(lái)源：英飛凌工業(yè)官微

需求端：下游大市場(chǎng)，IGBT 深度受益

2021 年全球 IGBT 市場(chǎng)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(dá) 14%。中國(guó)市場(chǎng)約占全球市場(chǎng)的 40%。

全球 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模（億美元）

數(shù)據(jù)來(lái)源：芯八哥整理

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

IGBT各細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模占比

數(shù)據(jù)來(lái)源：芯八哥整理

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

IGBT下游應(yīng)用占比

數(shù)據(jù)來(lái)源：Yole，芯八哥整理

新能源車是 IGBT 的最大增量市場(chǎng)。IGBT 主要應(yīng)用在新能源車的電機(jī)控制系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)，在主逆變器中 IGBT 將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)的交流電，在車載充電機(jī)中 IGBT 將 220V 交流電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化成低電壓后供汽車低壓供電網(wǎng)絡(luò)使用；此外， IGBT 也廣泛應(yīng)用在 PTC 加熱器、水泵、油泵、空調(diào)壓縮機(jī)等輔逆變器中，完成小功率 DC-AC 轉(zhuǎn)換。

IGBT 在新能源汽車應(yīng)用較為廣泛

圖片來(lái)源：意法半導(dǎo)體

根據(jù) Strategy Analytics，純電動(dòng)車功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量達(dá) 330 美元（折合人民幣 2100 元）。一般 A00 乘用車 IGBT 單車價(jià)值量為 800 元，A 級(jí)電動(dòng)車 IGBT 單車價(jià)值量為 2000 元。目前部分高端車型采用四驅(qū)系統(tǒng)（如理想 one），四驅(qū)系統(tǒng)采用兩個(gè)電控模塊，估算四驅(qū)車型 IGBT 單車價(jià)值量達(dá) 3200 元，考慮正常年份下IGBT 采購(gòu)年降的影響，預(yù)計(jì)新能源車 IGBT 單車價(jià)值量維持在 1700元。

2021 年全球新能源車銷量達(dá) 650 萬(wàn)輛，對(duì)應(yīng) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 111 億元，中國(guó)新能源車銷量達(dá) 350 萬(wàn)輛，對(duì)應(yīng) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 60 億元。假設(shè) 2025、 2030 年全球新能源車銷量達(dá) 2250 萬(wàn)輛（滲透率 25%）、 4500 萬(wàn)輛（滲透率50%），對(duì)應(yīng) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 383 億元、 765 億元， 2020~2025 年CAGR 達(dá) 48%、 2020~2030 年 CAGR 達(dá) 31%。

光伏&儲(chǔ)能是 IGBT 第二增量市場(chǎng)。IGBT 是光伏逆變器、儲(chǔ)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(chǎn)生的直流電逆變成交流電

圖片來(lái)源：chinaprecede

光伏的功率半導(dǎo)體單 MW 價(jià)值量為 2000~5000 歐元，儲(chǔ)能功率半導(dǎo)體單 MW 價(jià)值量為 2500~3500 歐元，估算 IGBT 的單價(jià)為 3000 歐元/MW（折合 2100 萬(wàn)元/GW）。根據(jù)固德威、錦浪科技的招股說(shuō)明書，IGBT 占原材料采購(gòu)成本的 11%~12%，原材料成本占營(yíng)業(yè)成本的93%~94%，過(guò)去三年毛利率平均值為 35%，推算 IGBT 價(jià)值量占逆變器市場(chǎng)規(guī)模的 7%。

預(yù)計(jì) 2025、 2030 年光伏&儲(chǔ)能逆變器出貨量達(dá) 542、 1650GW，市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 1500、 3999 億元，對(duì)應(yīng)全球光伏&儲(chǔ)能 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá)108、 280 億元， 2020~2025 年 CAGR 達(dá) 30%、 2020~2030 年CAGR 達(dá) 25%

白電領(lǐng)域： IGBT 主要應(yīng)用于變頻空調(diào)、變頻冰箱、變頻洗衣機(jī)，主要產(chǎn)品為 IPM 和 IGBT 單管。 2020 年中國(guó)家用變頻空調(diào)出貨量為 8337 萬(wàn)臺(tái)、滲透率為 58%，中國(guó)變頻洗衣機(jī)銷量達(dá) 2627 萬(wàn)臺(tái)、滲透率為 42%，中國(guó)變頻冰箱銷量達(dá) 2506 萬(wàn)臺(tái)、滲透率為 30%，假設(shè)未來(lái)每年變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)、變頻冰箱滲透率提升 3%，變頻空調(diào)單臺(tái) IGBT 價(jià)值量為 40 元，變頻冰箱、變頻洗衣機(jī)單臺(tái) IGBT 價(jià)值量為 10 元，對(duì)應(yīng) 2020、 2025、2030 年中國(guó)白電 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 54、 70、 85 億元， 2020~2025 年CAGR 達(dá) 5%， 2020~2030 年 CAGR 達(dá) 5%?？紤]中國(guó)空調(diào)產(chǎn)量占比達(dá)80%、冰箱產(chǎn)量占比達(dá) 60%、洗衣機(jī)產(chǎn)量占比達(dá) 40%，對(duì)應(yīng) 2020、 2025、2030 年全球白電 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 73、 94、 115 億元。

工業(yè)及其他領(lǐng)域：工控領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋變頻器、逆變焊機(jī)、 UPS 。2020 年全球 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 67 億美元（折合人民幣459 億元），中國(guó) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 26 億美元（折合人民幣 179 億元），扣除新能源車、光伏儲(chǔ)能、白電領(lǐng)域市場(chǎng)需求，我們估算其他領(lǐng)域（主要包括工業(yè)、軌交、電源等領(lǐng)域）全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 303 億元、中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)81 億元，預(yù)計(jì)未來(lái)全球、中國(guó)其他領(lǐng)域以 4%、 6%的增速穩(wěn)健增長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)2025、 2030 年全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 369、 449 億元，中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 109、146 億元。

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

供給端：海外巨頭壟斷，國(guó)產(chǎn)廠商有所突破

從全球 IGBT 競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，行業(yè)較為集中， 根據(jù) Yole， 2020 年行業(yè) CR3達(dá) 50%，英飛凌是行業(yè)絕對(duì)龍頭、市占率達(dá) 27%。

2020 年全球 IGBT 競(jìng)爭(zhēng)格局

數(shù)據(jù)來(lái)源：Yole，芯八哥整理

分產(chǎn)品類型來(lái)看：

IGBT 單管主要應(yīng)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(dá) 53%，英飛凌是行業(yè)絕對(duì)龍頭、市占率超 29%，國(guó)內(nèi)士蘭微市占率達(dá) 2.6%、位居第十名。

2020 年全球 IGBT 單管市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

數(shù)據(jù)來(lái)源：Omdia，芯八哥整理

IPM 模塊應(yīng)用于白色家電中的變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。 2020 年行業(yè) CR3 達(dá) 62%， 三菱是行業(yè)絕對(duì)龍頭、市占率達(dá) 33%，國(guó)內(nèi)士蘭微市占率達(dá) 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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

數(shù)據(jù)來(lái)源：Omdia，芯八哥整理

IGBT 模塊應(yīng)用于大功率變頻器、電焊機(jī)、新能源車、集中式光伏等領(lǐng)域，制造工藝為灌膠工藝。 2020 年行業(yè) CR3 達(dá) 58%， 英飛凌是行業(yè)絕對(duì)龍頭、市占率達(dá) 36%，國(guó)內(nèi)斯達(dá)半導(dǎo)市占率達(dá) 2.8%、位居第六名。

2020 年全球 IGBT 模塊市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

數(shù)據(jù)來(lái)源：Omdia，芯八哥整理

國(guó)產(chǎn)替代：缺貨+漲價(jià)，國(guó)產(chǎn)廠商正加速崛起

根據(jù) Yole，從產(chǎn)量來(lái)看， 2015 年國(guó)內(nèi)自給率為 10%、 2021 年國(guó)內(nèi)自給率僅19%， 行業(yè)自給率緩慢提升?？紤]海外產(chǎn)品規(guī)格更高、預(yù)計(jì)從市場(chǎng)規(guī)模口徑來(lái)看國(guó)產(chǎn)化率更低。

數(shù)據(jù)來(lái)源：Yole，芯八哥整理 

分行業(yè)來(lái)看，新能源車國(guó)產(chǎn)率較高，光伏國(guó)產(chǎn)化率接近于 0。

新能源車：得益于近年來(lái)中國(guó)新能源車市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)國(guó)內(nèi) IGBT 廠商快速成長(zhǎng)，新能源車國(guó)產(chǎn)化率相較較高， 2019 年比亞迪、斯達(dá)市占率達(dá) 20%、 17%。2020 年斯達(dá)半導(dǎo)生產(chǎn)的汽車級(jí) IGBT 模塊合計(jì)配套超過(guò) 20 萬(wàn)套新能源車汽車、市占率達(dá) 15%。

2019 年中國(guó)新能源車用 IGBT 競(jìng)爭(zhēng)格局（配套量口徑）

數(shù)據(jù)來(lái)源：佐思汽研，芯八哥整理

光伏&儲(chǔ)能： 2020 年國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化率接近為 0。 根據(jù)固德威 2021 年年報(bào)， “IGBT 元器件國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商較少，與進(jìn)口部件相比，產(chǎn)品穩(wěn)定性、技術(shù)指標(biāo)存在一定差異。目前，國(guó)產(chǎn) IGBT 元器件、IC 半導(dǎo)體的性能穩(wěn)定性及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)未能完全滿足公司產(chǎn)品的技術(shù)要求，預(yù)計(jì)短期內(nèi)不能完全實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。 ”

工業(yè)： 斯達(dá)半導(dǎo)是國(guó)內(nèi)工控 IGBT龍頭， 2019、 2020 年斯達(dá)工控和電源行業(yè)收入達(dá) 6、 7 億元， 對(duì)應(yīng)市占率約為 7%、 9%，工控行業(yè)國(guó)產(chǎn)化率較低。

2020 年以來(lái)，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(fù)限制海外產(chǎn)能， IGBT 供需失衡，海外大廠交期持續(xù)上升，價(jià)格持續(xù)上升。

供不應(yīng)求的背景下，國(guó)產(chǎn)化率進(jìn)程取決于產(chǎn)能釋放速度， 2022 年國(guó)產(chǎn)化率有望達(dá) 37%。 從國(guó)內(nèi) IDM 模式的龍頭 IGBT 產(chǎn)能規(guī)劃來(lái)看，比亞迪半導(dǎo)、中車時(shí)代 2022 年 8 寸晶圓產(chǎn)能均實(shí)現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)， 從國(guó)內(nèi) Fab 廠（華虹半導(dǎo)、中芯紹興、先進(jìn)積塔） IGBT 產(chǎn)能規(guī)劃來(lái)看亦能實(shí)現(xiàn) 60%以上成長(zhǎng)，從產(chǎn)能數(shù)據(jù)來(lái)看， 估算 2022 年國(guó)內(nèi)產(chǎn)能同增 90%+， 我們估算 2022年國(guó)內(nèi)上市公司 IGBT 收入有望實(shí)現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)率達(dá) 37%。

資料來(lái)源：公司公告，芯八哥整理

從最新公布的Q2業(yè)績(jī)表現(xiàn)來(lái)看，斯達(dá)半導(dǎo)與揚(yáng)杰科技凈利潤(rùn)均創(chuàng)下單季度歷史新高。

其中，斯達(dá)半導(dǎo)上半年主營(yíng)業(yè)務(wù)收入穩(wěn)步快速增長(zhǎng)，產(chǎn)品在新能源汽車、清潔能源、儲(chǔ)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(yáng)杰科技也表示，產(chǎn)品在汽車電子、清潔能源等新興應(yīng)用領(lǐng)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(zhǎng)均超過(guò)100%。

時(shí)代電氣IGBT二期產(chǎn)能利用率已接近90%，較Q1進(jìn)一步提升，且良品率已超過(guò)80%。

國(guó)內(nèi)四家車規(guī)級(jí)IGBT廠商對(duì)比

數(shù)據(jù)來(lái)源： 相關(guān)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(shì)一：IGBT供不應(yīng)求將持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間

從2020年7月起，整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)產(chǎn)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(dǎo)體缺貨問題達(dá)到最高峰，整個(gè)行業(yè)供需完全失衡。由于產(chǎn)能的持續(xù)緊張, 2021年IGBT產(chǎn)品貨期也持續(xù)拉長(zhǎng)，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(chǎn)品的貨期已經(jīng)延長(zhǎng)至39-52周，價(jià)格也持續(xù)在上漲，雖然市場(chǎng)預(yù)測(cè)2022年供需缺口將會(huì)緩解，但英飛凌表示，IGBT的供需缺口可能在2023才會(huì)緩解。

趨勢(shì)二：IGBT國(guó)產(chǎn)化進(jìn)度加快

隨著全球制造業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移，中國(guó)已逐漸成為全球最大的IGBT市場(chǎng)。在強(qiáng)大的市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，一批具備IGBT相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的海外華人歸國(guó)投身IGBT行業(yè)。與此同時(shí)，中國(guó)政府陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)I(lǐng)GBT行業(yè)發(fā)展，刺激IGBT企業(yè)攻克卡脖子難題。在產(chǎn)業(yè)政策和市場(chǎng)需求的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)下，IGBT國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速。從國(guó)產(chǎn)替代的進(jìn)程來(lái)看，中車時(shí)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(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)，在高鐵IGBT等重點(diǎn)領(lǐng)域具備了扎實(shí)的實(shí)力。斯達(dá)半導(dǎo)擁有第七代IGBT技術(shù)，全面應(yīng)用在車載、光伏、風(fēng)電、工控和家電中，且基于第七代IGBT技術(shù)的車規(guī)芯片研發(fā)成功，預(yù)計(jì)與2022年開始批量供貨。其他公司在工控、光伏和風(fēng)電等領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代化進(jìn)度尚可，但在新能源汽車等高端領(lǐng)域的進(jìn)度相對(duì)緩慢。

趨勢(shì)三：車規(guī)級(jí)IGBT有望成為最大下游市場(chǎng)

隨著《新能源汽車產(chǎn)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(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的主要方向和促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的重要引擎，全球及中國(guó)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(shì)所趨，未來(lái)新能源汽車的銷量有望進(jìn)一步大幅增加。新能源汽車是中國(guó)IGBT下游最大的需求方，占比達(dá)到約31%，因此，車規(guī)級(jí)IGBT極有可能成為IGBT最大的下游市場(chǎng)。中國(guó)車規(guī)級(jí)IGBT行業(yè)集中度極高，CR4高達(dá)84.4%，CR2高達(dá)76.2%，前10家供應(yīng)商僅3家為國(guó)產(chǎn)品牌，英飛凌一家獨(dú)占58.2%的市場(chǎng)份額，比亞迪半導(dǎo)體是中國(guó)市場(chǎng)上最有能力挑戰(zhàn)英飛凌的本土廠商，但是市場(chǎng)份額僅占18%，本土IGBT龍頭廠商斯達(dá)半導(dǎo)在車規(guī)級(jí)IGBT進(jìn)展較慢, 市占率僅為1.6%，車規(guī)級(jí)IGBT國(guó)產(chǎn)化空間巨大。