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)動式功率半導(dǎo)體器件。IGBT同時具備MOSFET輸入阻抗高、開關(guān)速度快、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、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(fèi)電子、新能源、軌道交通等應(yīng)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(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(chǎn)品技術(shù)已成為本土廠商的對標(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(jié)溫、可靠性等方面的提升來實(shí)現(xiàn)整個芯片技術(shù)的進(jìn)步。此外， IGBT 模塊的未來趨勢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(dá) 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(xì)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(yīng)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(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

圖片來源：意法半導(dǎo)體

根據(jù) Strategy Analytics，純電動車功率半導(dǎo)體單車價值量達(dá) 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(qū)系統(tǒng)（如理想 one），四驅(qū)系統(tǒng)采用兩個電控模塊，估算四驅(qū)車型 IGBT 單車價值量達(dá) 3200 元，考慮正常年份下IGBT 采購年降的影響，預(yù)計(jì)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(dá) 650 萬輛，對應(yīng) IGBT 市場規(guī)模達(dá) 111 億元，中國新能源車銷量達(dá) 350 萬輛，對應(yīng) IGBT 市場規(guī)模達(dá) 60 億元。假設(shè) 2025、 2030 年全球新能源車銷量達(dá) 2250 萬輛（滲透率 25%）、 4500 萬輛（滲透率50%），對應(yīng) IGBT 市場規(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(chǎn)生的直流電逆變成交流電

圖片來源：chinaprecede

光伏的功率半導(dǎo)體單 MW 價值量為 2000~5000 歐元，儲能功率半導(dǎo)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(yù)計(jì) 2025、 2030 年光伏&儲能逆變器出貨量達(dá) 542、 1650GW，市場規(guī)模達(dá) 1500、 3999 億元，對應(yīng)全球光伏&儲能 IGBT 市場規(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 年中國家用變頻空調(diào)出貨量為 8337 萬臺、滲透率為 58%，中國變頻洗衣機(jī)銷量達(dá) 2627 萬臺、滲透率為 42%，中國變頻冰箱銷量達(dá) 2506 萬臺、滲透率為 30%，假設(shè)未來每年變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)、變頻冰箱滲透率提升 3%，變頻空調(diào)單臺 IGBT 價值量為 40 元，變頻冰箱、變頻洗衣機(jī)單臺 IGBT 價值量為 10 元，對應(yīng) 2020、 2025、2030 年中國白電 IGBT 市場規(guī)模達(dá) 54、 70、 85 億元， 2020~2025 年CAGR 達(dá) 5%， 2020~2030 年 CAGR 達(dá) 5%。考慮中國空調(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%，對應(yīng) 2020、 2025、2030 年全球白電 IGBT 市場規(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 市場規(guī)模達(dá) 67 億美元（折合人民幣459 億元），中國 IGBT 市場規(guī)模達(dá) 26 億美元（折合人民幣 179 億元），扣除新能源車、光伏儲能、白電領(lǐng)域市場需求，我們估算其他領(lǐng)域（主要包括工業(yè)、軌交、電源等領(lǐng)域）全球市場規(guī)模達(dá) 303 億元、中國市場規(guī)模達(dá)81 億元，預(yù)計(jì)未來全球、中國其他領(lǐng)域以 4%、 6%的增速穩(wěn)健增長，對應(yīng)2025、 2030 年全球市場規(guī)模達(dá) 369、 449 億元，中國市場規(guī)模達(dá) 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(lǐng)域貢獻(xiàn)巨大。

供給端：海外巨頭壟斷，國產(chǎn)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(dá) 50%，英飛凌是行業(yè)絕對龍頭、市占率達(dá) 27%。

2020 年全球 IGBT 競爭格局

數(shù)據(jù)來源：Yole，芯八哥整理

分產(chǎn)品類型來看：

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)絕對龍頭、市占率超 29%，國內(nèi)士蘭微市占率達(dá) 2.6%、位居第十名。

2020 年全球 IGBT 單管市場競爭格局

數(shù)據(jù)來源：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)絕對龍頭、市占率達(dá) 33%，國內(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 模塊市場競爭格局

數(shù)據(jù)來源：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)絕對龍頭、市占率達(dá) 36%，國內(nèi)斯達(dá)半導(dǎo)市占率達(dá) 2.8%、位居第六名。

2020 年全球 IGBT 模塊市場競爭格局

數(shù)據(jù)來源：Omdia，芯八哥整理

國產(chǎn)替代：缺貨+漲價，國產(chǎn)廠商正加速崛起

根據(jù) Yole，從產(chǎn)量來看， 2015 年國內(nèi)自給率為 10%、 2021 年國內(nèi)自給率僅19%， 行業(yè)自給率緩慢提升。考慮海外產(chǎn)品規(guī)格更高、預(yù)計(jì)從市場規(guī)模口徑來看國產(chǎn)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(chǎn)率較高，光伏國產(chǎn)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(nèi) IGBT 廠商快速成長，新能源車國產(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 IGBT 模塊合計(jì)配套超過 20 萬套新能源車汽車、市占率達(dá) 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(nèi)該領(lǐng)域國產(chǎn)化率接近為 0。 根據(jù)固德威 2021 年年報， “IGBT 元器件國內(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， 對應(yīng)市占率約為 7%、 9%，工控行業(yè)國產(chǎn)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(fù)限制海外產(chǎn)能， IGBT 供需失衡，海外大廠交期持續(xù)上升，價格持續(xù)上升。

供不應(yīng)求的背景下，國產(chǎn)化率進(jìn)程取決于產(chǎn)能釋放速度， 2022 年國產(chǎn)化率有望達(dá) 37%。 從國內(nèi) IDM 模式的龍頭 IGBT 產(chǎn)能規(guī)劃來看，比亞迪半導(dǎo)、中車時代 2022 年 8 寸晶圓產(chǎn)能均實(shí)現(xiàn)翻倍增長， 從國內(nèi) Fab 廠（華虹半導(dǎo)、中芯紹興、先進(jìn)積塔） IGBT 產(chǎn)能規(guī)劃來看亦能實(shí)現(xiàn) 60%以上成長，從產(chǎn)能數(shù)據(jù)來看， 估算 2022 年國內(nèi)產(chǎn)能同增 90%+， 我們估算 2022年國內(nèi)上市公司 IGBT 收入有望實(shí)現(xiàn)翻倍增長，國產(chǎn)率達(dá) 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(dá)半導(dǎo)與揚(yáng)杰科技凈利潤均創(chuàng)下單季度歷史新高。

其中，斯達(dá)半導(dǎo)上半年主營業(yè)務(wù)收入穩(wěn)步快速增長，產(chǎn)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(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均超過100%。

時代電氣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80%。

國內(nèi)四家車規(guī)級IGBT廠商對比

數(shù)據(jù)來源： 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

趨勢一：IGBT供不應(yīng)求將持續(xù)較長時間

從2020年7月起，整個半導(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，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)延長至39-52周，價格也持續(xù)在上漲，雖然市場預(yù)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(chǎn)化進(jìn)度加快

隨著全球制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，中國已逐漸成為全球最大的IGBT市場。在強(qiáng)大的市場需求驅(qū)動下，一批具備IGBT相關(guān)經(jīng)驗(yàn)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(guān)政策鼓勵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)政策和市場需求的強(qiáng)大驅(qū)動下，IGBT國產(chǎn)化進(jìn)程加速。從國產(chǎn)替代的進(jìn)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(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(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(jìn)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(dá)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(dá)84.4%，CR2高達(dá)76.2%，前10家供應(yīng)商僅3家為國產(chǎn)品牌，英飛凌一家獨(dú)占58.2%的市場份額，比亞迪半導(dǎo)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(dá)半導(dǎo)在車規(guī)級IGBT進(jìn)展較慢, 市占率僅為1.6%，車規(guī)級IGBT國產(chǎn)化空間巨大。