IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ) 中文名為：絕緣柵雙極型晶體管，是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，主要用于實現(xiàn)電壓、頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等功能，被稱為電力電子裝置的“CPU”，被廣泛應用于光伏/風電設(shè)備、新能源汽車、家電、儲能、軌道交通、電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域。

近年來，國家大力推行碳中和，驅(qū)動了清潔能源發(fā)電快速發(fā)展，以及電動汽車滲透率的迅速提升，這些都將驅(qū)動IGBT的強勁增長。

01

市場規(guī)模

1、全球

根據(jù)研究機構(gòu)Omdia的數(shù)據(jù)，全球IGBT市場規(guī)模在過去近十年中保持持續(xù)增長，從2012年的32億美元增長至2020年的66億美元，八年間的復合增長率在10%左右。

全球范圍內(nèi)來看，工控和新能源汽車是IGBT需求占比最大的兩個下游領(lǐng)域。分下游需求來看（2017年數(shù)據(jù)），工控是IGBT目前最大的需求市場，需求占比達到37%；新能源汽車位居第二大市場，需求占比為28%；其次是新能源發(fā)電和變頻白電市場，兩者的需求占比分別為9%和8%。

2、我國

根據(jù)智研咨詢的數(shù)據(jù)，中國IGBT市場規(guī)模增長迅速，從2012年的60億元增長至2019年的155億元，復合增速在15%左右，比全球IGBT市場規(guī)模的增速更高。

中國已經(jīng)成為了全球IGBT市場的重要組成部分，從市場需求占比來看，2019年的數(shù)據(jù)顯示，中國的IGBT市場規(guī)模已經(jīng)占到全球IGBT市場規(guī)模的38%左右。

中國的IGBT需求結(jié)構(gòu)與全球市場略微有些不同（參考2018年數(shù)據(jù)），新能源汽車、變頻家電和工業(yè)控制是中國IGBT市場需求占比最高的三個下游，其占比分別為31%、27%和20%，新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)和軌交的需求目前較低。

02

產(chǎn)業(yè)鏈分析

1、上游進口依賴性大

中國IGBT行業(yè)的上游參與者為硅晶圓、封裝材料等原材料供應商和光刻機、檢測設(shè)備等設(shè)備供應商。

（1）原材料

硅晶圓是IGBT生產(chǎn)的主要原材料之一，在IGBT材料生產(chǎn)成本中占比30%左右。在生產(chǎn)硅錠環(huán)節(jié)中，需要通過提純硅、熔化硅、攪拌硅熔漿等一系列制造工藝。其后，采用高精度的制造工藝將硅錠切割成片狀，形成硅晶圓。硅晶圓的薄片工藝具有極高的制造工藝技術(shù)含量。

根據(jù)頭豹研究院提供的數(shù)據(jù)得知，目前中國晶圓材料供應商只能將硅晶圓減薄到170μm，而國外晶圓材料供應商可將硅晶圓減薄到100-200μm的量級。受此影響，晶圓材料市場長期被日本信越化學工業(yè)株式會社、三菱住友株式會社、德國Siltronic、韓國SK Siltro和臺灣環(huán)球廠商壟斷，這五大晶圓供貨商在全球晶圓市場中的占比為92.4%，導致中國大陸地區(qū)在8英寸或8英寸以上的硅晶圓主要依賴進口，自給率較低，尤其是8英寸以上硅晶圓。

封裝材料是IGBT生產(chǎn)的另一種主要原料，可分為塑料封裝、環(huán)氧樹脂封裝、陶瓷封裝和金屬封裝四種。中國在IGBT封裝材料雖然已取得一定的進步，但其仍存在技術(shù)壁壘，尤其在大電壓的IGBT封裝材料方面。整體而言，中國IGBT生產(chǎn)商對進口材料依賴性較大，因此在上游原材料環(huán)節(jié)的議價能力較弱。

（2）設(shè)備

設(shè)備供應商方面，光刻機是IGBT芯片制造的核心設(shè)備之一，而IGBT芯片是IGBT模組或分立器件的核心。目前光刻機的國產(chǎn)化程度低于10%，市場主要被荷蘭ASML和日本尼康株式會社占據(jù)，其中荷蘭ASML已壟斷了高端光刻機市場。由此可見，中國在光刻機市場方面的優(yōu)勢不明顯，競爭能力較弱。

2、中游相關(guān)上市公司

中游生產(chǎn)商主要負責IGBT模組或分立器件產(chǎn)品的設(shè)計、制造、測試和銷售。由于IGBT產(chǎn)品集成度高、產(chǎn)品內(nèi)部不同器件間隔僅有幾毫米的距離，且易受電壓和電流等運行環(huán)境影響，在產(chǎn)品設(shè)計和制造工藝方面會涉及到機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路布局設(shè)計、熱設(shè)計、電磁設(shè)計等方面知識，這不僅要求IGBT生產(chǎn)商需要具備一定的生產(chǎn)工藝水平，也要求IGBT生產(chǎn)商的研發(fā)人員具有電力電子、力學、熱學等多學科的知識和制造、測試的操作經(jīng)驗。因此，IGBT的生產(chǎn)具有相當高的技術(shù)壁壘。

（1）斯達半導：IGBT國產(chǎn)替代領(lǐng)軍企業(yè)

自成立以來，公司一直專注于IGBT主業(yè)。公司成立于2005年，從IGBT模塊封裝業(yè)務起家，后向產(chǎn)業(yè)鏈上游延伸，進入到IGBT芯片設(shè)計領(lǐng)域。目前公司已經(jīng)形成了“芯片設(shè)計”+“模塊封裝”的業(yè)務模式，成為了國產(chǎn)IGBT行業(yè)的龍頭企業(yè)。

公司的主要產(chǎn)品為IGBT模塊，約占主營收入的95%。IGBT模塊是公司最主要的產(chǎn)品，其他產(chǎn)品還包括IGBT單管、MOSFET和碳化硅模塊等。公司IGBT模塊產(chǎn)品完整覆蓋了下游細分市場，包括工控、新能源汽車、新能源發(fā)電、變頻白電等。

（2）比亞迪半導體：車規(guī)級IGBT領(lǐng)先企業(yè)

公司是國內(nèi)領(lǐng)先的車規(guī)級半導體企業(yè)。公司的前身為比亞迪半導體事業(yè)部（第六事業(yè)部），目前公司主要從事功率半導體（IGBT、碳化硅器件）、智能控制IC（MCU芯片、電源IC）、智能傳感器以及光電半導體的研發(fā)生產(chǎn)和銷售。

公司的產(chǎn)品以車規(guī)級半導體為核心，廣泛應用于汽車、能源、工業(yè)和消費電子領(lǐng)域。

（3）時代電氣：高壓IGBT龍頭進軍車規(guī)級市場

公司主業(yè)為軌道交通裝備產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計、制造、銷售和相關(guān)服務，產(chǎn)品包括軌道交通電氣裝備、軌道工程機械和通信信號系統(tǒng)等。與此同時，公司還在不斷拓展軌交以外的新興業(yè)務，如功率半導體器件、工業(yè)變流產(chǎn)品、新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)、傳感器以及海工裝備等。

公司自2008年收購丹尼克斯進入到IGBT領(lǐng)域。公司首先布局軌交和電網(wǎng)等高壓IGBT領(lǐng)域，目前公司在軌交和電網(wǎng)IGBT領(lǐng)域市占率國內(nèi)第一。公司2017年進入到汽車IGBT領(lǐng)域，面向新能源汽車的IGBT二期芯片線（設(shè)計產(chǎn)能24萬片/年）于2020年建成，并在2021年正式投產(chǎn)。

（4）士蘭微：本土IDM大廠，深耕功率器件多年

公司成立于1997年，總部位于中國杭州。公司成立之初采用Fabless模式經(jīng)營，2001年設(shè)立杭州士蘭集成，引入晶圓產(chǎn)線轉(zhuǎn)型IDM廠商，經(jīng)過20余年的發(fā)展已經(jīng)成長為國內(nèi)規(guī)模最大的集成電路芯片IDM廠商之一。

公司主要產(chǎn)品包括：1、基于士蘭芯片生產(chǎn)線高壓、高功率、特殊工藝的集成電路、功率模塊(IPM/PIM)、功率器件及（各類MCU/專用IC組成的）功率半導體方案；2、MEMS傳感器產(chǎn)品、數(shù)字音視頻和智能語音產(chǎn)品、通用ASIC電路；3、光電產(chǎn)品及LED芯片制造和封裝（含內(nèi)外彩屏和LED照明）。

公司自2009年研發(fā)出穿通型IGBT芯片以來，持續(xù)迭代IGBT芯片技術(shù)，目前已經(jīng)迭代到場截止型第五代IGBT芯片。目前，公司所有量產(chǎn)的IGBT模塊所配套的IGBT芯片均采用場截止技術(shù)，與英飛凌第四代芯片對標，性能指標上均與英飛凌第四代持平。

公司最新一代的場截止5代芯片（Field-Stop V）采用了精細溝槽技術(shù)，具有更窄的臺面寬度，溝槽間距縮小到1.6微米，功率密度更高、芯片尺寸更小、厚度更?。?200V截止電壓的芯片厚度為110微米），總體損耗相比上一代芯片明顯降低。

（5）國內(nèi)IGBT相關(guān)公司整理：

2、下游應用領(lǐng)域廣泛

IGBT的下游廣泛應用于光伏/風電設(shè)備、新能源汽車、家電、儲能、軌道交通、電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域。且隨著上述這些領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，對IGBT的需求也呈快速增長的趨勢。

（1）工控：IGBT需求基本盤，未來將實現(xiàn)穩(wěn)步增長

工控市場是IGBT下游需求的基本盤。IGBT是變頻器、逆變焊機、UPS電源和電磁感應加熱等傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)的核心元器件。根據(jù)集邦咨詢的數(shù)據(jù)，2019年全球工控IGBT市場規(guī)模約為140億元，是IGBT當前最大的下游市場。全球工控IGBT市場規(guī)模后續(xù)預計將以低速保持穩(wěn)定增長，預計增速將保持在3%~5%的區(qū)間。根據(jù)集邦咨詢的預測，預計到2025年全球工業(yè)控制IGBT市場規(guī)模將達到170億元。

（2）新能源汽車、光伏/風電：IGBT最重要的增量市場

IGBT在新能源汽車中的主要應用包括電機控制器、車載充電器（OBC）、車載空調(diào)、以及為新能源汽車充電的直流充電樁中。電控系統(tǒng)中的IGBT約占電控系統(tǒng)成本的37%。新能源汽車滲透率逐步上升，將持續(xù)拉動IGBT模塊市場的需求。據(jù)測算，我國2025年新能源汽車IGBT市場規(guī)模將達165億元，2020-2025年復合增長率高達31.5%。

在光伏和風電方面，IGBT是光伏和風電逆變器的核心器件，占逆變器價值量的20%-30%。最典型的應用場景就是光伏逆變器，需要大量高壓、超高壓的IGBT模塊，將光伏發(fā)出的粗電轉(zhuǎn)換為可平穩(wěn)上網(wǎng)的精電，這是實現(xiàn)碳中和的核心環(huán)節(jié)。

03

競爭環(huán)境分析

1、進入壁壘很高

（1）技術(shù)壁壘：IGBT行業(yè)的核心技術(shù)包括IGBT芯片的設(shè)計和生產(chǎn)，IGBT模塊的設(shè)計、制造和測試。由于IGBT是下游產(chǎn)品的核心器件，且需要工作在大電流、高電壓和高溫等環(huán)境下，因此不管是在芯片設(shè)計、芯片制造以及模組封裝等環(huán)節(jié)都有非常高的技術(shù)要求和工藝要求。

（2）市場壁壘：IGBT是下游應用產(chǎn)品的核心器件，IGBT的產(chǎn)品性能、可靠性以及穩(wěn)定性對下游產(chǎn)品的性能表現(xiàn)有著直接的影響。因此，下游客戶在導入IGBT時的驗證測試周期長，替換成本高，客戶在選擇IGBT時通常較為保守謹慎。

（3）資金壁壘：IGBT同樣屬于資金密集型行業(yè)，研發(fā)投入大，各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)測試設(shè)備投入大。且從研發(fā)立項到實現(xiàn)客戶大批量銷售需要較長時間，對行業(yè)玩家有著較強的資金要求。

2、目前是少數(shù)外資壟斷的格局

全球IGBT市場目前處于德國、日本和美國企業(yè)壟斷的格局。由于IGBT行業(yè)進入門檻高，且外資廠商的業(yè)務起步早，先發(fā)優(yōu)勢明顯（英飛凌第一代IGBT產(chǎn)品誕生于1988年），因此形成了當前IGBT市場被德日美等國企業(yè)壟斷的局面，目前全球IGBT前五大廠商分別為英飛凌、三菱、富士電機、安森美和賽米控。且英飛凌、三菱、富士電機和安森美均為IDM模式，垂直整合整個產(chǎn)業(yè)鏈，建立起了強大的護城河。

IGBT市場集中度較高，2019年CR3為54.7%，CR5為66.6%。高技術(shù)門檻和下游客戶選擇供應商的趨同性使得全球IGBT的市場集中度一直較高，以2019年為例，IGBT市場CR3為54.7%，CR5為66.6%。

根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2020年全球IGBT分立器件市場規(guī)模為15.9億美元，全球各廠商排名中，英飛凌占比29.3%，排名第1；富士電機占比15.6%，排名第2；三菱占比9.3%，排名第3；中國廠商士蘭微占比2.6%，排名第10。2020年全球IGBT模組市場規(guī)模為36.3億美元，英飛凌占比36.5%，排名第1；富士電機占比11.4%，排名第2；三菱占比9.7%，排名第3；中國廠商斯達半導占比2.8%，排名第6，是唯一進入前10的中國廠商。

3、格局變化：國產(chǎn)進步+供應鏈安全推動國產(chǎn)替代加速

（1）國產(chǎn)替代加速的內(nèi)在原因：

1）IGBT作為功率半導體期間，其技術(shù)迭代速度較慢，周期較長，一代產(chǎn)品的使用時間非常長，超過十年；且客戶主要追求的是IGBT產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，對新技術(shù)的追求意愿不高（英飛凌2007年推出的第四代IGBT芯片仍然是當前行業(yè)的主力產(chǎn)品）。因此，雖然國內(nèi)IGBT廠家的起步較晚，但是行業(yè)留給了本土IGBT廠家充足的發(fā)展和追趕的時間，目前國內(nèi)IGBT廠商技術(shù)進步較快，已經(jīng)有產(chǎn)品能大批量滿足下游客戶需求。

2）本土IGBT企業(yè)的服務更好，能快速響應下游客戶的需求，并且產(chǎn)品價格上相比于外資有一定優(yōu)勢，有利于下游客戶的降本。

（2）國產(chǎn)替代加速的外部推動：

當前新能源汽車、新能源發(fā)電以及變頻白電等領(lǐng)域發(fā)展迅速，帶動著上游IGBT產(chǎn)品需求快速增長，但海外IGBT龍頭廠商對擴產(chǎn)相對謹慎，進程較慢，因此造成全球IGBT供應緊張。此外，近年全球車規(guī)級的芯片供應短缺也讓汽車、家電和工業(yè)等行業(yè)充分意識到芯片國產(chǎn)自主可控的重要性。在這樣的大背景下，國內(nèi)IGBT下游客戶為保證供應鏈的安全以及自主可控，對國產(chǎn)IGBT產(chǎn)品的接受意愿逐步提高，給國產(chǎn)IGBT產(chǎn)品做測試驗證和產(chǎn)品導入的意愿提升，也為IGBT國產(chǎn)替代帶來了非常好的發(fā)展機會。

04

發(fā)展趨勢分析

我國IGBT市場規(guī)模增速快于全球，2012年-2019年我國IGBT年復合增長率為14.52%。根據(jù)集邦咨詢預測，受益于新能源汽車和工業(yè)領(lǐng)域的需求大幅增加，中國IGBT市場規(guī)模將持續(xù)增長，到2025年，中國IGBT市場規(guī)模將達到522億人民幣，2018-2025年復合增長率達19.96%。

1、需求廣泛

（1）新能源汽車：電動化推動量價齊升

新能源汽車銷量的快速增長為IGBT帶來了新增需求。我國新能源汽車在過去的幾年里實現(xiàn)了銷量的快速增長，根據(jù)乘聯(lián)會的數(shù)據(jù)，我國新能源乘用車銷量從2015年的17.5萬輛增長至2021年的329.1萬輛，復合增速高達63.1%，特別是2021年在新能源乘用車已經(jīng)有著較大的銷售規(guī)模的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了181%的銷量增長。

汽車電動化提升了功率半導體的單車價值量。根據(jù)Strategy Analytics的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2019年傳統(tǒng)燃油車中功率半導體的價值量僅為71美元，價值量較低；而混合動力汽車中功率半導體的價值量提升至425美元，是傳統(tǒng)燃油車的6倍；純電動汽車中的功率半導體價值量提升至387美元，是傳統(tǒng)燃油車的5.5倍。

隨著新能源車市場在未來的必然發(fā)展壯大，IGBT的市場需求也將成規(guī)模的增長。

（2）新能源發(fā)電：廣泛應用于光伏/風電行業(yè)

光伏發(fā)電需要通過光伏逆變器后并入電網(wǎng)，IGBT是光伏逆變器的核心部件。光伏逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是將光伏發(fā)電所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電，IGBT則是光伏逆變器的核心部件。

風力發(fā)電需通過風電變流器后并網(wǎng)，IGBT同樣是風電變流器的核心部件。風電變流器的功能是將風電機組在自然風作用下產(chǎn)生的電壓頻率、幅值不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)換為頻率、幅值穩(wěn)定，符合電網(wǎng)要求的電能，風電變流器的功能實現(xiàn)同樣需用到IGBT。

2020年9月，中國提出將在2030年實現(xiàn)“碳達峰”，2060年實現(xiàn)“碳中和”；2021年9月，中共中央、國務院印發(fā)《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，提出到2030年，非化石能源消費比重達到25%左右，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上。

2022年1月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，其中明確提出要加快發(fā)展風電、太陽能發(fā)電。

彭博新能源財經(jīng)也曾預測，中國能源市場在加速轉(zhuǎn)型的情景下，到2050年中國92%的電能由光伏和風電為主的零碳電源提供。

（3）變頻白電：重要的應用領(lǐng)域

IGBT與驅(qū)動電路、保護電路集成為IPM模塊應用在變頻白電中。功率變換模塊是變頻家電實現(xiàn)變頻的關(guān)鍵部件，通常使用智能功率模塊（IPM）。

我國變頻白電的滲透率正不斷提升。我國三大白電銷量近年來穩(wěn)定在3億上下，且隨著節(jié)能減排要求的提高，我國白電的變頻化率正不斷提升，根據(jù)產(chǎn)業(yè)在線的數(shù)據(jù)，2021年空調(diào)、冰箱和洗衣機的變頻化率分別達到68%、34%和46%，未來還將進一步提升。

（4）軌道交通：軌道交通牽引中的核心器件

交流傳動技術(shù)是現(xiàn)代軌道交通牽引傳動的主流選擇和核心技術(shù)。交流傳動原理：車輛經(jīng)受電弓從接觸網(wǎng)獲得單相交流高壓電，輸送給車載牽引變壓器進行降壓，然后通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電，再由逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成調(diào)頻調(diào)壓的三相交流電，最后輸送給交流牽引電機，整個過程包含了交-直-交的變化。交流傳動優(yōu)勢：1）良好的牽引和制動性能；2）功率因數(shù)高，諧波干擾??；3）電機功率大、體積小、質(zhì)量輕、運行可靠性高；4）動態(tài)性能和粘著利用好。

牽引變流器是交流傳動技術(shù)的關(guān)鍵部件。牽引變流器由整流器、中間直流電路和逆變器三部分組成，在交流傳動系統(tǒng)中負責交-直-交轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，滿足列車牽引與運行控制的要求。

IGBT是牽引變流器最核心的器件之一。IGBT作為牽引變流器的主型開關(guān)器件，是牽引變流器中最核心的器件之一。

2、國產(chǎn)替代

（1）全球供需偏緊，國內(nèi)廠商迎來份額加速提升機會

國內(nèi)IGBT晶圓產(chǎn)能是未來2年內(nèi)全球主要增量來源，士蘭微、時代電氣、比亞迪半導體等IDM廠商及斯達半導、新潔能、揚杰科技等背靠本土代工廠的設(shè)計公司均具有較大產(chǎn)能彈性。在此背景下，下游客戶加速導入國內(nèi)IGBT供應商，尤其是光伏、電動車等IGBT緊缺較嚴重的細分賽道。以光伏為例，2020年IGBT國產(chǎn)化率幾乎為0，2021年國內(nèi)逆變器廠商開始導入大量本土IGBT單管供應商及少數(shù)IGBT模塊供應商，并于2022年開始放量采購，國產(chǎn)化率快速提升。整體來看，預計2022年國內(nèi)IGBT領(lǐng)域的國產(chǎn)化率將加速由年初的20%提升至30%。

（2）得益于缺貨漲價，2022年行業(yè)國產(chǎn)化率有望達38%

1）英飛凌是IGBT行業(yè)的絕對龍頭、市占率達30%；國內(nèi)企業(yè)中士蘭微在全球IGBT單管、IPM模塊市占率達2.6%、1.6%，位列第十、第九名，斯達半導在全球IGBT模塊市占率達2.8%、位居第六名。行業(yè)國產(chǎn)化率較低，2019年國內(nèi)產(chǎn)量自給率僅12%。

2）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(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，目前海外大廠IGBT交期達39~50周。估算2020、2021年國內(nèi)上市公司IGBT收入達31、57億元，同增59%、88%，國產(chǎn)化率達為17%、25%，提升5pct、8pct。

3）展望2022年，供需失衡貫穿全年，海外廠商擴產(chǎn)普遍謹慎、產(chǎn)能增量有限，國產(chǎn)化率進程取決于產(chǎn)能釋放速度，估計2022年國內(nèi)產(chǎn)能同增90%+，預計國產(chǎn)化率提升至38%。

（3）小結(jié)

雖然目前我國IGBT國外進口依賴度比較大，但隨著各相關(guān)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，未來幾年內(nèi)對IGBT的需求會呈現(xiàn)一個上行加速的過程。而且隨著國產(chǎn)替代的可行性和必要性的提升，IGBT在我國的市場前景將非常值得期待。