（報(bào)告出品方/作者：東吳證券，黃細(xì)里）

1. IGBT：電力電子行業(yè)中的核心器件

IGBT被稱為電力電子行業(yè)的“CPU”

IGBT具有優(yōu)秀的綜合性能。IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管，它由絕緣柵型場效應(yīng)管和雙極型 三極管兩個(gè)部分組成，其兼具M(jìn)OSFET輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡單、開關(guān)速度快和 BJT通態(tài)電流大、導(dǎo)通壓降低、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，是功率半導(dǎo)體未來主要的發(fā)展方向之一。

憑借優(yōu)異的性能，IGBT擁有廣泛的下游應(yīng)用

IGBT憑借著高功率密度、驅(qū)動(dòng)電路簡單以及寬安全工作區(qū)等特點(diǎn)，成為了中大功率、中低頻率 電力電子設(shè)備的首選。在工作頻率低于105Hz的范圍內(nèi)，硅基IGBT是首選的功率半導(dǎo)體器件，其 功率范圍涵蓋幾千瓦至十兆瓦，典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制（變頻器、逆變焊機(jī)、不間斷電源 等）；新能源汽車（主電驅(qū)、OBC、空調(diào)、轉(zhuǎn)向等）；新能源發(fā)電（光伏逆變器、風(fēng)電變流器）； 變頻白電（IPM）；軌道交通（牽引變流器）；智能電網(wǎng)等。

IGBT技術(shù)發(fā)展趨勢

從正面柵極結(jié)構(gòu)上來看，其結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從平面柵向溝槽柵以及最新的微溝槽柵的演化，目前市場 主流的IGBT芯片以溝槽柵為主。柵極結(jié)構(gòu)從平面向溝槽的發(fā)展有利于提高電流密度、降低導(dǎo)通 壓降、降低元胞尺并降低制造成本。

從體結(jié)構(gòu)上來看，其經(jīng)歷了從穿通型（PT，Punch Through）到非穿通型（NPT，Non-Punch Through）再到場截止型（FS，F(xiàn)ield Stop）三代的演化。

通過不斷的技術(shù)迭代，IGBT芯片各項(xiàng)性能指標(biāo)不斷優(yōu)化。從最早的平面穿通型（PT）迭代至 2018年的精細(xì)溝槽柵場截止型，IGBT芯片的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如芯片面積、工藝線寬、導(dǎo)通壓降、 關(guān)斷時(shí)間和功率損耗等均得到了不斷優(yōu)化。

英飛凌IGBT芯片迭代歷程

從最初的平面穿通型IGBT到微溝槽場截止IGBT，英飛凌的IGBT芯片技術(shù)引進(jìn)迭代到了第七代。 （此處沒有列出僅有單管封裝產(chǎn)品的IGBT芯片）。

2.空間：新能源等驅(qū)動(dòng)IGBT需求持續(xù)增長

全球IGBT市場規(guī)模已超過66億美元

全球IGBT市場規(guī)模持續(xù)增長，目前已經(jīng)超過66億美元。根據(jù)研究機(jī)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(fù)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(gè)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(dá)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%。

中國IGBT市場規(guī)模占到全球近四成，且增速更快

中國IGBT市場規(guī)模迅速增長，2019年已超過150億元。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(fù)合增速在15%左右，相比全球IGBT 市場規(guī)模的增速更高。

工控：IGBT需求基本盤，未來將實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增長

IGBT是變頻器、逆變焊機(jī)、UPS電源和電磁感應(yīng)加熱等傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)的核心元器件。 以工控領(lǐng)域最常用的變頻器為例，變頻器是把固定電壓、固定頻率變換成電壓和頻率可變化的設(shè) 備，其通常由整流部分、濾波部分、逆變部分、制動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電路和檢測電路等組成。IGBT 通常應(yīng)用在變頻器中的逆變電路以及制動(dòng)電路中，其中以逆變電路的應(yīng)用為主。變頻器依靠內(nèi)部 IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率。

新能源汽車：IGBT最重要的增量市場

IGBT是新能源汽車中的核心元器件。IGBT在新能源汽車中得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)整車的性能有 著重要的影響。IGBT在新能源汽車中的主要應(yīng)用包括電機(jī)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。

新能源發(fā)電：IGBT廣泛應(yīng)用在光伏和風(fēng)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。

變頻白電：變頻家電也是IGBT重要的應(yīng)用領(lǐng)域

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(jī)的變頻化率分別達(dá)到68%、34%和46%，未來還將進(jìn)一步提升。

軌道交通：IGBT是軌道交通牽引中的核心器件

交流傳動(dòng)技術(shù)是現(xiàn)代軌道交通牽引傳動(dòng)的主流選擇和核心技術(shù)。交流傳動(dòng)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(jìn)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(jī)，整個(gè)過程包含了 交-直-交的變化。交流傳動(dòng)優(yōu)勢：（1）良好的牽引和制動(dòng)性能；（2）功率因數(shù)高，諧波干擾??； （3）電機(jī)功率大、體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)行可靠性高；（4）動(dòng)態(tài)性能和粘著利用好。

3.格局：外資壟斷集中度高，國產(chǎn)替代持續(xù)加速

IGBT行業(yè)擁有很高的進(jìn)入壁壘

從行業(yè)進(jìn)入的角度來看，IGBT行業(yè)的進(jìn)入門檻非常高。整體來看，IGBT行業(yè)的進(jìn)入壁壘有三個(gè) 方面，分別為技術(shù)壁壘、市場壁壘以及資金壁壘，這里我們主要關(guān)注前面兩者。

技術(shù)壁壘：IGBT的技術(shù)環(huán)節(jié)包含了IGBT芯片的設(shè)計(jì)和制造以及模組的設(shè)計(jì)和制造。（1）IGBT 芯片需要工作在大電流、高電壓和高頻率的環(huán)境下，對(duì)芯片的可靠性有著很高的要求；同時(shí)芯片 設(shè)計(jì)還要保證開通關(guān)斷、抗短路能力和導(dǎo)通壓降的均衡。因此IGBT芯片自主研發(fā)的要求非常高，設(shè)計(jì)和參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化十分特殊復(fù)雜，有著非常多的行業(yè)know how的積累。（2）IGBT芯片的制 造環(huán)節(jié)同樣有著較高的難度，一方面IGBT芯片本身的背面工藝難度較高，另一方面IDM模式自 建產(chǎn)能需要非常大的資金投入，而Fabless模式下需要與代工廠實(shí)現(xiàn)技術(shù)和工藝的深度磨合。（3）模塊方面，由于模塊的集成度高，且工作在大電流、高電壓、高溫等惡劣環(huán)境下，因此在模塊設(shè) 計(jì)和制造工藝實(shí)現(xiàn)上須同時(shí)考慮絕緣、耐壓、散熱和電磁干擾等諸多因素。要實(shí)現(xiàn)IGBT模塊產(chǎn) 品的高可靠性、穩(wěn)定性和一致性同樣需要長時(shí)間的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累。

市場壁壘：IGBT是下游應(yīng)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(duì)下游產(chǎn)品 的性能表現(xiàn)有著直接的影響。因此，客戶在導(dǎo)入IGBT時(shí)的驗(yàn)證測試周期長，替換成本高。因此 客戶在選擇IGBT時(shí)通常較為保守謹(jǐn)慎，且一旦在選定后去做更改和替換的意愿都不強(qiáng)。

格局：IGBT高壁壘形成了少數(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(jìn)入門檻高，且外資 廠商的業(yè)務(wù)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(dāng)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(jī)、安森美和賽米控。且英飛凌、三菱、富士電機(jī)和安森美均為IDM模式，垂直整合整個(gè)產(chǎn)業(yè) 鏈的上中下游，建立起了強(qiáng)大的護(hù)城河。

格局變化：國產(chǎn)進(jìn)步+供應(yīng)鏈安全推動(dòng)國產(chǎn)替代換擋提速

國產(chǎn)替代加速的內(nèi)在原因：（1）IGBT作為功率半導(dǎo)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(shí)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(duì) 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(dāng)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(shí)間，目前國內(nèi)IGBT廠商技術(shù)進(jìn)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(wù)更好，能快速響應(yīng)下游客戶的需求，并且產(chǎn)品價(jià)格上相比于外資有一定優(yōu)勢，有利于下 游客戶的降本。（報(bào)告來源：未來智庫）

4.國內(nèi)車規(guī)級(jí)IGBT產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/h1>

國內(nèi)車規(guī)級(jí)IGBT產(chǎn)業(yè)鏈

車規(guī)級(jí)IGBT產(chǎn)業(yè)鏈主要包括四個(gè)環(huán)節(jié)：1、芯片設(shè)計(jì)；2、晶圓制造；3、模塊封裝；4、下游應(yīng) 用即電控系統(tǒng)。

本土企業(yè)中，時(shí)代電氣和比亞迪業(yè)務(wù)垂直整合，從IGBT芯片設(shè)計(jì)到最下游的電控系統(tǒng)均有布局； 士蘭微作為IDM大廠，業(yè)務(wù)同樣完整覆蓋芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和模塊封裝；斯達(dá)和宏微均采用 Fabless的模式，專注芯片設(shè)計(jì)和模組封裝環(huán)節(jié)，晶圓制造則外包給晶圓代工廠完成；智新半導(dǎo)體 和青藍(lán)半導(dǎo)體則專注于模組封裝環(huán)節(jié)；華虹、積塔和中芯紹興則專業(yè)從事IGBT晶圓代工。

斯達(dá)半導(dǎo)：營收穩(wěn)定增長，新能源占比持續(xù)提升

公司營業(yè)收入實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長，過去五年復(fù)合增速達(dá)41.5%。在營收端公司表現(xiàn)出穩(wěn)定的成長性。 受益于公司下游工業(yè)控制、新能源汽車、新能源發(fā)電及變頻白電等行業(yè)的快速發(fā)展，以及公司 IGBT產(chǎn)品進(jìn)口替代比例的持續(xù)上升，公司營業(yè)總收入從2016年的3.01億元增長至2021年的17.07 億元，五年復(fù)合增長率高達(dá)41.5%。

比亞迪半導(dǎo)體：車規(guī)級(jí)IGBT領(lǐng)先企業(yè)

公司是國內(nèi)領(lǐng)先的車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體企業(yè)。公司的前身為比亞迪半導(dǎo)體事業(yè)部（第六事業(yè)部），目前 公司主要從事功率半導(dǎo)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(dǎo)體的研發(fā)生產(chǎn)和銷售。

時(shí)代電氣：高壓IGBT龍頭進(jìn)軍車規(guī)級(jí)市場

軌交裝備龍頭持續(xù)拓展新興裝備業(yè)務(wù)。公司主業(yè)為軌道交通裝備產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售 和相關(guān)服務(wù)，產(chǎn)品包括軌道交通電氣裝備、軌道工程機(jī)械和通信信號(hào)系統(tǒng)等。與此同時(shí)，公司還 在不斷拓展軌交以外的新興業(yè)務(wù)，如功率半導(dǎo)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。

5.碳化硅——第三代半導(dǎo)體功率器件大有可為

碳化硅材料具有優(yōu)越的性能

常見的半導(dǎo)體材料包括硅、鍺等元素半導(dǎo)體以及砷化鎵、碳化硅、氮化鎵等化合物半導(dǎo)體材料， 根據(jù)研究和規(guī)?；瘧?yīng)用的時(shí)間先后，業(yè)內(nèi)通常將半導(dǎo)體材料劃分為三代：

第一代半導(dǎo)體材料：以硅和鍺為代表，典型應(yīng)用是集成電路。硅基半導(dǎo)體材料是目前產(chǎn)量最大、 應(yīng)用范圍最為廣泛的半導(dǎo)體材料。

第二代半導(dǎo)體材料：以砷化鎵為代表。砷化鎵電子遷移率為硅的6倍以上，其器件具有高頻、高 速的光電性能，因此被廣泛應(yīng)用于光電子和微電子領(lǐng)域。

第三代半導(dǎo)體材料：以碳化硅和氮化鎵為代表。相比于前兩代半導(dǎo)體材料，碳化硅具有禁帶寬度 大、擊穿電場強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高以及抗輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于高壓、高頻 和高溫的場景，特別適合于電力電子領(lǐng)域的高功率半導(dǎo)體器件的制造。

碳化硅器件的性能同樣優(yōu)于硅基器件

得益于碳化硅材料的優(yōu)異特性，基于碳化硅材料的碳化硅功率器件具有優(yōu)越的電氣性能：

耐高壓：碳化硅材料的擊穿電場強(qiáng)度為傳統(tǒng)硅基材料的十倍，因此碳化硅功率器件的耐高壓特性 顯著強(qiáng)于同規(guī)格的硅基功率器件；

耐高溫：一方面，碳化硅的熱導(dǎo)率為硅材料的三倍以上，在同樣功率的情況下具有更好的散熱能 力，保持更低的溫度，由此降低器件散熱設(shè)計(jì)方面的要求，有利于提高集成度，使得器件向小型 化方向發(fā)展。另一方面，碳化硅的禁帶寬度是硅基的三倍以上，禁帶寬度越寬，器件的極限工作 溫度越高（半導(dǎo)體器件在高溫下會(huì)產(chǎn)生載流子本征激發(fā)現(xiàn)象，造成器件失效），因此碳化硅功率 器件的極限工作溫度能達(dá)到600 以上，而目前硅基的IGBT工作溫度一般在175 。

低損耗：碳化硅飽和電子漂移速度是硅的兩倍以上，因此碳化硅器件具有更低的導(dǎo)通電阻，導(dǎo)通 損耗低；碳化硅器件不存在電流拖尾，開關(guān)損耗也比硅基器件要低，也可以實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)頻率。

碳化硅產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展

受新能源汽車應(yīng)用的帶動(dòng)，碳化硅器件市場將高速增長。根據(jù)Yole的預(yù)測，受益于碳化硅在新能 源汽車、工業(yè)和能源等領(lǐng)域需求的增長，全球碳化硅器件市場將從2021年10億美元的規(guī)模增長至 2027年的60億美元以上，復(fù)合增速將高達(dá)34%；其中汽車碳化硅器件的市場將從2021年的6.85億 美元增長至2027年的約50億美元，復(fù)合增速高達(dá)40%，至2027年汽車碳化硅器件市場規(guī)模將占到 碳化硅器件市場總規(guī)模的80%左右。

報(bào)告節(jié)選：

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請(qǐng)參閱報(bào)告原文。）

精選報(bào)告來源：【未來智庫】。未來智庫 – 官方網(wǎng)站