功率半导体专题报告：功率半导体高地，IGBT国产新机遇

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新浪财经官方账号 2020.02.1220:00

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来源：未来智库

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1. IGBT 市场持续增长，国产替代空间广阔

1.1. 受益于工控、家电及新能源应用推动，IGBT 市场持续增长

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）即绝缘栅双极型晶体管，是由 BJT 和 MOSFET 组成的复合功率半导体器件，既具备 MOSFET 的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点，又有 BJT 导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，在高压、大电流、高速等方面有突出的产品竞争力，已成为电力电子领域开关器件的主流发展方向。

自 20 世纪 80 年代末开始工业化应用以来，IGBT 发展迅速，不仅在工业应用中取代了 MOSFET 和 GTR，甚至已扩展到 SCR 及 GTO 占优势的大功率应用领域，还在消费类电子应用中逐步取代了 BJT、MOSFET 等功率器件的许多应用领域。

作为一种新型电力电子器件，IGBT 是国际上公认的电力电子技术第三次革命具代表性的产品，是工业控制及自动化领域的核心元器件，能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控的目的，广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等领域。随着新能源汽车的发展以及变频白色家电的普及，IGBT 的应用优势逐步凸显，它不仅在工业应用中提高了设备的自动化水平、控制精度等，也大幅提高了电能的应用效率，同时减小了产品体积和重量，节约了材料，未来的应用空间十分广阔。

IGBT 既可控制信号的导通、也可控制信号的关断，是典型的全控型功率半导体器件，目前，以 IGBT 为代表的全控型功率半导体器件在工作频率、工作电压和信号控制性等方面的性能出众，正逐步发展为中高端功率半导体器件的主流应用形态。

按照工作电压的不同，IGBT 在 650V 至 6500V 的电压范围内的各类应用场景广泛应用。其中，工业 IGBT 应用一般为 650V、1200V 和 6500V 级别、新能源汽车和家电 IGBT 应用一般为 650V 和 1200V 级别，新能源发电 IGBT 应用一般为 1200V 和 1700V级别。

目前，全球市场上，工控、新能源和家电市场是 IGBT 的主要应用领域，根据 Yole 的数据，2017 年，工控领域 IGBT 的市场规模为 17.32 亿美元，占比为 37%；新能源汽车领域 IGBT 的市场规模为 13.10 亿美元，占比为 28%；新能源发电领域 IGBT 市场规模为 4.21 亿美元，占比 9%；家电领域 IGBT 的市场规模为 3.74 亿美元，占比为 8%。而在国内市场，根据中国产业信息网的数据，2018 年，新能源汽车领域 IGBT 的市场规模为 50.19 亿元，占比为 31%；家电领域 IGBT 的市场规模为 43.71 亿元，占比为 27%；工控领域 IGBT 的市场规模为 32.38 亿元，占比为 20%；新能源发电领域 IGBT 的市场规模为 17.81 亿元，占比 11%。

受益于工业控制及电源行业市场的逐步回暖，以及下游的变频家电、新能源汽车、新能源发电等领域的迅速发展，IGBT 市场有望持续增长。根据博思数据研究中心的统计，2020 年全球 IGBT 市场规模将达 57.67 亿美元，同比增长 6.40%，并且未来市场规模有望保持稳定增长。根据中国产业信息网的数据， 2018 年中国 IGBT 市场规模为 161.9亿元，同比增长 22.19%，增速显著高于全球平均水平。

1.2. 工业控制 IGBT 需求稳定，是国产化最快的领域

随着工业控制及电源行业市场的逐步回暖，IGBT 在此领域的市场规模有望逐步扩大。IGBT 是变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的核心元器件，且已在此领域中得到广泛应用。我国变频器行业的市场规模总体呈上升态势，目前，变频器在冶金、煤炭、石油化工等工业领域的应用规模将保持稳定增长，同时，在城市化率提升的背景下，变频器在市政、轨道交通等公共事业领域的需求也会继续增长。此外，逆变式弧焊电源凭借优异的电源特性在电焊机市场持续渗透，推动逆变式弧焊电源的应用市场规模逐步扩大。随着变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的发展，IGBT 的市场规模有望持续增长。

受益于在冶金、煤炭、石油化工、电力等工业领域和市政、轨道交通等公共事业领域的广泛应用，工控变频器市场持续增长。根据睿工业的数据，2018 年国内变频器市场规模达 203 亿元。其中，汇川技术等本土企业在变频器市场持续突破，产品品类不断丰富，市场应用不断拓展，推动了市场份额的持续提升。根据中自网数据，2016 年汇川技术在低压变频器市场的市占率为 6%，位居市场第三位，2018 年，汇川技术在低压变频器市场的市占率增长至 14%，跃居市场第二位，市场地位突出。

1.3. 家电变频化推升 IGBT 需求

IGBT 是白色家电实现变频功能的核心元器件，其高频开闭合功能能够带来以下优点：（1）较小的导通损耗和开关损耗；（2）出色的 EMI 性能，可通过改变驱动电阻的大小满足 EMI 需求的同时保持开关损耗在合理范围内；（3）强大的抗短路能力；（4）较小的电压尖峰（对家电起到保护作用）。中国作为全球最大的家电市场和生产基地， IGBT 的应用潜力十分强劲。以空调行业为例，根据产业在线的数据，2018 年我国变频空调销量达 6434.10 万台，同比增长 8.76%，并且未来变频空调有望在空调市场进一步渗透，面向变频空调应用的 IGBT 的市场空间将十分广阔。

同时，作为变频白色家电的另外两大市场，变频冰箱和变频洗衣机市场增速显著。根据产业在线的数据，2018 年，中国变频冰箱销量为 1665.7 万台，同比增长 31.10%，中国变频洗衣机销量为 2163.3 万台，同比增长 24.54%。随着节能环保的大力推行，具有变频功能的白色家电的市场前景将十分广阔，从而为 IGBT 市场的增长提供稳定的市场需求。

中国本土厂商在全球家电市场的优势地位逐步显现，以冰箱和洗衣机市场为例，在冰箱市场，根据欧睿国际的数据，2017 年，海尔以 17.3%的市场份额第十次位列全球第一位，美的以 3.7%的份额位居全球第五位。在洗衣机市场，根据欧睿国际的数据，2018 年，海尔位居全球洗衣机市场市占率首位，市场份额为 22.1%，美的的市场份额为 13.4%，位列全球第三位。中国本土厂商在全球家电市场占据了突出的市场份额，随着家电变频化趋势的深入，有望与本土 IGBT 厂商形成良好协同，为 IGBT 的国产替代带来重要机遇。

1.4. 光伏与风力发电装机稳定增长，IGBT 国产替代需求空间广阔

新能源发电主要以光伏发电和风力发电为主，根据中国电力化工网的数据，2020 年，全球光伏发电装机容量将达 736.62GW，同比增长 20.48%，我国光伏发电装机容量继续保持快速增长，2020 年累计装机有望达 516GW，同比增长 50%，装机容量位居世界第一。

根据前瞻产业研究院的数据，2020 年，全球风电装机容量有望达 711GW，同比增长 9.55%，中国风电装机容量 2020 年将达 506.1GW，同比增长 18.80%，增速显著高于全球平均水平。由于新能源发电输出的电能不符合电网要求，需通过光伏逆变器或风力发电逆变器将其整流成直流电，再逆变成符合电网要求的交流电后输入并网。IGBT 是光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件，新能源发电行业的迅速发展将成为 IGBT 行业持续增长的全新动力。

光伏逆变器是光伏系统中将太阳能电池提供的直流电压转换成交流电压，使之适应电网电压水平并输入电网的设备，是太阳能电力系统的核心部件之一。IGBT 在逆变器中的作用是一个高速无触点电子开关，利用 IGBT 的开关原理，通过控制电路给予适当的开通、关断信号，IGBT 则根据控制信号将直流电变换成交流电，此外，IGBT 还可以通过控制信号的脉宽调节来控制电流的大小，也可以控制交流频率，从而控制逆变器的输出功率，是实现逆变器正常工作、逆变器微型化以及提升逆变器功率密度的核心电子器件。

目前，以华为、阳光电源为主的本土厂商在光伏逆变器市场持续突破，根据 Solaredge 的数据，2018 年，华为在全球逆变器市场的份额达 22%，市占率位列全球第一，阳光电源的市场份额为 15%，市占率位居全球第二位。特别是在三相组串型逆变器市场， 2017 年华为的市占率已达 56%，市场优势地位突出，本土光伏逆变器厂商的快速发展和突出的市场地位也为国产 IGBT 替代带来了显著的区位优势和协同效应。

1.5. 电动汽车未来有望成为 IGBT 最大的下游市场

IGBT 在新能源汽车领域中发挥着至关重要的作用，是新能源汽车电机控制器、车载空调、充电桩等设备的核心元器件。

随着新能源汽车市场的快速发展和智能驾驶技术的应用，新能源汽车中以 IGBT 为代表的功率半导体器件产品的需求量有望进一步提升。根据中商产业研究院的数据，传统汽车中功率半导体在汽车半导体中的用量占比约为 21%，低于 IC 产品的用量（23%），但在纯电动新能源汽车中，功率半导体的用量显著增加，在汽车半导体中的用量占比约达 56%。

同时，新能源汽车中的功率半导体价值量提升十分显著，根据英飞凌的数据，新能源中汽车功率半导体器件的价值量约为传统燃油车的 5 倍以上。其中，IGBT 约占新能源汽车电控系统成本的 37%，是电控系统中最核心的电子器件之一，因此，未来新能源汽车市场的快速增长，有望带动以 IGBT 为代表的功率半导体器件的价值量显著提升，从而有力推动 IGBT 市场的发展。

新能源汽车市场规模保持快速增长趋势，根据中商产业研究院的数据，2020 年，全球新能源汽车产量将达 424.5 万辆，同比增长 42.69%。根据前瞻产业研究院的数据， 2020 年，中国新能源汽车产量有望达 279.5 万辆，同比增长 47.49%，增速高于全球水平，并且未来新能源汽车的市场规模有望继续扩张。新能源汽车市场规模的增长，有望持续带动 IGBT 市场的需求提升。

新能源汽车应用在全球 IGBT 市场的占比不断提升，根据 Yole 的数据，预计全球 IGBT 市场规模将在 2022 年超过 50 亿美元。其中电动车（EV/HEV）动力系统的电气化，将成为助推全球 IGBT 市场增长的主要力量。2016 年全球电动车（EV/HEV）IGBT 市场规模约 9 亿美元，而到 2022 年，该领域市场规模有望达到 20 亿美元，将占据 IGBT 总体市场的 40%。

2. 替代空间广阔，IGBT 国产化加速推进

2.1. IGBT 技术演化路线：微型化与高功率成为趋势

自上世纪 80 年度 IGBT 开启工业化应用以来，IGBT 技术经历了丰富的技术演变，涌现出六代不同的 IGBT 技术方案，但这些方案主要由英飞凌、三菱电机和富士电机等海外厂商主导。

在英飞凌、富士电机、ABB 等厂商的推动下，IGBT 的结构设计仍在不断突破和创新，并涌现出了 P-ring TS+Trench、超级结和 SiC IGBT 等全新技术，推动 IGBT 应用和市场的持续发展。

同时，IGBT 的制造工艺也在持续革新，IGBT 产品的差异化和性能的提升有赖于掺杂、扩散和薄片加工等多种工艺的应用，相关工艺的技术壁垒较高，制造技术也成为实现 IGBT 自主创新的关键。

2.2. 全球龙头厂商占据全球与中国市场主要份额

目前，全球 IGBT 市场主要由英飞凌、三菱电机、富士电机、安森美和 ABB 等海外厂商占据，根据中国产业信息网的数据，全球前五大 IGBT 厂商的市场份额合计达 74%，同时，从 400V 及以下的常规 IGBT 市场到 4500V 以上的高端 IGBT 市场，海外厂商的 IGBT 产品的市场优势地位均十分明显。

在国内 IGBT 市场，海外厂商同样占据 50%以上的市场份额，国产替代的空间十分广阔。

2.3. 厚积薄发，本土 IGBT 厂商积极突围

目前，IGBT 国产化已成为国家关键半导体器件的发展重点之一，IGBT 也被列为国家“02 专项”的重点扶持项目，相关产业进入高速发展阶段。同时，广阔的 IGBT 市场中也涌现出一批包括中车时代电气（3898.HK）、比亚迪（比亚迪股份，1211.HK）、斯达半导等在内的掌握 IGBT 核心技术的企业，在产业政策和市场需求的驱动下，IGBT 国产化进程加速启动。

目前，IGBT 国产化已成为国家关键半导体器件的发展重点之一，IGBT 也被列为国家“02 专项”的重点扶持项目，相关产业进入高速发展阶段。同时，广阔的 IGBT 市场中也涌现出一批包括中车时代电气、比亚迪、斯达半导等在内的掌握 IGBT 核心技术的企业。

从我国 IGBT 企业目前的竞争局面来看，制造和封测模组环节竞争力较强，以上海先进半导体（积塔半导体）、华虹半导体、华润微电子为主导的晶圆代工制造企业已经具备了 8-12 寸 IGBT 芯片生产的技术，并积极推进国产制造端的升级。但是在芯片设计端相对薄弱，只有中车时代电气、比亚迪、斯达半导、士兰微等少数几家公司具备竞争力。

从国产替代的进程来看，中车时代电气在高铁 IGBT等重点领域具备了扎实的实力，其他公司的产品主要是从工控、光伏和风电等领域先行替代，在新能源汽车等高端领域的替代进程相对较慢。

中车时代电气的业务覆盖大功率半导体器件的研发与制造，全面掌握了晶闸管、整流管、IGCT、IGBT、SiC 器件及功率组件等功率半导体产品技术，相关产品广泛应用于高铁、电网、电动汽车、风电等领域。

在 IGBT 领域，中车时代电气目前已实现 650V-6500V IGBT 全电压范围覆盖，并且自主设计、建造了全球首条 8 英寸高压 IGBT 芯片专业生产线，攻克了高压 IGBT 制造关键技术和成套工艺，是国内唯一自主掌握高铁动力 IGBT 芯片及模块技术的企业，相关产品批量应用于轨道交通、输配电、新能源汽车等多个高端装备领域，市场优势地位明显。

比亚迪业务覆盖集成电路及新型电子元器件的研发和销售，主要产品包括 IGBT、 SiC 晶体材料等，相关产品在新能源汽车等领域应用广泛。

比亚迪在 IGBT 领域积累深厚，实现了车规级 IGBT 的大规模量产，公司自主研发的 IGBT 4.0 技术的整体功耗较市场主流 IGBT 产品降低 20%，产品竞争力显著，未来有望充分受益于新能源汽车 IGBT 市场的快速发展。

3. IGBT 产业链相关标的

3.1. 斯达半导

斯达半导主要从事以 IGBT 为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产，并以 IGBT 模块形式对外实现销售，相关产品广泛应用于工业控制及电源、新能源、变频白色家电等领域。

公司深耕 IGBT 的研发和销售，作为国内 IGBT 行业的领军企业，不仅具备先进的模块设计及制造工艺，亦拥有自主研发设计的 IGBT 芯片和快恢复二极管芯片的能力，市场地位持续提升。根据 IHS 的数据，2018 年，公司在全球 IGBT 模块市场的份额约为 2.2%，市占率排名位列全球第 8 位，国内第 1 位，是世界排名前十中唯一一家中国企业，市场优势地位显著，有望充分受益 IGBT 市场的持续增长和国产替代进程。

深耕 IGBT 等功率半导体领域，产品布局完善。公司自 2005 年设立以来一直专注于 IGBT 的自主研发，公司的 IGBT 模块型号齐全，目前形成了覆盖工作电流 5A-3600A、工作电压 600V-3300V 的产品布局。同时，公司还具备 MOSFET 模块、IPM 模块、整流模块、晶闸管、碳化硅器件等产品的供应能力，在功率半导体功率形成了完善的产品布局。

立足工控 IGBT 应用，积极布局新能源汽车和变频家电等高增长细分领域，市场地位持续提升。作为国内 IGBT 市场龙头，公司一直以来紧跟国家宏观政策走向，布局具备显著发展潜力的 IGBT 细分市场，针对细分市场客户对 IGBT 模块产品性能、拓扑结构等的不同要求，公司开发了不同系列的 IGBT 模块产品，在工控、新能源汽车和变频家电等领域形成了突出的竞争优势。在工控市场，目前，公司 IGBT 模块等产品主要应用于工控市场的变频器、电焊机和电源等领域，2019H1 公司在工控及电源市场的营收占比约为 77.92%，在变频器领域，公司目前已经成为国内多家知名变频器企业的 IGBT 模块主要供应商；在逆变电焊机领域，公司是少数可以提供适合于不同种类电焊机的多系列 IGBT 模块的供应商；在新能源市场，公司产品在新能源汽车领域也有广泛应用，公司已成功跻身于国内汽车级 IGBT 模块的主要供应商之列，市场份额不断扩大， 2019H1 公司在新能源市场的营收占比约为 18.05%。此外，在变频家电市场，2019H1 公司产品在变频白色家电及其他应用领域的营收占比为 4.03%，随着公司积极拓展产品线，未来相关 IGBT 模块产品有望在变频家电市场获得规模化应用，从而持续增厚公司业绩。

IGBT 芯片设计和模块封装技术不断突破，自主创新推进国产替代，产品竞争力突出。目前，国内 IGBT 芯片和快恢复二极管芯片主要依赖进口，国内可以自主研发 IGBT 芯片和快恢复二极管芯片的公司较少。公司在 IGBT 领域坚持自主创新，在 IGBT 设计方面，公司目前已经成功研发出 NPT 型芯片和第六代 FS-Trench 芯片并实现规模化量产，在最新一代的 IGBT 技术领域掌握了核心技术，同时在 IGBT 芯片的模块封装领域公司也有自主创新的核心技术储备，模块生产的月产能达 40-50 万个，规模优势显著。此外，公司也已经成功研发出可多个芯片并联的快恢复二极管芯片，其具备正温度系数、漏电流小等优异的产品特性。目前，公司 IGBT 芯片和快恢复二极管芯片已成功应用于大功率工业级和车用级模块，打破了大功率工业级和车用级模块完全依赖进口芯片的被动局面。

依托自主创新优势，芯片自制率逐年增长，盈利能力持续提升。依托于在 IGBT 芯片设计和模块封装领域的自主创新优势，公司目前的芯片自制率达 50%，自研芯片基本覆盖了公司的主要产品系列，自研芯片的毛利率提升显著，并且在产品交付等方面具备突出的市场竞争力。

积累众多优质、稳定的客户资源，竞争壁垒和优势地位持续提升。凭借在 IGBT 模块领域突出的产品竞争力，公司积累了英威腾、汇川技术、安徽巨一、阳光电源等众多优质客户资源。IGBT 模块不仅应用广泛，且是下游产品中的核心器件，产品替代成本较高，下游客户对供应商的认证较为严格。国内其他企业进入 IGBT 模块市场需要面临长期较大的资金投入和市场开发的困难，而公司在 IGBT 市场的先发优势明显，随着公司生产规模的扩大，自主芯片的批量导入，在供货稳定性上的优势会进一步巩固，从而进一步提升公司的竞争壁垒和市场优势地位。

定制化能力和本土区位优势助力公司构建 IGBT 国产替代的产品竞争力。客户的个性化需求主要是对 IGBT 模块的电路结构、拓扑结构、外形和接口控制的个性化要求等。公司凭借在IGBT领域的自主研发优势，可动态地根据客户需求开发各种定制化的IGBT 产品，目前公司已形成上百种个性化的 IGBT 产品组合，这些个性化产品成为公司保持与现有客户长期稳定合作的重要基础。此外，与国际品牌厂商相比，作为 IGBT 模块的国产厂商，公司凭借本土区位优势持续提升客户服务的效率，与国外竞争对手相比，公司在对客户需求的响应速度、供货速度、产品适应性及持续服务能力等各方面具备突出优势，有望充分受益 IGBT 市场的持续增长和国产替代进程。