IGBT深度报告：新能源发展的核心部件

IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ) 中文名为：绝缘栅双极型晶体管，是能源变换与传输的核心器件，主要用于实现电压、频率、直流交流转换等功能，被称为电力电子装置的“CPU”，被广泛应用于光伏/风电设备、新能源汽车、家电、储能、轨道交通、电网、航空航天等领域。

近年来，国家大力推行碳中和，驱动了清洁能源发电快速发展，以及电动汽车渗透率的迅速提升，这些都将驱动IGBT的强劲增长。

目前IGBT的市场规模有多大？上下游情况如何？上市企业都有哪些？竞争环境如何？国产替代的前景如何？未来发展趋势如何？

小编梳理了一大堆研报，与您一起了解上述内容。

01

市场规模

1、全球

根据研究机构Omdia的数据，全球IGBT市场规模在过去近十年中保持持续增长，从2012年的32亿美元增长至2020年的66亿美元，八年间的复合增长率在10%左右。

全球范围内来看，工控和新能源汽车是IGBT需求占比最大的两个下游领域。分下游需求来看（2017年数据），工控是IGBT目前最大的需求市场，需求占比达到37%；新能源汽车位居第二大市场，需求占比为28%；其次是新能源发电和变频白电市场，两者的需求占比分别为9%和8%。

2、我国

根据智研咨询的数据，中国IGBT市场规模增长迅速，从2012年的60亿元增长至2019年的155亿元，复合增速在15%左右，比全球IGBT市场规模的增速更高。

中国已经成为了全球IGBT市场的重要组成部分，从市场需求占比来看，2019年的数据显示，中国的IGBT市场规模已经占到全球IGBT市场规模的38%左右。

中国的IGBT需求结构与全球市场略微有些不同（参考2018年数据），新能源汽车、变频家电和工业控制是中国IGBT市场需求占比最高的三个下游，其占比分别为31%、27%和20%，新能源发电、智能电网和轨交的需求目前较低。

02

产业链分析

1、上游进口依赖性大

中国IGBT行业的上游参与者为硅晶圆、封装材料等原材料供应商和***、检测设备等设备供应商。

（1）原材料

硅晶圆是IGBT生产的主要原材料之一，在IGBT材料生产成本中占比30%左右。在生产硅锭环节中，需要通过提纯硅、熔化硅、搅拌硅熔浆等一系列制造工艺。其后，采用高精度的制造工艺将硅锭切割成片状，形成硅晶圆。硅晶圆的薄片工艺具有极高的制造工艺技术含量。

根据头豹研究院提供的数据得知，目前中国晶圆材料供应商只能将硅晶圆减薄到170μm，而国外晶圆材料供应商可将硅晶圆减薄到100-200μm的量级。受此影响，晶圆材料市场长期被日本信越化学工业株式会社、三菱住友株式会社、德国Siltronic、韩国SK Siltro和台湾环球厂商垄断，这五大晶圆供货商在全球晶圆市场中的占比为92.4%，导致中国大陆地区在8英寸或8英寸以上的硅晶圆主要依赖进口，自给率较低，尤其是8英寸以上硅晶圆。

封装材料是IGBT生产的另一种主要原料，可分为塑料封装、环氧树脂封装、陶瓷封装和金属封装四种。中国在IGBT封装材料虽然已取得一定的进步，但其仍存在技术壁垒，尤其在大电压的IGBT封装材料方面。整体而言，中国IGBT生产商对进口材料依赖性较大，因此在上游原材料环节的议价能力较弱。

（2）设备

设备供应商方面，***是IGBT芯片制造的核心设备之一，而IGBT芯片是IGBT模组或分立器件的核心。目前***的国产化程度低于10%，市场主要被荷兰ASML和日本尼康株式会社占据，其中荷兰ASML已垄断了高端***市场。由此可见，中国在***市场方面的优势不明显，竞争能力较弱。

2、中游相关上市公司

中游生产商主要负责IGBT模组或分立器件产品的设计、制造、测试和销售。由于IGBT产品集成度高、产品内部不同器件间隔仅有几毫米的距离，且易受电压和电流等运行环境影响，在产品设计和制造工艺方面会涉及到机械结构设计、电路布局设计、热设计、电磁设计等方面知识，这不仅要求IGBT生产商需要具备一定的生产工艺水平，也要求IGBT生产商的研发人员具有电力电子、力学、热学等多学科的知识和制造、测试的操作经验。因此，IGBT的生产具有相当高的技术壁垒。

（1）斯达半导：IGBT国产替代领军企业

自成立以来，公司一直专注于IGBT主业。公司成立于2005年，从IGBT模块封装业务起家，后向产业链上游延伸，进入到IGBT芯片设计领域。目前公司已经形成了“芯片设计”+“模块封装”的业务模式，成为了国产IGBT行业的龙头企业。

公司的主要产品为IGBT模块，约占主营收入的95%。IGBT模块是公司最主要的产品，其他产品还包括IGBT单管、MOSFET和碳化硅模块等。公司IGBT模块产品完整覆盖了下游细分市场，包括工控、新能源汽车、新能源发电、变频白电等。

（2）比亚迪半导体：车规级IGBT领先企业

公司是国内领先的车规级半导体企业。公司的前身为比亚迪半导体事业部（第六事业部），目前公司主要从事功率半导体（IGBT、碳化硅器件）、智能控制IC（MCU芯片、电源IC）、智能传感器以及光电半导体的研发生产和销售。

公司的产品以车规级半导体为核心，广泛应用于汽车、能源、工业和消费电子领域。

（3）时代电气：高压IGBT龙头进军车规级市场

公司主业为轨道交通装备产品的研发、设计、制造、销售和相关服务，产品包括轨道交通电气装备、轨道工程机械和通信信号系统等。与此同时，公司还在不断拓展轨交以外的新兴业务，如功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器以及海工装备等。

公司自2008年收购丹尼克斯进入到IGBT领域。公司首先布局轨交和电网等高压IGBT领域，目前公司在轨交和电网IGBT领域市占率国内第一。公司2017年进入到汽车IGBT领域，面向新能源汽车的IGBT二期芯片线（设计产能24万片/年）于2020年建成，并在2021年正式投产。

（4）士兰微：本土IDM大厂，深耕功率器件多年

公司成立于1997年，总部位于中国杭州。公司成立之初采用Fabless模式经营，2001年设立杭州士兰集成，引入晶圆产线转型IDM厂商，经过20余年的发展已经成长为国内规模最大的集成电路芯片IDM厂商之一。

公司主要产品包括：1、基于士兰芯片生产线高压、高功率、特殊工艺的集成电路、功率模块(IPM/PIM)、功率器件及（各类MCU/专用IC组成的）功率半导体方案；2、MEMS传感器产品、数字音视频和智能语音产品、通用ASIC电路；3、光电产品及LED芯片制造和封装（含内外彩屏和LED照明）。

公司自2009年研发出穿通型IGBT芯片以来，持续迭代IGBT芯片技术，目前已经迭代到场截止型第五代IGBT芯片。目前，公司所有量产的IGBT模块所配套的IGBT芯片均采用场截止技术，与英飞凌第四代芯片对标，性能指标上均与英飞凌第四代持平。

公司最新一代的场截止5代芯片（Field-Stop V）采用了精细沟槽技术，具有更窄的台面宽度，沟槽间距缩小到1.6微米，功率密度更高、芯片尺寸更小、厚度更薄（1200V截止电压的芯片厚度为110微米），总体损耗相比上一代芯片明显降低。

（5）国内IGBT相关公司整理：

2、下游应用领域广泛

IGBT的下游广泛应用于光伏/风电设备、新能源汽车、家电、储能、轨道交通、电网、航空航天等领域。且随着上述这些领域的蓬勃发展，对IGBT的需求也呈快速增长的趋势。

（1）工控：IGBT需求基本盘，未来将实现稳步增长

工控市场是IGBT下游需求的基本盘。IGBT是变频器、逆变焊机、UPS电源和电磁感应加热等传统工业控制及电源行业的核心元器件。根据集邦咨询的数据，2019年全球工控IGBT市场规模约为140亿元，是IGBT当前最大的下游市场。全球工控IGBT市场规模后续预计将以低速保持稳定增长，预计增速将保持在3%~5%的区间。根据集邦咨询的预测，预计到2025年全球工业控制IGBT市场规模将达到170亿元。

（2）新能源汽车、光伏/风电：IGBT最重要的增量市场

IGBT在新能源汽车中的主要应用包括电机控制器、车载充电器（OBC）、车载空调、以及为新能源汽车充电的直流充电桩中。电控系统中的IGBT约占电控系统成本的37%。新能源汽车渗透率逐步上升，将持续拉动IGBT模块市场的需求。据测算，我国2025年新能源汽车IGBT市场规模将达165亿元，2020-2025年复合增长率高达31.5%。

在光伏和风电方面，IGBT是光伏和风电逆变器的核心器件，占逆变器价值量的20%-30%。最典型的应用场景就是光伏逆变器，需要大量高压、超高压的IGBT模块，将光伏发出的粗电转换为可平稳上网的精电，这是实现碳中和的核心环节。

03

竞争环境分析

1、进入壁垒很高

（1）技术壁垒：IGBT行业的核心技术包括IGBT芯片的设计和生产，IGBT模块的设计、制造和测试。由于IGBT是下游产品的核心器件，且需要工作在大电流、高电压和高温等环境下，因此不管是在芯片设计、芯片制造以及模组封装等环节都有非常高的技术要求和工艺要求。

（2）市场壁垒：IGBT是下游应用产品的核心器件，IGBT的产品性能、可靠性以及稳定性对下游产品的性能表现有着直接的影响。因此，下游客户在导入IGBT时的验证测试周期长，替换成本高，客户在选择IGBT时通常较为保守谨慎。

（3）资金壁垒：IGBT同样属于资金密集型行业，研发投入大，各环节的生产测试设备投入大。且从研发立项到实现客户大批量销售需要较长时间，对行业玩家有着较强的资金要求。

2、目前是少数外资垄断的格局

全球IGBT市场目前处于德国、日本和美国企业垄断的格局。由于IGBT行业进入门槛高，且外资厂商的业务起步早，先发优势明显（英飞凌第一代IGBT产品诞生于1988年），因此形成了当前IGBT市场被德日美等国企业垄断的局面，目前全球IGBT前五大厂商分别为英飞凌、三菱、富士电机、安森美和赛米控。且英飞凌、三菱、富士电机和安森美均为IDM模式，垂直整合整个产业链，建立起了强大的护城河。

IGBT市场集中度较高，2019年CR3为54.7%，CR5为66.6%。高技术门槛和下游客户选择供应商的趋同性使得全球IGBT的市场集中度一直较高，以2019年为例，IGBT市场CR3为54.7%，CR5为66.6%。

根据Omdia数据，2020年全球IGBT分立器件市场规模为15.9亿美元，全球各厂商排名中，英飞凌占比29.3%，排名第1；富士电机占比15.6%，排名第2；三菱占比9.3%，排名第3；中国厂商士兰微占比2.6%，排名第10。2020年全球IGBT模组市场规模为36.3亿美元，英飞凌占比36.5%，排名第1；富士电机占比11.4%，排名第2；三菱占比9.7%，排名第3；中国厂商斯达半导占比2.8%，排名第6，是唯一进入前10的中国厂商。

3、格局变化：国产进步+供应链安全推动国产替代加速

（1）国产替代加速的内在原因：

1）IGBT作为功率半导体期间，其技术迭代速度较慢，周期较长，一代产品的使用时间非常长，超过十年；且客户主要追求的是IGBT产品的稳定性和可靠性，对新技术的追求意愿不高（英飞凌2007年推出的第四代IGBT芯片仍然是当前行业的主力产品）。因此，虽然国内IGBT厂家的起步较晚，但是行业留给了本土IGBT厂家充足的发展和追赶的时间，目前国内IGBT厂商技术进步较快，已经有产品能大批量满足下游客户需求。

2）本土IGBT企业的服务更好，能快速响应下游客户的需求，并且产品价格上相比于外资有一定优势，有利于下游客户的降本。

（2）国产替代加速的外部推动：

当前新能源汽车、新能源发电以及变频白电等领域发展迅速，带动着上游IGBT产品需求快速增长，但海外IGBT龙头厂商对扩产相对谨慎，进程较慢，因此造成全球IGBT供应紧张。此外，近年全球车规级的芯片供应短缺也让汽车、家电和工业等行业充分意识到芯片国产自主可控的重要性。在这样的大背景下，国内IGBT下游客户为保证供应链的安全以及自主可控，对国产IGBT产品的接受意愿逐步提高，给国产IGBT产品做测试验证和产品导入的意愿提升，也为IGBT国产替代带来了非常好的发展机会。

04

发展趋势分析

我国IGBT市场规模增速快于全球，2012年-2019年我国IGBT年复合增长率为14.52%。根据集邦咨询预测，受益于新能源汽车和工业领域的需求大幅增加，中国IGBT市场规模将持续增长，到2025年，中国IGBT市场规模将达到522亿人民币，2018-2025年复合增长率达19.96%。

1、需求广泛

（1）新能源汽车：电动化推动量价齐升

新能源汽车销量的快速增长为IGBT带来了新增需求。我国新能源汽车在过去的几年里实现了销量的快速增长，根据乘联会的数据，我国新能源乘用车销量从2015年的17.5万辆增长至2021年的329.1万辆，复合增速高达63.1%，特别是2021年在新能源乘用车已经有着较大的销售规模的基础上实现了181%的销量增长。

汽车电动化提升了功率半导体的单车价值量。根据Strategy Analytics的统计数据，2019年传统燃油车中功率半导体的价值量仅为71美元，价值量较低；而混合动力汽车中功率半导体的价值量提升至425美元，是传统燃油车的6倍；纯电动汽车中的功率半导体价值量提升至387美元，是传统燃油车的5.5倍。

随着新能源车市场在未来的必然发展壮大，IGBT的市场需求也将成规模的增长。

（2）新能源发电：广泛应用于光伏/风电行业

光伏发电需要通过光伏逆变器后并入电网，IGBT是光伏逆变器的核心部件。光伏逆变器是太阳能光伏发电系统中的关键设备之一，其作用是将光伏发电所产生的直流电转化为符合电网电能质量要求的交流电，IGBT则是光伏逆变器的核心部件。

风力发电需通过风电变流器后并网，IGBT同样是风电变流器的核心部件。风电变流器的功能是将风电机组在自然风作用下产生的电压频率、幅值不稳定的电能转换为频率、幅值稳定，符合电网要求的电能，风电变流器的功能实现同样需用到IGBT。

2020年9月，中国提出将在2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”；2021年9月，中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，提出到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。

2022年1月，国家发改委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》，其中明确提出要加快发展风电、太阳能发电。

彭博新能源财经也曾预测，中国能源市场在加速转型的情景下，到2050年中国92%的电能由光伏和风电为主的零碳电源提供。

（3）变频白电：重要的应用领域

IGBT与驱动电路、保护电路集成为IPM模块应用在变频白电中。功率变换模块是变频家电实现变频的关键部件，通常使用智能功率模块（IPM）。

我国变频白电的渗透率正不断提升。我国三大白电销量近年来稳定在3亿上下，且随着节能减排要求的提高，我国白电的变频化率正不断提升，根据产业在线的数据，2021年空调、冰箱和洗衣机的变频化率分别达到68%、34%和46%，未来还将进一步提升。

（4）轨道交通：轨道交通牵引中的核心器件

交流传动技术是现代轨道交通牵引传动的主流选择和核心技术。交流传动原理：车辆经受电弓从接触网获得单相交流高压电，输送给车载牵引变压器进行降压，然后通过整流器转换成直流电，再由逆变器将直流电转换成调频调压的三相交流电，最后输送给交流牵引电机，整个过程包含了交-直-交的变化。交流传动优势：1）良好的牵引和制动性能；2）功率因数高，谐波干扰小；3）电机功率大、体积小、质量轻、运行可靠性高；4）动态性能和粘着利用好。

牵引变流器是交流传动技术的关键部件。牵引变流器由整流器、中间直流电路和逆变器三部分组成，在交流传动系统中负责交-直-交转换，实现能量的转换，满足列车牵引与运行控制的要求。

IGBT是牵引变流器最核心的器件之一。IGBT作为牵引变流器的主型开关器件，是牵引变流器中最核心的器件之一。

2、国产替代

（1）全球供需偏紧，国内厂商迎来份额加速提升机会

国内IGBT晶圆产能是未来2年内全球主要增量来源，士兰微、时代电气、比亚迪半导体等IDM厂商及斯达半导、新洁能、扬杰科技等背靠本土代工厂的设计公司均具有较大产能弹性。在此背景下，下游客户加速导入国内IGBT供应商，尤其是光伏、电动车等IGBT紧缺较严重的细分赛道。以光伏为例，2020年IGBT国产化率几乎为0，2021年国内逆变器厂商开始导入大量本土IGBT单管供应商及少数IGBT模块供应商，并于2022年开始放量采购，国产化率快速提升。整体来看，预计2022年国内IGBT领域的国产化率将加速由年初的20%提升至30%。

（2）得益于缺货涨价，2022年行业国产化率有望达38%

1）英飞凌是IGBT行业的绝对龙头、市占率达30%；国内企业中士兰微在全球IGBT单管、IPM模块市占率达2.6%、1.6%，位列第十、第九名，斯达半导在全球IGBT模块市占率达2.8%、位居第六名。行业国产化率较低，2019年国内产量自给率仅12%。

2）2020年以来需求端得益于新能源车、光伏需求爆发，供给端海外疫情反复限制海外产能，IGBT供需失衡，海外大厂交期持续上升，价格持续上升，目前海外大厂IGBT交期达39~50周。估算2020、2021年国内上市公司IGBT收入达31、57亿元，同增59%、88%，国产化率达为17%、25%，提升5pct、8pct。

3）展望2022年，供需失衡贯穿全年，海外厂商扩产普遍谨慎、产能增量有限，国产化率进程取决于产能释放速度，估计2022年国内产能同增90%+，预计国产化率提升至38%。

（3）小结

虽然目前我国IGBT国外进口依赖度比较大，但随着各相关产业的蓬勃发展，未来几年内对IGBT的需求会呈现一个上行加速的过程。而且随着国产替代的可行性和必要性的提升，IGBT在我国的市场前景将非常值得期待。

审核编辑 ：李倩