功率半導(dǎo)體IGBT行業(yè)研究：新能源驅(qū)動(dòng)成長國產(chǎn)化率加速攀升

功率半導(dǎo)體IGBT行業(yè)研究：新能源驅(qū)動(dòng)成長，國產(chǎn)化率加速攀升一、市場篇：新能源助力IGBT高增長，缺貨推動(dòng)國產(chǎn)化加速1.功率半導(dǎo)體市場穩(wěn)健增長，IGBT增速領(lǐng)先功率半導(dǎo)體是電子裝臵中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，是能夠支持高電壓、大電流的半導(dǎo)體，主要用于改變電壓、頻率、電力轉(zhuǎn)換（將直流（DC）轉(zhuǎn)換為交流（AC），將交流（AC）轉(zhuǎn)為為直流（DC））。功率半導(dǎo)體主要產(chǎn)品包括功率器件（二極管、IGBT、MOS、BJT）、功率IC，二極管、晶閘管、BJT屬于第一代功率半導(dǎo)體器件，MOS、IGBT屬于第二代功率半導(dǎo)體器件，附加值更高。2020年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)452億美元，中國市場占比約為40%，功率IC市場規(guī)模達(dá)243億元

（占比54%），功率器件&模塊市場規(guī)模達(dá)209億美元（占比46%）、2016~2020年CAGR達(dá)7%，從市場規(guī)模占比來看，整流器、MOSFET、IGBT是最重要的功率器件，市場占比達(dá)19%、41%、31%，從成長性來看，IGBT成長性最佳、2016~2020年CAGR達(dá)14%。二極管：是不可控型功率半導(dǎo)體器件，主要用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，功能類似于機(jī)械單向閥，在一個(gè)方向上以最小的電阻傳導(dǎo)電流，稱為正向，同時(shí)防止電流流向相反的方向。優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)和原理簡單，缺點(diǎn)在于無法控制通斷且電流只能正向流通。晶閘管：又稱為可控硅整流器，是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）：金氧半場效晶體管，是一種全控型電壓驅(qū)動(dòng)器件，依照其工作載流子的極性不同可分為“N型”和“P型”，正持續(xù)柵極電壓控制開通，負(fù)持續(xù)柵極電壓控制并保持關(guān)斷，具有開關(guān)頻率高速度快、輸入阻抗高、抗擊穿性好、驅(qū)動(dòng)功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡單、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，主要缺點(diǎn)在于通態(tài)壓降大，電流、電壓額定低等。MOSFET主要運(yùn)用于消費(fèi)電子、通訊、工業(yè)、汽車電子等領(lǐng)域的中小功率場合例如電腦電源、充電樁等。2020年MOS市場規(guī)模為81億元，2016~2020年CAGR達(dá)9%。BJT（雙極型晶體管）：是一種全控型電流驅(qū)動(dòng)器件，具有三個(gè)引腳（基極、集電極和發(fā)射極）和兩個(gè)結(jié)（P結(jié)和N結(jié)），晶體管中的電荷流動(dòng)主要由于載流子在PN結(jié)處的擴(kuò)散作用和漂移作用。雙極性晶體管能夠放大信號(hào)，同時(shí)具有通態(tài)壓降小、通態(tài)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，適合給可預(yù)測電流消耗的設(shè)備供電，被用于構(gòu)成放大器電路、驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器和電動(dòng)機(jī)等設(shè)備，并廣泛運(yùn)用于航天航空、醫(yī)療機(jī)械和機(jī)器人等領(lǐng)域。BJT的主要缺點(diǎn)在于驅(qū)動(dòng)功率大，頻率低，在高電壓工作條件下電流增益很低。IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）：是由MOS、BJT組成的復(fù)合全控型功率半導(dǎo)體，兼具M(jìn)OS輸入阻扛高、BJT導(dǎo)通電壓低的兩大優(yōu)勢，驅(qū)動(dòng)功率小且飽和電壓低，適用于高壓、大電流領(lǐng)域，是電力電子裝臵的CPU。2.需求端：新能源驅(qū)動(dòng)成長，全球/中國十年CAGR達(dá)13%/15%2020年全球IGBT市場規(guī)模達(dá)66.5億美元，2016~2020年CAGR達(dá)14%。中國市場約占全球市場的40%。從產(chǎn)品類型來看，IGBT可分為單管、IPM、模塊，2020年單管、IPM、模塊市場規(guī)模占比為24%、22%、55%。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年市場規(guī)模達(dá)15.9億美元，2016~2020年CAGR達(dá)14%。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年市場規(guī)模達(dá)14億美元，2016~2020年CAGR達(dá)5%。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年市場規(guī)模達(dá)36億美元，2016~2020年CAGR達(dá)18%。從電壓等級(jí)來劃分，600V以下的低壓IGBT主要應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，600V~1200V的中壓IGBT主要應(yīng)用于新能源車、光伏、家電、工業(yè)（電焊機(jī)、UPS）領(lǐng)域，1700V以上的超高壓IGBT主要應(yīng)用于軌交、風(fēng)電、智能電網(wǎng)領(lǐng)域。從下游應(yīng)用來劃分，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年工業(yè)、家用、電動(dòng)車、軌交、光伏、其他行業(yè)市場規(guī)模占比為31%、24%、9%、6%、4%。根據(jù)我們估算，我們預(yù)計(jì)2025年全球IGBT市場規(guī)模達(dá)954億元、2020~2025年CAGR為16%，中國IGBT市場規(guī)模達(dá)458億元、2020~2025年CAGR達(dá)21%。2030年全球IGBT市場規(guī)模達(dá)1609億元、2020~2030年CAGR達(dá)13%，中國IGBT市場規(guī)模達(dá)732億元、2020~2030年CAGR達(dá)15%。其中新能源車、光伏&儲(chǔ)能貢獻(xiàn)了最大增量。2.1

新能源車：IGBT最大增量市場，國內(nèi)英飛凌、比亞迪、斯達(dá)三分天下新能源車市場是IGBT的最大增量，預(yù)計(jì)2025年全球新能源車IGBT市場規(guī)模達(dá)383億元、2020~2025年CAGR達(dá)48%，2030年全球新能源車IGBT市場規(guī)模達(dá)765億元，2020~2030年CGAR達(dá)31%。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(dòng)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。我們估算單車IGBT價(jià)值量維持1700元。1）IGBT一般占新能源車

BOM成本的5%。根據(jù)StrategyAnalytics，48V輕混車功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量為90美元，純電動(dòng)車功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量達(dá)330美元（折合人民幣2100元）。2）一般A00乘用車IGBT單車價(jià)值量為800元，A級(jí)電動(dòng)車IGBT單車價(jià)值量為2000元，2019~2021年新能源車中A00車占比為20%~25%，我們估算新能源車IGBT單車價(jià)值量為1700元。3）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(gè)電控模塊，我們估算四驅(qū)車型IGBT單車價(jià)值量達(dá)3200元，預(yù)計(jì)未來伴隨四驅(qū)車型滲透率持續(xù)提升，IGBT單車價(jià)值量持續(xù)提升，我們假設(shè)2025年四驅(qū)車型滲透率達(dá)15%，對(duì)應(yīng)2025年新能源車IGBT單車價(jià)值量達(dá)1980元，四年CAGR為4%，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(jià)值量維持在1700元。2021年全球新能源車銷量達(dá)650萬輛，對(duì)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(duì)應(yīng)IGBT市場規(guī)模達(dá)60億元，考慮汽車電子價(jià)格正常年降、伴隨A級(jí)車占比、四驅(qū)車占比提升，預(yù)計(jì)新能源車IGBT單車價(jià)值量維持在1700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(duì)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%；假設(shè)2025、2030年中國新能源車銷量達(dá)1200萬輛（滲透率40%）、1800萬輛（滲透率60%），對(duì)應(yīng)IGBT市場規(guī)模達(dá)204億元、306億元，2020~2025年CAGR達(dá)54%、2020~2030年CAGR達(dá)29%。2.2光伏&儲(chǔ)能：IGBT第二增量市場，國產(chǎn)化率有待提升預(yù)計(jì)2025年全球光伏&儲(chǔ)能IGBT市場規(guī)模達(dá)108億元、2020~2025年CAGR達(dá)30%，2030年全球光伏&儲(chǔ)能IGBT市場規(guī)模達(dá)280億元，2020~2030年CGAR達(dá)25%。IGBT是光伏逆變器、儲(chǔ)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）。光伏的功率半導(dǎo)體單MW價(jià)值量為2000~5000歐元，儲(chǔ)能功率半導(dǎo)體單MW價(jià)值量為2500~3500歐元，估算IGBT的單價(jià)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%，我們推算IGBT價(jià)值量占逆變器市場規(guī)模的7%。2.3傳統(tǒng)領(lǐng)域：家電、工業(yè)及其他市場穩(wěn)健增長白電領(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(tái)、滲透率為58%，中國變頻洗衣機(jī)銷量達(dá)2627萬臺(tái)、滲透率為42%，中國變頻冰箱銷量達(dá)2506萬臺(tái)、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(tái)IGBT價(jià)值量為40元，變頻冰箱、變頻洗衣機(jī)單臺(tái)IGBT價(jià)值量為10元，對(duì)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%?？紤]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(duì)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：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(chǔ)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(duì)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。工控領(lǐng)域：主要應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋變頻器、逆變焊機(jī)、UPS。我們根據(jù)相關(guān)上市公司的采購成本構(gòu)成估算變頻器、逆變焊機(jī)、UPS中IGBT價(jià)值量占比為11%、5%、12%。預(yù)計(jì)2025、2030年全球工控IGBT市場規(guī)模達(dá)266、322億元，五年、十年CAGR達(dá)4%、4%。2.4SiC：優(yōu)勢突出，預(yù)計(jì)未來六年CAGR超34%第三代半導(dǎo)體材料逐漸成為半導(dǎo)體技術(shù)升級(jí)的重點(diǎn)方向。第一代半導(dǎo)體材料以硅（Si）、鍺（Ge）等為代表，第二代化合物材料以砷化鎵（GaAs）等為代表，第三代寬禁帶材料以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為代表。SiCMOSFETS優(yōu)勢突出，更適合高壓領(lǐng)域。相對(duì)于Si基材料，SiCMOSFETS具有低導(dǎo)通損耗、低開關(guān)損耗、高開關(guān)頻率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，適用于新能源車、風(fēng)電光伏等高壓領(lǐng)域，在800V高壓平臺(tái)的電動(dòng)汽車可以充分體現(xiàn)快充、節(jié)能的優(yōu)勢。預(yù)計(jì)2025、2030年新能源車

SiC模塊市場達(dá)218、478億元，五年、十年CAGR達(dá)72%、42%。目前SiC模塊主要應(yīng)用于高性能四驅(qū)車的后驅(qū)，特斯拉、比亞迪、小鵬均采用該方案，我們假設(shè)2025、2030年SiC模塊滲透率提升至15%、25%，考慮SiC模塊價(jià)格持續(xù)下降，預(yù)計(jì)2025、2030年新能源車SiC模塊市場達(dá)218、478億元，五年、十年CAGR達(dá)72%、42%?？紤]SiC模塊對(duì)IGBT的替代效應(yīng)，預(yù)計(jì)2025、2030年新能源車IGBT市場達(dá)325、574億元，五年、十年CAGR達(dá)45%、28%。目前國內(nèi)功率企業(yè)積極布局SiC市場，其車載潛在市場空間更大。3.供給端：缺貨漲價(jià)潮助力國產(chǎn)替代加速，2022年國產(chǎn)化率有望達(dá)38%3.1行業(yè)國產(chǎn)率較低，2019年僅12%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(duì)龍頭、市占率達(dá)27%。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(duì)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。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(duì)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。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(duì)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。行業(yè)國產(chǎn)化率較低，2019年僅12%。根據(jù)Yole，從產(chǎn)量來看，2015年國內(nèi)自給率為10%、2019年國內(nèi)自給率僅12%，行業(yè)自給率緩慢提升?？紤]海外產(chǎn)品規(guī)格更高、預(yù)計(jì)從市場規(guī)?？趶絹砜磭a(chǎn)化率更低。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。1）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(dòng)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(jí)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%。2）光伏&儲(chǔ)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(bào)，“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(duì)應(yīng)市占率約為7%、9%，工控行業(yè)國產(chǎn)化率較低。3.2缺貨漲價(jià)潮助力國產(chǎn)替代加速，2022年行業(yè)國產(chǎn)化率有望達(dá)38%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(jià)格持續(xù)上升。得益于缺貨漲價(jià)潮，IGBT行業(yè)國產(chǎn)化率快速提升。1）2021年英飛凌功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)收入同增20%，國內(nèi)上市公司斯達(dá)半導(dǎo)體IGBT收入同增75%，士蘭微

IGBT業(yè)務(wù)收入實(shí)現(xiàn)翻倍增長，比亞迪半導(dǎo)功率半導(dǎo)體收入同增152%，中車時(shí)代功率半導(dǎo)體收入同增33%，新潔能

IGBT收入同增529%。2）我們估算2020、2021年國內(nèi)上市公司IGBT收入達(dá)31、57億元，同增59%、88%，國產(chǎn)化率達(dá)為17%、25%，提升5pct、8pct。分行業(yè)來看：新能源車、新能源發(fā)電、工控、白電領(lǐng)域國產(chǎn)化率快速攀升。1）新能源車：2021年比亞迪半導(dǎo)、斯達(dá)半導(dǎo)、時(shí)代電氣車載IGBT收入約為13、5、2億元，同比均實(shí)現(xiàn)翻倍增長，國產(chǎn)化率超30%。2）工業(yè)：

斯達(dá)半導(dǎo)是國內(nèi)工控IGBT龍頭，士蘭微、華潤微、宏微科技等企業(yè)亦有出貨。2021年斯達(dá)半導(dǎo)工控和電源IGBT收入約為11億元、同增51%、市占率約為12%，國產(chǎn)化率進(jìn)一步提升。3）白電：士蘭微是國內(nèi)IPM龍頭，新潔能、揚(yáng)杰科技等企業(yè)亦有出貨。2021年士蘭微IPM收入達(dá)8.6億元，白電領(lǐng)域IPM模塊出貨量超3800萬顆，同比實(shí)現(xiàn)翻倍增長，出貨量市占率達(dá)20%，國產(chǎn)化率快速攀升。4）2021年斯達(dá)半導(dǎo)、時(shí)代電氣、揚(yáng)杰科技、新潔能光伏IGBT收入均為幾千萬，且處于快速放量階段。展望2022年，供需失衡貫穿全年。1）5月英飛凌公告財(cái)年二季報(bào)，公司積壓訂單達(dá)370億歐元（2021年公司收入為111億歐元，預(yù)計(jì)2022年收入為130~140億歐元），且80%需求集中于12個(gè)月交付，2月英飛凌向經(jīng)銷商向經(jīng)銷商發(fā)布通知函、表示2022年供需失衡貫穿全年，或醞釀新一輪產(chǎn)品提價(jià)。2）5月安森美內(nèi)部人士稱2022年、2023年車用IGBT訂單已滿且不再接單。3）1月逆變器龍頭企業(yè)錦浪科技預(yù)計(jì)2022年四季度前芯片供給難有大改善。4）海外廠商擴(kuò)產(chǎn)普遍謹(jǐn)慎，主要的增量貢獻(xiàn)是英飛凌投資16億歐元在奧地利菲拉赫12寸產(chǎn)能，于2021年8月投產(chǎn)，預(yù)計(jì)通過4~5年產(chǎn)能爬坡后貢獻(xiàn)增量收入20億歐元，增量有限。3.3SiC行業(yè)壁壘更高，國內(nèi)企業(yè)積極布局SiC行業(yè)壁壘更高，競爭格局更優(yōu)，國內(nèi)企業(yè)積極布局。1）SIC行業(yè)研發(fā)周期長、制造難度高、資金投入高。①產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋襯底→外延→設(shè)計(jì)→制造→封裝，其中襯底、外延、制造、封裝占晶片加工成本的50%、25%、20%、5%，其中SiC單晶生長過程幾乎是黑箱操作、難以觀測、難度極高。②英飛凌1992年開始進(jìn)行碳化硅材料布局，直至近兩年方開始大規(guī)模建廠擴(kuò)產(chǎn)，2022年2月英飛凌宣布將投資20億歐元擴(kuò)充第三代半導(dǎo)體產(chǎn)能，預(yù)計(jì)項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)貢獻(xiàn)增量收入達(dá)20億歐元。2）SiC襯底、外延片集中度最高，Wolfspeed市占率達(dá)50%，羅姆、II-VI市占率達(dá)35%，三家公司長晶爐均為自己設(shè)計(jì)。SiC功率器件的主要玩家包括意法半導(dǎo)體、英飛凌、Wolfspeed、羅姆、安森美、三菱，2021年CR3達(dá)76%。3）國內(nèi)企業(yè)紛紛布局SiC領(lǐng)域，其中2020年比亞迪半導(dǎo)作為全球首家、國內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)SiC模塊在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中大批量裝車。2022年時(shí)代電氣投資4.6億元將現(xiàn)有4英寸SiC芯片年1萬片產(chǎn)能提升至6英寸SiC芯片年2.5萬片。2021年斯達(dá)半導(dǎo)募資5億元擬投產(chǎn)年產(chǎn)6萬片的6寸SiC芯片，截至2021年9月斯達(dá)半導(dǎo)已獲得3.4億車規(guī)級(jí)SiCMOSFET模塊訂單。2021年H1

士蘭微

SiC功率半導(dǎo)體中試線已成功通線，預(yù)計(jì)于2022年三季度投產(chǎn)。二、壁壘篇：技術(shù)壁壘+客戶壁壘+資金壁壘高，行業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯1.技術(shù)壁壘：芯片設(shè)計(jì)+芯片制造+模塊封裝IGBT核心技術(shù)為IGBT芯片的設(shè)計(jì)和制造以及IGBT模塊的設(shè)計(jì)、制造和測試。芯片設(shè)計(jì)端，芯片參數(shù)優(yōu)化對(duì)工程師的知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)積累要求極高；芯片制造端，生產(chǎn)流程長、生產(chǎn)設(shè)備多、工藝流程要求高；模塊封裝端，工程師需要對(duì)針對(duì)不同客戶需求對(duì)封裝進(jìn)行細(xì)微調(diào)整；IGBT行業(yè)對(duì)人才、設(shè)備要求極高。1.1IGBT芯片技術(shù)升級(jí)趨勢IGBT芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括元胞結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)、縱向結(jié)構(gòu)、終端結(jié)構(gòu)等。其中主要迭代對(duì)象為柵極結(jié)構(gòu)和縱向結(jié)構(gòu)，IGBT芯片的不同代系通常以

“柵極結(jié)構(gòu)+縱向結(jié)構(gòu)”來命名。IGBT芯片的柵極結(jié)構(gòu)主要包括平面柵（PlanarGate）、溝槽柵（TrenchGate），其中溝槽柵又進(jìn)一步衍生為精細(xì)化溝槽柵、微溝槽柵。IGBT芯片的縱向結(jié)構(gòu)逐步由穿通型（PunchThrough）演變?yōu)榉谴┩ㄐ?/p>

（NonPunchThrough），而后向場截止型（Field-Stop）方向發(fā)展。1.早期設(shè)計(jì)：穿通型（PT，PunchThrough）：使用重?fù)诫s的P+襯底作為起始層，在此之上依次生長N+buffer，N-base外延，最后在外延層表面形成元胞結(jié)構(gòu)。它因?yàn)榻刂箷r(shí)電場貫穿整個(gè)N-base區(qū)而得名。工藝復(fù)雜，成本高，而且需要載流子壽命控制，飽和壓降呈負(fù)溫度系數(shù)，不利于并聯(lián)，于80年代后期被逐漸取代。2.IGBT2：平面柵（Planar）+非穿通型（NPT，NonPunchThrough）：

相比PT，NPT使用低摻雜的N-襯底作為起始層，先在N-漂移區(qū)的正面做成MOS結(jié)構(gòu)，然后用研磨減薄工藝從背面減薄到IGBT電壓規(guī)格需要的厚度，再從背面用離子注入工藝形成P+collector。在截止時(shí)電場沒有貫穿N漂移區(qū)，因名非穿通型。部分IGBT2產(chǎn)品在高頻開關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域仍有一定銷量。3.IGBT3：溝槽柵（Trench）+場截止（Field-Stop）：1）柵極結(jié)構(gòu)變?yōu)闇喜坌?，電子溝道垂直于硅片表面，消除了JFET結(jié)構(gòu)，增加了表面溝道密度，提高近表面載流子濃度，性能更加優(yōu)化。2）縱向結(jié)構(gòu)方面，場截止的起始材料和NPT相同，都是低摻雜的N-襯底；場截止在背面多注入了一個(gè)Nbuffer層，它的摻雜濃度略高于N-襯底，因此可以迅速降低電場強(qiáng)度，使整體電場呈梯形，使所需的N-漂移區(qū)厚度大大減??；Nbuffer還可以降低P發(fā)射極的發(fā)射效率，從而降低了關(guān)斷時(shí)的拖尾電流及損耗。在中低壓領(lǐng)域基本已經(jīng)被IGBT4取代，但在高壓領(lǐng)域依然占主導(dǎo)地位，比如3300V，4500V，6500V的主流產(chǎn)品仍然在使用IGBT3。4.IGBT4：溝槽柵+場截止+薄晶圓：和IGBT3一樣，都是場截止+溝槽柵的結(jié)構(gòu)，但I(xiàn)GBT4優(yōu)化了縱向結(jié)構(gòu)，漂移區(qū)厚度更薄，背面P發(fā)射極及Nbuffer的摻雜濃度及發(fā)射效率都有優(yōu)化。IGBT4是目前使用最廣泛的IGBT芯片技術(shù)，電壓包含600V，1200V，1700V，電流從10A到3600A具有涉及。5.IGBT5：溝槽柵+場截止+表面覆銅：使用厚銅代替了鋁，銅的通流能力及熱容都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋁，因此IGBT5允許更高的工作結(jié)溫及輸出電流。同時(shí)芯片結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化，芯片厚度進(jìn)一步減小。銅的成本高于鋁，IGBT5未得到廣泛應(yīng)用，目前只封裝在PrimePACK?里，電壓也只有1200V，1700V。6.IGBT6：溝槽柵+場截止：器件結(jié)構(gòu)和IGBT4類似，但是優(yōu)化了背面P+注入，從而得到了新的折衷曲線。IGBT6未得到廣泛應(yīng)用，只有單管封裝的產(chǎn)品。7.IGBT7：微溝槽柵+場截止：IGBT7作為最新一代技術(shù)，其溝道密度更高，元胞間距也經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)5kv/us下的最佳開關(guān)性能。目前，IGBT7尚未得到廣泛應(yīng)用，但發(fā)展前景廣闊。英飛凌的相關(guān)產(chǎn)品中，T7用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，E7應(yīng)用于電動(dòng)商用車主驅(qū)，光伏逆變器等。隨著光伏產(chǎn)業(yè)、新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，IGBT7有望進(jìn)一步推廣。1.2IGBT芯片設(shè)計(jì)壁壘：難點(diǎn)在于不同參數(shù)的均衡取舍IGBT芯片由于其工作在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下，對(duì)芯片的可靠性要求較高，同時(shí)芯片設(shè)計(jì)需保證開通關(guān)斷、抗短路能力和導(dǎo)通壓降（控制熱量）三者處于均衡狀態(tài)，芯片設(shè)計(jì)與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化十分特殊和復(fù)雜。1.3IGBT芯片制造壁壘：難點(diǎn)在于減薄工藝、背面工藝IGBT芯片工藝難度較高，難點(diǎn)主要在于薄片工藝和背面工藝。IGBT芯片工藝可以按流程分為正面工藝、減薄工藝、背面工藝三個(gè)階段。減薄工藝需克服8英寸以上的硅片減薄至一定程度后極易翹曲、破碎的技術(shù)難題。芯片減薄可以顯著提升散熱效率、減小芯片體積、提高器件性能。對(duì)于特定IGBT器件，芯片厚度需要減薄到100um的量級(jí)，后續(xù)的加工處理非常困難，硅片極易破碎和翹曲。背面工藝需解決離子注入、背面激光退火難的問題。在對(duì)已減薄的硅片進(jìn)行離子注入的過程中，需要借助激光退火技術(shù)來精確控制硅片面的能量密度。因正面金屬熔點(diǎn)限制，背面退火難度較大。背面離子注入需要用到離子注入設(shè)備，該設(shè)備技術(shù)難度極高，通常需通過國外采購，每臺(tái)價(jià)格接近1億元，會(huì)受到進(jìn)口限制。1.4IGBT模塊封裝壁壘：難點(diǎn)在于高可靠性IGBT模塊的封裝技術(shù)難度高，高可靠性設(shè)計(jì)和封裝工藝控制是其技術(shù)難點(diǎn)。IGBT模塊具有使用時(shí)間長的特點(diǎn)，汽車級(jí)模塊的使用時(shí)間可達(dá)15年。因此在封裝過程中，模塊對(duì)產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量穩(wěn)定性要求非常高。高可靠性設(shè)計(jì)需要考慮材料匹配、高效散熱、低寄生參數(shù)、高集成度。封裝工藝控制包括低空洞率焊接/燒結(jié)、高可靠互連、ESD防護(hù)、老化篩選等，生產(chǎn)中一個(gè)看似簡單的環(huán)節(jié)往往需要長時(shí)間摸索才能熟練掌握，如鋁線鍵合，表面看只需把電路用鋁線連接起來，但鍵合點(diǎn)的選擇、鍵合的力度、時(shí)間及鍵合機(jī)的參數(shù)設(shè)臵、鍵合過程中應(yīng)用的夾具設(shè)計(jì)、員工操作方式等等都會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率。2.客戶壁壘：認(rèn)證周期長，先發(fā)企業(yè)優(yōu)勢明顯IGBT產(chǎn)品取得客戶認(rèn)可的時(shí)間較長。由于其穩(wěn)定性、可靠性方面的高要求，客戶的認(rèn)證周期一般較長，態(tài)度偏向謹(jǐn)慎，在大批量采購前需要進(jìn)行多輪測試。新進(jìn)入者很難在短期內(nèi)獲得下游客戶認(rèn)可。以汽車級(jí)IGBT為例，認(rèn)證全周期可達(dá)2-3年。IGBT廠商進(jìn)入車載市場需要獲得AEC-Q100等車規(guī)級(jí)認(rèn)證，認(rèn)證時(shí)長約12-18個(gè)月。通過后，廠商還需與車廠或Tier1供應(yīng)商進(jìn)行車型導(dǎo)入測試驗(yàn)證，這一過程可能持續(xù)2-3年。在測試驗(yàn)證完成后，供應(yīng)商通常會(huì)先以二供或者三供的身份供貨，再逐步提高量。而在需求穩(wěn)定的情況下，車廠出于供應(yīng)鏈安全考慮，更傾向于與現(xiàn)有供應(yīng)商保持合作，新IGBT供應(yīng)商可能無法得到驗(yàn)證機(jī)會(huì)。3.資金壁壘：制造端屬于重資產(chǎn)行業(yè)，新建項(xiàng)目投資高昂IGBT制造屬于資本密集型行業(yè)，其產(chǎn)業(yè)鏈較長，包括芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、模塊制造、測試等環(huán)節(jié)；部分設(shè)備依賴進(jìn)口，成本高昂。產(chǎn)品研發(fā)階段亦需要較長研發(fā)時(shí)間和較高研發(fā)成本。三、財(cái)務(wù)篇：國內(nèi)企業(yè)成長性更佳，海外龍頭毛利率、研發(fā)費(fèi)率更高我們選取國外頭部廠商英飛凌、安森美，以及國內(nèi)廠商時(shí)代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、華潤微、宏微科技、揚(yáng)杰科技、新潔能進(jìn)行財(cái)務(wù)對(duì)比。從成長性來看，得益于國產(chǎn)化率提示，過去五年國內(nèi)企業(yè)成長性優(yōu)于海外大廠，其中斯達(dá)半導(dǎo)2016~2021年收入、歸母凈利五年CAGR達(dá)42%、79%，領(lǐng)先行業(yè)。2022年Q1斯達(dá)半導(dǎo)收入、歸母凈利同增67%、102%，領(lǐng)先行業(yè)。從ROE來看，各家企業(yè)ROE波動(dòng)較大，2021年九家企業(yè)ROE均高于10%，其中士蘭微最高、達(dá)30.8%，新潔能次之、達(dá)30.5%。2021年多家企業(yè)ROE大幅提升主要系功率半導(dǎo)體缺貨漲價(jià)潮下盈利能力大幅提升。海外龍頭毛利率更高且穩(wěn)定性更強(qiáng)，受價(jià)格周期影響國內(nèi)部分企業(yè)盈利能力波動(dòng)性較大。從凈利率、毛利率來看，受益于功率半導(dǎo)體行業(yè)缺貨漲價(jià)潮，近兩年各企業(yè)盈利能力明顯提升。海外龍頭英飛凌、安森美毛利率較高且較為穩(wěn)定，2021年英飛凌、安森美毛利率達(dá)39%、40%，國內(nèi)斯達(dá)半導(dǎo)毛利率達(dá)36%、且呈現(xiàn)穩(wěn)步提升，新潔能、士蘭微毛利率波動(dòng)性較大，宏微科技毛利率顯著低于同業(yè)，但周期性明顯。國內(nèi)企業(yè)費(fèi)率更低，凈利率明顯優(yōu)于海外企業(yè)，受益于毛利率提升、規(guī)模效應(yīng)，斯達(dá)半導(dǎo)凈利率持續(xù)提升、2021年達(dá)23%，新潔能、士蘭微凈利率波動(dòng)性較大。從固定資產(chǎn)率來看，IDM模式中尚處于前期投入期的企業(yè)較低，士蘭微、華潤微2021年固定資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率僅1.7、1.9次；采用Fabless的新潔能固定資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率最高、2021年達(dá)8次。從應(yīng)收賬款周轉(zhuǎn)天數(shù)來看，海外大廠賬期普遍較短，2021年英飛凌、安森美應(yīng)收賬款率達(dá)8.6、7.9次，國內(nèi)企業(yè)華潤微最佳、僅7.6次，但賬期普遍拉長。四、投資分析1.斯達(dá)半導(dǎo)：國內(nèi)IGBT模塊龍頭，新能源業(yè)務(wù)快速放量公司主營為IGBT模塊，2021年IGBT模塊收入達(dá)16億元、收入占比達(dá)93%，公司下游主要為工控和電源、新能源，收入占比為62%、33%。主要客戶包括英威騰、匯川技術(shù)等企業(yè)。目前公司采用Fabless模式，代工廠為上海華虹、上海先進(jìn)等。國內(nèi)IGBT模塊龍頭自建晶圓廠，由Fabless走向IDM。1）公司成立于2005年，是國內(nèi)首批IGBT公司，2011年，公司研發(fā)出工業(yè)級(jí)中等功率模塊；2012年公司研發(fā)出第一代自研芯片NPT型IGBT芯片，2015年公司對(duì)標(biāo)英飛凌主流第四代IGBT芯片的FS-Trench芯片成功研發(fā)，并于2016年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2020年公司IGBT模塊排名全球第六，較2019年提升一名，全球市占率達(dá)2.8%，是國內(nèi)唯一進(jìn)入全球IGBT模塊前十的公司。2）2021年末公司定增募資35億元自建晶圓廠，預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)后形成6寸高壓功率芯片30萬片/年、6寸SiC芯片6萬片/年，功率半導(dǎo)體模塊400萬片/年。新能源業(yè)務(wù)快速增長。1）2021年公司新能源行業(yè)收入達(dá)5.7億元、同增166%，公司應(yīng)用于主電機(jī)控制器的車規(guī)級(jí)IGBT模塊持續(xù)放量，合計(jì)配套超過60萬輛新能源汽車、其中A級(jí)車超15萬輛，應(yīng)用于主電機(jī)控制器的車規(guī)級(jí)IGBT模塊開始大批量配套海外市場，預(yù)計(jì)2022年海外市場份額將會(huì)進(jìn)一步提高。2）截至2021年9月公司已獲得3.4億車規(guī)級(jí)SiCMOSFET模塊訂單，交貨周期為2022~2023年。2.比亞迪半導(dǎo)體：國內(nèi)新能源車IGBT模塊龍頭，SiC全球首家批量上車公司主營業(yè)務(wù)為車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體，產(chǎn)品涵蓋功率半導(dǎo)體（IGBT模塊、SiC器件、IPM）、智能控制IC（MCU）、智能傳感器（CMOS）等業(yè)務(wù)，2021年公司功率半導(dǎo)體收入達(dá)13.5億元、收入占比43%。公司功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)采用IDM模式，是國內(nèi)新能源車IGBT模塊龍頭。1）公司于2005年組建IGBT團(tuán)隊(duì)，2007年組建IGBT模塊產(chǎn)線，2008年公司收購寧波中緯半導(dǎo)體、建立6寸晶圓生產(chǎn)線，2009年自研成功IGBT1.0芯片，標(biāo)志中國IGBT芯片實(shí)現(xiàn)0突破。2）2019年公司在中國新能源乘用車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器用IGBT模塊廠商中位列第二、僅次于英飛凌、占比達(dá)19%。3.士蘭微：國內(nèi)功率IDM大廠，MOS、IPM模塊國內(nèi)市占率領(lǐng)先公司業(yè)務(wù)涵蓋分立器件、集成電路及發(fā)光二極管三大板塊，2021年收入占比達(dá)53%、32%、10%。分立器件覆蓋MOSFET、IGBT、PIM、FRD、SBD等產(chǎn)品，集成電路板塊覆蓋IPM、MEMS、AC/DC、DC/DC、MCU、PMIC等產(chǎn)品。2021年公司IGBT收入達(dá)13億元，收入占比為18%。其中IPM模塊收入達(dá)8.6億元，實(shí)現(xiàn)翻倍增長，變頻白電IPM模塊銷量達(dá)3800萬顆，我們估算在變頻白電IPM市占率達(dá)20%；工控IGBT單管批量供貨，車規(guī)IGBT產(chǎn)品通過部分汽車廠商測試，開始小批量供貨；光伏IGBT單管已在國內(nèi)部分光伏客戶逐步上量。2020年公司IPM模塊全球市占率達(dá)1.6%、排名第九，IGBT單管全球市占率達(dá)2.6%、排名第十，MOSFET全球市占率達(dá)2.2%、排名第十。4.時(shí)代電氣：軌交裝備龍頭，軌交電網(wǎng)IGBT龍頭，新能源IGBT快速放量公司是主營為軌道交通裝備產(chǎn)品，2021年公司總收入達(dá)151億元，軌交業(yè)務(wù)收入占比達(dá)81%，新興裝備（功率半導(dǎo)體、工業(yè)變流器、海工裝備、傳感器件、新能源車電驅(qū)）收入占比17%。公司功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)采用IDM模式，2021年公司8英寸IGBT晶圓月產(chǎn)能達(dá)36萬片/年。1）2008年10月公司通過收購英國Dynex75%股權(quán)正式將業(yè)務(wù)拓展進(jìn)入高壓IGBT領(lǐng)域，2009年公司建成國內(nèi)首條高壓IGBT模塊封裝線，2014年公司建成國內(nèi)首條、全球第二條8寸IGBT晶圓產(chǎn)能，產(chǎn)能達(dá)12萬片/年，2017年公司高壓IGBT模塊成功應(yīng)用于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，并研制出世界最大容量壓接型IGBT。2020年公司建成8寸IGBT晶圓二期項(xiàng)目，設(shè)計(jì)產(chǎn)能24萬片/年，目前處于產(chǎn)能爬坡階段。2）2022年公司投資4.6億元將現(xiàn)有4英寸SiC芯片年1萬片產(chǎn)能提升至6英寸SiC芯片年2.5萬片。5.華潤微：國內(nèi)功率IDM大廠、MOSFET龍頭公司主營業(yè)務(wù)包括產(chǎn)品與方案（功率器件、集成電路）、制造與服務(wù)（代工、封測），公司是中國本土領(lǐng)先的以IDM模式為主經(jīng)營的半導(dǎo)體企業(yè)，同時(shí)也是中國本土最大的功率器件企業(yè)之一。2021年公司總收入達(dá)92億元，其中功率半導(dǎo)體收入達(dá)38億元，MOSFET收入達(dá)26億元，IGBT收入約2億元。2020年，公司占全球MOSFET分立器件市場份額的3.9%，位居世界第八。2021年末公司6英寸晶圓制造產(chǎn)能