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1、IGBT，电力电子装臵的“CPU”

1.1.IGBT应用场景广泛

IGBT是电控系统中实现精准调控的“开关”。IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件，因此IGBT既有MOSFET驱动功率小、开关速度快的特点，又有BJT饱和压降低、载流密度大的优势。简单来说，可以把IGBT看成是一个非通即断的开关器件，通时为导线，断时为开路，能够根据工业装臵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。IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装臵的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在众多领域应用极广。

IGBT按照电压等级分为三类，下游应用场景广泛。根据工作电压的高低，IGBT模块一般被划分为三类：低压（V以下）、中压（V-V）和高压（V-V）。低压IGBT模块一般用于消费电子、汽车零部件领域；中压IGBT模块一般用于新能源汽车、工业控制、家用电器等领域；高压IGBT模块一般用于轨道交通、新能源发电、智能电网等领域。其中，新能源汽车领域需求的快速增长是高端IGBT市场规模增长最重要的驱动因素之一，根据中国产业信息网统计，年应用于新能源汽车的车规级IGBT市场规模已达IGBT整体市场规模的31%。

车规级IGBT是新能源汽车的核“芯”之一。IGBT芯片与动力电池电芯并称为电动车的“双芯”，是影响电动车性能的核心器件之一。在新能源汽车上，IGBT主要应用于电池管理系统、电动控制系统、空调控制系统、充电系统等，主要具有以下功能：在主逆变器（MainInverter）中，IGBT将高压电池的直流电转换为驱动三相电机的交流电；在车载充电机（OBC）中，IGBT可将V交流电转换为直流并为高压电池充电；除此之外，IGBT也广泛应用在DC/DC转换器、温度PTC、水泵、油泵、空调压缩机等系统中。

1.2.IGBT两大工作特性

顾名思义，IGBT工作特性体现在“绝缘栅”与“双极型”。所谓“绝缘栅”，是指IGBT保有MOSFET的典型原理，即作为控制电路导通的发射极与功率电路部分是绝缘的，需要通过给发射极施加电压来联通电路；所谓“双极型”，是指IGBT保有BJT的典型原理，即电路导通时半导体内同时流通电子与空穴两种粒子。IGBT可视为一个PNP型三极管和一个N-MOSFET的组合，发射极信号控制MOSFET的通断。当MOSFET导通时会为PNP晶体管提供基极电流，IGBT导通；当MOSFET关断时PNP晶体管基极电流被切断，IGBT关断。

1.3.IGBT行业三种商业模式

IGBT行业主要包括设计、制造、封测三大板块，根据公司覆盖面的差异划分为三种模式。IGBT行业上游产业主要包括半导体材料（硅片、光刻胶等）与设备（光刻机、刻蚀机、PVD、CVD等），是支撑IGBT行业发展的基石；IGBT行业根据芯片制造的工序又可依次划分为芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试三个环节；IGBT行业下游产业为广泛的各细分应用市场，IGBT在工业控制、新能源汽车、消费电子、电力储存、轨道交通、家用电器等领域均大量应用。半导体行业内一般依据覆盖环节的不同而将各半导体公司分类为三种商业模式：Fabless（无工厂芯片供应商）模式、Foundry（代工厂）模式与IDM（IntegratedDeviceManufacture，集成器件制造）模式。Fabless模式是指只负责芯片的电路设计与销售，将具体生产环节外包的公司，例如斯达半导、中科君芯等；Foundry模式是指负责制造、封装或测试的其中环节，不负责芯片设计的公司，例如上海先进、江苏宏微等；IDM模式是指集芯片设计、制造、封测多个环节于一身的公司，例如比亚迪、英飞凌、三菱、士兰微等。

2.新能车普及在即，车规级IGBT放量增长

2.1.IGBT技术不断升级，SiCMOSFET性能更佳但短期难替代

功率半导体历史演变分为半控型器件、全控性器件、复合型器件、集成电路四个阶段。

第一阶段是以年为起点、以整流管、晶闸管为代表的半控型器件发展阶段。这一阶段的功率器件在低频、大功率变流领域中的应用占有优势，取代了早先的汞弧整流器，半控型器件实现了弱电对强电的控制，在工业界引起了一场技术革命，但半控型器件可通过信号控制其导通，但无法实现关断，使得其应用有着很大局限性。

第二阶段是20世纪70年代后期为以可关断晶闸管(GateTurnOffThyristor,GTO)、功率双极晶体管（BipolarJunctionTransistor,BJT，也称GiantTransistor,GTR）和功率场效应晶体管（Power-MOSFET）等全控型器件为代表的发展阶段。全控型器件通过对门极（基极/栅极）的控制，既可使器件导通又可使器件关断，其开关速度高于晶闸管，使变流器的高频化得以实现。20世纪70年代末MOSFET出现，克服了前两代的许多不足，但其导通电阻却比较大，在高压领域其导通电阻仍旧是很大问题。

第三阶段是20世纪80年代后期以绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT）复合型器件为代表的发展阶段。IGBT是功率MOSFET和BJT的复合，集中了BJT和MOSFET的优点，但也正是因为其由MOSFET驱动BJT，导致其开关速度、最大工作频率不及MOSFET，故更适用于只在高压、大功率环境。

第四阶段是以功率集成电路（PowerIntegratedCircuit,PIC）或智能功率集成电路（SmartPowerIntegratedCircuit,SPIC）为代表的集成电路发展阶段。PIC即采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。20世纪90年代后，PIC开始进入实用化阶段。集成电路模块中MOSFET、IGBT等功率器件仍是其核心，约占整个芯片面积的1/2-2/3，集成电路更多是起到推动电子元器件朝微小型化、低功耗和高可靠性方面发展的作用。

自功率IC出现以后，功率半导体市场从以往单一的功率器件产品市场转变为功率器件与功率集成电路产品并存的市场。各代功率半导体器件仍在各自结构体系内不断迭代发展，根据各自特性在不同的应用领域各有应用，形成了多代产品发展共存的局面。

IGBT的技术趋势为“小尺寸、高功率、低损耗”。从年IGBT首次问世到年三菱电机推出微沟槽场截止型新产品，IGBT已经经过7次迭代升级，朝着减小模块尺寸、增加输出功率、降低功率损失的目标不断优化。在新能源汽车领域，随着市场对于整车性能要求的迅速提高，车规级IGBT呈现出高电压、高效率、高功率密度和高可靠性的“四高”特性。在未来，IGBT行业会在精细化技术、超结技术、高结温终端技术、先进封装技术、功能集成技术等方向进一步探索，实现尺寸厚度、功率密度、驱动效率、结温、可靠性等方面的优化，不断降低生产成本。

SiC性能优良，但技术尚不成熟。和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料碳化硅（SiC）具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，因其禁带宽度大于或等于2.3eV，又被称为宽禁带半导体材料。SiC器件相对于Si器件的优势有三个方面：电能转换过程中的能量损耗更少、更容易实现小型化、更耐高温高压。SiC器件的工作结温在℃以上，工作频率在kHz以上，耐压可达20kV，在高压、高温、高频应用领域碳化硅基器件相较于传统硅基器件更具优势。但是当前SiC芯片技术还不够成熟，仍面临着很多技术挑战：一是如何制造高质量、低缺陷率的衬底和外延层；二是怎样提高MOSFET沟通迁移率和栅氧稳定性；三是沟槽栅SiC技术如何做到低损耗、大电流容量、高稳定性。

当前各主流厂商的车用SiCMOSFET技术的产业化进程处于起步阶段。全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立的态势，其中美国全球独大，全球SiC产量的70%~80%来自美国公司，典型企业是科锐、安森美、Ⅱ-Ⅵ等；欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，典型公司是意法半导体、英飞凌等；日本是设备和模块开发方面的领先者，典型公司是罗姆、三菱电机等。在车用产业化领域，虽然年罗姆曾在Formula-E电动方程式赛车锦标赛中为Venturi车队赛车配臵了SiC逆变器，但真正实现量产是特斯拉在年推出的封装了SiCMOSFET的Model3车型，该产品由意法半导体提供，特斯拉也因此成为最早采用SiCMOSFET制造汽车逆变器的车企，随后英飞凌也成为了特斯拉的SiC功率半导体供应商。年9月，科锐与德尔福科技宣布开展汽车碳化硅器件合作，科锐的SiCMOSFET技术将用于德尔福的V电控逆变器中，计划量产时间为年；同年12月，科锐成为大众汽车集团FAST（FutureAutomotiveSupplyTracks，未来汽车供应链）项目SiC独家合作伙伴，通过功率模块供应，为未来的大众提供碳化硅基解决方案。年9日，意法半导体被雷诺-日产-三菱联盟指定为高能效碳化硅技术合作伙伴，为联盟即将推出的新一代电动汽车的先进车载充电器（OBC）提供功率电子器件。年6月，大陆集团动力总成事业群、汽车电气化领域的领先供应商纬湃科技与罗姆最近签署了一份共同开发合作协议，在V碳化硅逆变器以及V碳化硅逆变器解决方案中展开合作。国内厂商方面，比亚迪积极推进SiCMOSFET商业化进程，年旗下中大型轿车比亚迪汉EV车型电机控制器首次使用了比亚迪自主研发并制造的高性能SiCMOSFET控制模块，大大提高了电机性能。总体来看，全球各厂商已经开始考虑采用SiCMOSFET技术，但是目前仍处于产业化起步阶段。

SiCMOSFET短期内难以取代IGBT，预计国内厂商将形成以IGBT为基本盘，以SiC为战略布局的并存局面。SiC在磊晶制作上有材料应力的不一致性，造成晶圆尺寸在放大时磊晶层接合面应力会超出拉伸极限，导致晶格损坏，降低了产品良率，故目前SiC芯片成品率低，晶圆尺寸主流仍维持4寸或6寸，无法取得大尺寸晶圆成本优势，生产成本过高。同等级别的SiCMOSFET，其成本是SiIGBT的8~12倍，而车用领域SiC解决方案的整体成本相比传统SiIGBT则高出约美元。其次可靠性难以保证，目前SiCMOSFET缺少长期可靠性数据，且由于SiC和SiO2界面缺陷多，目前栅氧长期稳定性的问题也有待解决。所以对于各半导体供应商来说，IGBT在性能达标的情况下具有成本与质量优势，故未来一段时间内IGBT仍会占据市场主导地位，SiC更多会作为战略布局进行研发试点而非批量生产。

2.2.新能车临近普及拐点，工业级应用平稳增长

新能源汽车行业临近拐点之年，高端车与低端车双双加速放量，预计年销量有望达万辆。新能源汽车按照车型可以分为A00级（微型车）、A0级（小型车）、A级（紧凑型车）、B级（中型车）等。以特斯拉为代表的B级EV高端车由于科技性溢价高，将持续渗透高端客群，加速替代同级别的传统燃油车；而比亚迪有望在年将迎来新一轮产品周期，在降本提速、政府补贴延续和免征购臵税影响下实现“购臵平价”，尤其是技术成熟且壁垒很高的PHEV高端车型。受补贴退坡刺激，年后低端车产业链将加速降本，预计年中低端车发力，尤其是A0级和A级PHEV将向大众市场加速渗透，头部企业率先平价。是行业拐点之年，其中A级PHEV兼具燃油车和电动车的优点，市场接受度较高，有望在当前换购周期中率先突围。年开始进入后补贴时代，新能源汽车行业洗牌或加速，转向复苏，年重回高增长通道，预计年我国新能源汽车销量有望突破万辆。

新能源汽车行业的增长将持续推动IGBT行业向好发展。根据驱动视界数据，在新能源汽车电机控制器中，IGBT占据了电机控制器成本的37%，是新能源汽车重要的核心电子器件之一，新能源汽车的加速普及会大幅促进IGBT行业向好发展。除此之外，在新能源汽车市场的带动下，其配套基础设施市场蓬勃发展，根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟的年度报告数据，年全国充电设施较年新增超过12.85万台，IGBT作为充电设备中功率转换的核心器件，预计其在充电设施进一步普及的背景下市场需求量会进一步提升。

其他应用领域对IGBT需求保持平稳增长。在工业控制行业，IGBT是变频器、逆变焊机、电磁感应加热设备等传统工业控制行业的核心元器件，并已经得到了广泛的应用，随着中国传统制造业的转型升级，工业级IGBT的市场需求量有望进一步攀升。在家用电器行业，变频类家电对功率半导体要求极高，IGBT作为性能优良的功率半导体器件应用场景广泛。在轨道交通行业，IGBT是轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件，年以来，中央会议屡屡提及加快“新基建”建设，或促进IGBT行业迎来新增长点。

2.3.车规级IGBT快速扩张，预计年国内市场亿元

IGBT供不应求，行业持续向好发展，根据英飞凌年报披露，年全球IGBT市场规模高达62.2亿美元，年中国IGBT市场规模达到亿元。IGBT下游产业迅速发展，对IGBT需求持续增长，根据富昌电子的年Q1市场行情报告显示，目前英飞凌、安森美、Microsemi等IGBT供应商的供货周期普遍维持在13-30周左右，且交期有延长趋势，而IGBT正常的供货周期在7-8周左右，可见IGBT仍处于供不应求的状态，未来仍具有广阔增长空间。近年来全球市场与中国市场均保持增长态势，根据英飞凌年报披露，-年，全球IGBT市场规模分别达到45.1、52.6、62.2亿美元，同比增速分别为6.6%、16.5%、18.4%，全球市场加速增长；国内IGBT市场持续向好发展，年市场规模达亿，同比增长6.4%，过去8年间一直保持增势。

销量增，单价稳，根据我们的预测，国内车规级IGBT预计年市场空间对应亿元，CAGR约27%。由于车规级IGBT主要应用于新能源汽车，故采用公式“车规级IGBT市场规模=新能源汽车销量×IGBT单车价值量”来近似预测未来6年车规级IGBT市场规模变化情况。虽然受到车市遇冷与补贴退坡的影响，年新能源汽车同比下降了4%，年在疫情冲击下，新能源汽车的销量进一步承压，但是也需要看到动力电池CTP技术、比亚迪DM-i技术和电动平台等一系列新技术的应用，有望带动新能源汽车成本快速下降，行业有望加速进入普及拐点，我们预测年国内销量有望达到万辆左右。IGBT单车价值方面，考虑到供给相对偏紧、新进入者有望破局和智能化提速，假设未来单车价值量整体保持稳定。在新能源汽车的成本构成中，除了动力电池外，电机电控系统的成本占比位列第二，而在电控系统中，IGBT成本占比接近40%，总体来看，车规级IGBT单车价值量在0元左右。根据我们对国内新能源汽车市场规模增长的预测，预计年时，国内车规级IGBT的市场规模有望达到.6亿元，对应CAGR为27%左右。

3.国产IGBT龙头突围，进口替代有望加速推进

3.1.车规级市场呈“双寡头”竞争格局，IGBT国产化亟待推进

英飞凌：绝对的行业领导者。英飞凌科技公司是一家总部设立于德国的半导体及相关系统解决方案的设计商、开发商和制造商，成立于年，前身是西门子集团的半导体部门，公司设有四个事业部：汽车电子部门、工业功率控制部门、电源管理及多元化市场部门、数字安全解决方案部门，为汽车、工业功率控制、电源管理、传感器解决方案和物联网（IoT）安全等领域提供了全面的半导体设计解决方案。据HISMarkit年报告数据显示，英飞凌在年全球IGBT模块市场中以34.5%的市占率遥居第一，具有绝对的龙头地位。

三菱电机：不断革新的日系顶级玩家。三菱电机成立于年，是一家从事电子电器产品开发、制造、销售和分销的公司，公司包括能源电力系统部门、工业自动化系统部门、信息通信系统部门、电子设备部门、家用电器部门与其他部门，其中电子设备部门提供包括功率器件、微波和射频器件、光器件和光模块的半导体器件，广泛应用于白色家电、工业自动化、轨道交通、太阳能发电等领域。据HISMarkit年报告数据显示，三菱在年全球IGBT模块市场中市场份额达10.4%，位居全球第2，是日系半导体企业在工业级IGBT领域的优秀代表。

比亚迪半导体：车规级IGBT市场的后起之秀。比亚迪半导体有限公司由比亚迪集团重组分拆的半导体厂商，致力于集成电路及功率器件的开发，目前产品主要覆盖IGBT等功率半导体器件、电源管理IC、CMOS图像传感器、传感及控制IC、音视频处理IC等。比亚迪在4年开始布局IGBT产业，经过十余年的研发积累和新能源汽车的规模化应用，已成长为中国最大的IDM车规级IGBT厂商，产品覆盖乘用车领域与商用车领域。

斯达半导：国内IGBT龙头。嘉兴斯达半导体股份有限公司成立于5年4月，是一家专业从事功率半导体芯片和模块（尤其是IGBT芯片和模块）研发、生产和销售服务的国家级高新技术企业，公司愿景是成为全球领先的电力电子器件研发及制造商，以及电力电子创新解决方案提供商。斯达半导为国内IGBT龙头企业，尤其在工业控制及电源行业具有领先优势。据HISMarkit年报告数据显示，斯达半导在年全球IGBT模块市场中市占率为2.2%排名第8。

国内车规级IGBT行业呈寡头垄断格局，英飞凌占近六成市场，比亚迪破局而入，位列第二。根据NE时代数据，车规级IGBT行业集中度极高，CR4高达84.4%，CR2高达76.2%，形成了以英飞凌与比亚迪为主导的“双寡头”格局。年英飞凌独占鳌头，以单位/套的IGBT模块装机量占据了高达58.2%的市场份额。作为第一家自主研发、生产车用IGBT芯片的国内公司，比亚迪半导体成为国内市场上最有能力挑战英飞凌的本土厂商，但目前其市场份额为18%，仍比英飞凌低40%。斯达半导为IGBT行业国内龙头，深耕于工业级IGBT，但其在车规级IGBT领域处于起步阶段，市占率仅1.6%。

英飞凌主导国内车规级IGBT市场，进口替代亟待推进。根据NE时代数据，年车规级IGBT前10家供应商中仅有3家为国产品牌，国产化程度低。究其原因，首先在于技术壁垒，国内IGBT产业化起步较晚，在芯片设计、晶圆制造、模块封装等技术水平上落后于国际，以晶圆制造为例，国内公司在大尺寸晶圆生产上工艺仍落后于全球龙头，目前国际水平是8英寸与12英寸，但国内大部分企业还停留在6英寸的水平，仅比亚迪、中车等几家公司实现了8英寸的量产；其次在于人才匮乏，在国外公司对技术专利的封锁下，我国需要大量高端工艺开发人员来自主研发，但目前国内还缺少系统性掌握IGBT核心技术的人才。但危机中也孕育了机遇，随着我国下游产业需求激增、华为等大厂入局以及国内龙头产能提升的影响下，国内将形成快速形成完整IGBT产业链，迎来进口替代的良好机遇，IGBT国产化空间巨大。

3.2.国际龙头技术和成本双优，但高费率下营业利润率较低

3.2.1.国际龙头技术领先约1代，产品覆盖的应用市场更广

国际品牌技术领先国内品牌1代左右。欧系公司TOP1英飞凌与日系公司TOP1三菱电机的IGBT产品均已经发展到第7代，国内市场上，斯达半导已在年自主研发出了国际水平第6代的IGBT，与国际龙头差距1代，比亚迪则在年推出了其第4代车规级IGBT4（国际第5代水平），由于目前英飞凌、三菱电机的第7代IGBT主要用于工业领域，还未推广到车规级，故比亚迪与国际顶尖厂商在芯片设计方面的技术差距预估也在1代左右。英飞凌、三菱电机均已坐拥8英寸晶圆生产线，并不断加快向12英寸升级的进程，比亚迪则刚刚加入布局8英寸晶圆生产线的行列，在晶圆制造上落后于国外品牌1代。

英飞凌、三菱电机在高压领域具有绝对优势，覆盖更广下游应用市场。英飞凌、三菱电机在低压、中压、高压领域实现了产品全覆盖，特别是3V以上的高压IGBT技术更是被英飞凌、三菱电机、ABB三家公司所垄断。国内IGBT供应商产品主要集中于中压等级，比亚迪专注于中压等级的车规级IGBT，斯达半导体虽然提供V与3V的IGBT模块产品，但是其

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