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概要
年开年以来有这样一些事件进入我们的视线：①2月，IGBT等电力电子功率器件被列入《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》。②3月14日，捷捷微电上市，主营晶闸管等功率半导体器件的研发生产和销售。③5月，国家科技重大专项（02专项)实施管理办公室验收中环股份“区熔硅单晶片产业化技术与国产设备研制”项目。④5月17日，国电南瑞公布非公开发行预案，募集配套中16.4亿元用于IGBT模块产业化项目。
一直以来，IGBT技术被国外半导体厂商垄断，截至年我国IGBT市场规模94.8亿元，但国产化率仅为10%，国产化道路艰难，但又十分紧迫必要。在目前时点，我国在IGBT产业的研发成果逐渐显现，越来越多的产业资金开始涌入IGBT领域，因此本周主题周报围绕IGBT展开。
IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是由BJT和MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，被称为电力电子行业里的“CPU”；IGBT是一个非通即断的开关，可实现变频、逆变的作用，在家用电器、智能电网、新能源汽车、轨交等领域具有极其广泛的运用。
我国在轨交领域已经率先实现了大功率IGBT的自主研发生产和进口替代，新能源、智能电网领域紧随其后，产业资本不断融合发展，进口替代进行时。
我们认为，IGBT未来增长的最大驱动力来自于新能源汽车产业链。IGBT主要运用于新能源汽车的电力驱动系统、车载空调系统和充电桩，新能源汽车产业蓬勃发展，我们预计-年，新能源汽车所带动的IGBT市场规模将达到亿元，充电桩所带动的IGBT市场规模将达到亿元，合计超1亿的市场。
轨交领域的应用包括高铁、城际列车和地铁，十三五期间IGBT在轨道交通领域的新增市场规模将超过50亿元。智能电网领域的应用包括发电端、输电端、变电端和用电端四个方面，以柔性直流输电技术为例，十三五期间，新能源发电所带来的输电端新增IGBT市场需求约为6.8亿。
相关标的：
国际厂商主要包括英飞凌、三菱、富士电机、东芝、ABB，合计占据了全球IGBT市场73.2%的市场规模。国内上市公司包括中车时代电气（.HK）、比亚迪、士兰微、华微电子、扬杰科技、中环股份、中国中车、先进半导体（.HK），除先进半导体为芯片制造企业之外，其余均为IDM。
1写在前面的话IGBT是一种功率半导体器件，是国家16个重大技术突破专项中的重点扶持项目，位居第二位(简称“02专项”)，被称为电力电子行业里的“CPU”，广泛运用于家用电器、智能电网、新能源汽车、轨交等重要领域。一直以来，IGBT被国外半导体厂商垄断，其国产化道路艰难，但又十分紧迫必要。
年开年以来有这样一些事件进入我们的视线：
①2月，国家发展改革委公布《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》，进一步明确电力电子功率器件的地位和范围，IGBT等电力电子功率器件被列入。
②3月14日，捷捷微电上市，这是继扬杰科技、华微电子、台基股份、士兰微之后，又一家上市的功率半导体分立器件生产厂商。
③5月，国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”(02专项)实施管理办公室对中环股份“区熔硅单晶片产业化技术与国产设备研制”项目进行了验收，公司具备了月产8万片6英寸IGBT器件用抛光片和月产5万片8英寸IGBT器件用抛光片的生产能力。
④5月17日，国电南瑞公布非公开发行预案，将国网电科院、南瑞集团下属主要资产注入上市公司，同时募集配套资金61亿元，其中16.4亿元用于IGBT模块产业化项目。作为节能设备、直流配电网等新兴业务的核心元器件，IGBT受到电力服务企业的重视。
本周主题周报围绕IGBT展开。我们认为，IGBT未来增长的最大驱动力来自于新能源汽车产业链，在IGBT国产化进程不断推进的过程中，新能源汽车领域千亿IGBT市场有待挖掘。
2IGBT概述功率半导体器件指能够耐受高电压或承受大电流的半导体分立器件，主要用于电能变换和控制。按照是否能通过外界条件控制器件的开通和关断的分类标准可分为：不可控型功率器件（普通功率二极管）、半控型功率器件（晶闸管等）、全控型功率器件（MOSFET、IGBT等）。二极管是最简单的功率半导体分立器件，单向导通，可以实现整流；晶闸管为半控型功率器件，只能触发导通，不能触发关断；IGBT为绝缘栅双极晶体管，可以触发导通，也可以触发关断，所以称为全控器件。
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（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，有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
从结构来看，IGBT相当于比MOSFET多一层P+注入区，通过背面P层的空穴注入能够降低器件的导通电阻；从产品来看，IGBT一般用在高压功率产品上，电压范围一般V-V；MOSFET应用电压相对较低，从十几伏到V。
IGBT是一个非通即断的开关，与MOSFET驱动原理类似，没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。当集电极的电压小于零时，不论栅极间电压如何，器件不导通。当集电极的电压小于零时，栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT导通，栅源极不加电压或者是加负压时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。
IGBT的开关特性可以实现直流电和交流电之间的转化或者改变电流的频率，有逆变和变频的作用，可以应用于逆变器、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT模块
IGBT最常见的应用形式是模块，而不是单管。IGBT模块是IGBT芯片封装后的产品，将多个芯片以绝缘方式组装在金属基板上，再用空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料。
模块的主要优势在于：
1）多个IGBT芯片并联，IGBT的电流规格更大，减少了外部电路连接的复杂性，模块的参数一致性比分立元件要好。
2）模块与分立形式的单管进行外部连接相比，器件之间的连线被大大缩短，引线电感更小。
3）更适合于大功率应用。模块的最高电压等级一般会比IGBT单管高1-2个等级，如果单管产品的最高电压规格为V，则模块有V、V乃至更高电压规格的产品。
3IGBT应用领域IGBT应用领域极其广泛，小到家电、数码产品，大到轨道交通、航空航天，以及清洁发电、新能源汽车、智能电网等战略性新兴产业都会用到IGBT。按电压分布来看，消费电子领域的运用的IGBT产品为V以下；太阳能逆变器需要/V和1V低损耗的IGBT；动车组常用的IGBT模块为V和V，轨道交通所使用的IGBT电压在V-V之间；智能电网使用的IGBT通常为V。
在中低电压领域，IGBT广泛运用于新能源汽车和家电中。IGBT是新能源汽车电机驱动系统的核心元件，电机驱动系统的核心元件，包括车载空调控制系统和充电桩中也需要用到IGBT。在家用电器领域，IGBT被集成于IPM中，作为变频器的关键部件，在变频、节能上发挥重要作用。
在V以上的高电压领域，IGBT运用于轨道交通、清洁发电、智能电网等领域：
①高铁运行中，需要短时间内将时速从零提升到公里或者短时间内做到减速实现平稳停靠，在这个过程中，需要通过IGBT来确保传动设备、牵引变流器以及其他电动设备所需的电流、电压精准可靠。
②在风力、光伏发电中，整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。IGBT可以将直流电转化为用户可以直接使用的交流电；同时，IGBT能将来源复杂、大小不均的“粗电”，转化为均匀、平稳、安全的“精电”。以往的光伏发电系统采用MOSFET，然而MOSFET渐渐不能满足高电压的电能转换，IGBT已逐渐取代MOSFET。
③在柔性直流输电领域，IGBT是构成换流阀阀塔的核心部件，为解决可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电等问题提供了绝佳解决方案。
4发展史——国内起步晚，仅在轨交实现完全国产化从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了6代升级，从平面穿通型（PT）、到沟槽型电场—截止型（FS-Trench），芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从V提高到V以上。第7代IGBT由三菱电机在年推出，IGBT更新一代的SiC技术也已经在日本普及，三菱、Fuji、Rohm等都有能力制造出SiC元件。
1)第一代：产品采用“辐照”手段，由于体内晶体结构本身原因造成“负温度系数”，各IGBT原胞通态压降不一致，不利于并联运行，第一代IGBT电流只有25A，且容量小，有擎住现象，速度低。
2)第二代：采用“电场中止技术”，增加一个“缓冲层”，在相同的击穿电压下实现了更薄的晶片厚度。此技术在耐压较高的IGBT上运用效果明显。
3)第三代：最大的改进是采用Trench结构，把沟道从表面变到垂直面，所以基区的PIN效应增强，栅极附近载流子浓度增大，从而提高了电导调制效应减小了导通电阻；同时由于沟道不在表面，栅极密度增加不受限制，工作时增强了电流导通能力。
4)第四代：不再采用外延技术，而是采用离子注入的技术来生成P+集电极(透明集电极技术)，可以精准的控制结深而控制发射效率尽可能低，增快载流子抽取速度来降低关断损耗，可以保持基区原有的载流子寿命而不会影响稳态功耗，同时具有正温度系数特点。
5)第五代：FS-IGBT，是第四代产品“透明集电区技术”与“电场中止技术”的组合。
6）第六代：FS-Trench-IGBT，是在第五代基础上改进了沟槽栅结构，并以新的面貌出现。
7）第七代：由三菱电机在年推出。
我国大功率IGBT在轨交领域的率先实现了自主研发生产和进口替代。首先我们通过海外并购实现了IGBT技术差距的大幅缩短，8年株洲中车时代电气并购英国丹尼克斯公司，从而引进了6英寸IGBT的生产技术。我们在6英寸的基础上进行研发升级，在年6月成功在国内建造出第一条8英寸IGBT芯片生产基地，并实现了平面栅到沟槽栅的技术升级，这是国内首条、世界上第二条8英寸IGBT专业芯片生产线；同年11月，我国自主设计生产的8英寸IGBT芯片的模块在云南昆明地铁成功运行。由此，我国打破了国外高端IGBT技术垄断，形成IGBT“芯片—模块—系统应用”完整产业链。
新能源、智能电网领域紧随其后，进口替代进行时。年3月上海先进与比亚迪开始紧密的合作，在1V平台上开发了2个产品，通过了全套汽车级可靠性标准测试并开始装车试用；年8月，上海先进通过了比亚迪专家组的审核，正式进入比亚迪新能源汽车用IGBT的供应链。年10月，上海先进与比亚迪举行“建设战略产业联盟合作协议”签约仪式，进一步推动新能源车用芯片国产化进程。年12月，中车株洲时代与北汽新能源签署协议，全面启动汽车级IGBT和电机驱动系统等业务的合作。
年，国家智能电网采用的VIGBT器件即由中车永济电机公司研发。年2月，上海先进（.HK）与国网智能电网研究院在北京成功签署了战略合作协议，积极对接国家战略产业，携手推动定制化高压IGBT器件的研制。
5IGBT市场规模测算根据中国产业信息网数据，截至年，我国IGBT市场规模94.8亿元，8-年复合增长率达到13.65%；但我国IGBT起步晚，国产化率仅为10%，其余90%的IGBT仍依赖进口。
未来增长主要来自于新能源汽车产业链
IGBT主要运用于电力驱动系统、车载空调系统和充电桩。①电力驱动系统将电能转换为机械能，驱动电动汽车行驶，并能够在电动汽车减速制动时，将车轮的机械能转化为电能充入电池，是控制电动汽车最关键的部分；电力驱动系统主要由电子控制器、驱动电动机、电动机逆变器、传感器、机械传动装置和车轮组成，IGBT在电力驱动系统中用于逆变器模块，将动力电池的直流电逆变成交流电提供给驱动电动机。②充电桩中，IGBT主要运用于直流快充电桩，直流电桩通过三相电网输入交流电，经过三相桥式不可控整流电路整流变成直流电，滤波后提供给高频DC-DC功率变换器，进而输出需要的直流，为电动汽车动力蓄电池充电。③车载空调系统中也会用到IGBT，实现小功率的DC/AC逆变，从而驱动空调系统运行。
新能源汽车IGBT市场规模测算：
电动汽车上一般使用-1V的IGBT模块，约占电动汽车总成本的10%。根据中汽协的数据，截至年年底，我国新能源汽车产量达到51.7万辆；年11月国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》：到年，新能源汽车实现当年产销万辆以上，累计产销超过万辆。由此我们预测，-年我国新能源汽车理论增速将达到40%（年均），进而实现50万到万的产量目标。
-年新增新能源汽车产量为万辆，按照平均每辆车20万生产成本，IGBT占比10%计算，-年，新能源汽车所带动的IGBT市场规模将达到亿元。
充电桩IGBT市场规模测算：
IGBT主要运用于直流充电桩。年11月，发改委、能源局、工信部、住建部四部委联合印发《电动汽车充电基础设施发展指南(-年)》通知，明确到年，新增集中式充换电站超过1.2万座，分散式充电桩超过万个，以满足全国万辆电动汽车充电需求。
目前我国充电桩市场存量约为20万座，十三五期间仍有近万充电桩的建设需求，假设其中直流充电桩万座，单位成本10万，IGBT占总成本比例为20%，则-年，充电桩所带动的IGBT市场规模将达到亿元。
综上，整个新能源汽车领域（汽车+充电桩）的快速布局和发展，将有力拉动IGBT市场需求，十三五剩余期间（-），IGBT在新能源汽车产业的市场规模将超过1亿元。
高铁产业
IGBT在轨交领域已经实现了技术突破和全面的国产化。年10月22日，隶属中国中车的永济新时速电机电器表示，国内首个具有完全知识产权的V高铁机车用IGBT芯片通过高铁系统上车试验，实现产品化应用。年底，中车株洲电力机车研究所研发的8英寸IGBT高铁控制系统成功中标印度机车市场，这是我国高铁装备核心器件首次获得海外批量订单。
动车组最核心的部件之一是“牵引变流器”，它负责将超高电流转化为列车的动力。以CRH3为例，每辆列车装有4台牵引变流器，每台搭载了32个IGBT模块，共个，这些IGBT模块为整个列车提供了约10兆瓦的功率。
轨交IGBT市场规模测算：
（1）我们先计算高铁IGBT市场规模：如下表所示，每辆动车组列车所需IGBT模块数量80-不等，我们取平均值，每列动车所需IGBT模块数量为个。
根据国家铁路局的数据，截至年我国共有组动车；目前我国高铁营运里程为2.2万公里，根据《中长期铁路网规划》：到年，铁路网规模将达到15万公里，其中高速铁路3万公里，覆盖80%以上的大城市，即到年，高铁里程将新增0.8万公里。对于城际铁路，国家规划在“十三五”期间，城际铁路新开工建设0公里左右。因此十三五期间，高铁新增里程合计将达到1.3万公里。
按照当前的高铁密度，即每公里0.12辆（/20）的密度，十三五期间还需要辆动车组列车，按照每列动车需要个IGBT模块、每个模块1万元来计算，十三五期间，高铁所带动的IGBT市场规模将达到17.6亿元。
（2）计算地铁所需IGBT市场规模：目前我国正在运行的地铁里程已经达到了多公里，在十三五期间，地铁运营里程有望达到0公里。截至年，我国地铁数量辆，按照当前的地铁密度、每辆地铁需要25个IGBT模块、每个模块1万元计算，十三五期间，地铁所带动的IGBT市场规模将达到37亿元。
综上，十三五期间IGBT在轨道交通领域的新增市场规模将超过50亿元。
智能电网
IGBT在智能电网的发电端、输电端、变电端和用电端均有广泛应用。
以输电端为例：“柔性直流输电技术”是20世纪90年代发展起来的一种新型直流输电技术，它将半控型电力电子器件升级为全控型电力电子器件（IGBT），具有响应速度快、可控性好、可向无源网络供电、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市配电网增容改造等领域具有独特的优势。柔性直流输电技术可整合来自多个站点的清洁能源，通过大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心，为新能源或者分布式能源的并网提供有效的解决方案。
柔性直流输电中，“模块化多电平换流器”（MMC）是关键设备。参照厦门±kV/MW柔性直流输电科技示范工程，柔性输电需要两台MMC，每台由6个桥臂组成，每个桥臂由3座IGBT换流阀阀塔串联而成，每座阀塔为双列式布置，如图10,；阀塔共3层，包含12个阀模块，每个阀模块包含6个子模块。因此每台MMC包含个IGBT模块，两台MMC组成整个换流系统，共需个IGBT模块。IGBT模块采用1A/V，单价约为元，即单项柔性输电工程需要的IGBT模块价值约为0万（×0.8万）。
截止年，我国光伏和风电装机容量分别为万千瓦和万千瓦，年，光伏和风电目标装机容量分别为10万千瓦和2万千瓦，因此十三五期间光伏、风力发电仍需新增装机容量万千瓦。假设这万千瓦电能中一半使用柔性输电技术，单个输电规模万千瓦，则约需34座柔性输电站；根据上文的计算，每个输电站需要价值0万元的IGBT，则十三五期间，新能源发电所带来的输电端新增IGBT市场需求约为6.8亿。
6相关标的国外企业
IGBT方面全球IGBT市场中最主要的供应厂商包括英飞凌(Infineon)、三菱(Mitsubishi)、富士电机(FujiElectric)、东芝(Toshiba)、ABB、仙童(Fairchild)。其中，西门康、仙童（Fairchild）等企业在消费级IGBT领域处于优势地位；ABB、英飞凌、三菱电机在中等电压的工业级IGBT领域占据优势；在V以上高电压等级的领域，英飞凌、ABB、三菱三家公司占据垄断地位，代表着国际IGBT技术的最高水平。
根据英飞凌年报，年英飞凌以27.6%的市占率稳坐全球IGBT市场头把交椅，其次为三菱电机和Fuji，分别20.6%和12.5%的市场份额；全球CR5达到73.2%，集中度较高。
国内企业
国内IGBT产业起步较晚，产业链中主要有26家企业，其中IDM模式企业有7家，封装模块企业6家，芯片设计10家，芯片制造5家。
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