功率半导体IGBT产业研究乘新能源汽车之

（报告出品方/作者：天风证券，潘暕、程如莹）

1.新能源汽车开启半导体行业新一轮成长趋势

汽车三化（电动化、网联化、智能化）趋势将带动汽车半导体需求大幅增长。根据国务院办公厅年发布《新能源汽车产业发展规划（-年）》，新能源汽车已成为全球汽车产业转型发展的主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎，过去10年中国新能源汽车已经从0到1突破，有望迎来1到N的加速发展段，而电动化、网联化、智能化也成为汽车产业的发展趋势，其中半导体在三化发展中起到至关重要的作用，是汽车三化发展的核心支撑，随着三化的发展有望带动汽车半导体需求大幅度增长。

1.1.汽车半导体量价齐升，市场空间正快速扩大

BEV纯电动车有望成为未来新能源汽车发展的主要方向。新能源汽车根据发动机主要可以分为HEV（混合电动汽车）、PHEV（插电式混合电动汽车）、BEV（纯电动汽车）。其中，HEV是最常见的混合动力类型，它的动力驱动方式可以通过使用燃料的发动机和带有电池的电动机。PHEV电池容量比较大，由较长的纯电续航里程，且有充电接口，一般需要专用的供电桩进行供电，在电能充足的时候，采用电动机驱动车辆，而电能不足时，发动机发电给动力电池。BEV则不需要燃油机，只需要依靠电池提供能量，所以会配置较大容量的电池。BEV的优势在于零排放。受益于国家的双碳计划，BEV有望成为未来新能源汽车发展的主要方向。

中国新能源汽车销量增速高于全球，年中国新能源汽车销量达到.7万辆。根据EV-volumes公布的数据，年全球新能源汽车销量为32.1万辆，年达到万辆，-年复合增长率为47%；根据中国汽车工业协会公布的数据，年中国新能源汽车销量为7.5万辆，年达到.7万辆，-年复合增长率为62%；整体来看全球与中国新能源汽车销量皆快速增长，且中国的增速高于全球。

双碳计划促进新能源汽车发展，新能源汽车的碳减排潜力相较传统燃油车更具优势。国内要实现双碳目标，可能性路径包括中国工业和公路交通等领域加速电气化、加速部署可再生电源等零碳电源等。受益于双碳目标，新能源汽车替代传统燃油车已是大势所趋。在车辆使用阶段，新能源汽车的碳减排潜力有明显优势。纯电动汽车与油车相比，单车运行阶段减排比例介于2~43%。若电动汽车的电耗降低，新能源电力使用比例提高，新能源汽车减排量比例还会进一步提升。

年上半年全球新能源汽车销量同比接近翻倍，全球各国家销量皆大幅度提升。根据EV-volumes预测，年全球新能源汽车销量预计达到万，相较于年同比增长98%。全球轻型汽车市场已从年上半年的-28%的低迷中部分恢复，同比增长28%。年上半年部分地区新能源汽车由于基数较低因此呈倍数增长，欧洲同比增长%，中国同比增长%，美国同比增长%，其余市场同比增长达到95%；除日本外，所有主要市场在今年上半年的电动汽车销量和份额均创下新纪录。

中国新能源汽车渗透率预计在年达到20%，预计中国新能源汽车销量超过万辆。国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划(－年)》提出，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右；此外中汽协预测年中国汽车销量或到万辆，根据保守线性推算，我们预计年中国新能源汽车销量达到万辆，年复合增速达到34.4%。根据中汽协预测未来五年中国新能源汽车销量年均增速40%以上的预测，年新能源汽车销量预计达到万辆。

年新能源汽车半导体价值量美金。根据英飞凌、IHS、AutomotiveGroup等多家机构测算，年FHEV、PHEV、BEV单车半导体的成本到了美元，相较于传统燃油车的汽车半导体价值美元，单车半导体价值量翻倍成长；相较于48V混合车，单车半导体价值量增加45.8%。预计年，48V轻混车、FHEV/PHEV/BEV销量分别将达到万辆、万辆，基于年单车半导体BOM静态测算，年车用半导体市场规模将达到.7亿美元。

新能源汽车半导体价值量持续增加，保守估计年中国市场规模达到70亿美元。随着汽车电动化、智能化、网联化发展，半导体在单车上的整体价值也越来越高，根据Gartner预测的数据，年单辆汽车中的半导体价值有望超过美元，根据前四年的年复合增长率预测，预计年达到美元，中国年新能源汽车预计达到-万量，经测算中国新能源汽车半导体市场规模在年有望达到62.8亿-73.2亿美元。

汽车半导体国产化率仅10%，前八大欧美日企业占整体市场的63%。根据ICVTank数据，年汽车半导体前八大企业为欧美日公司，包含恩智浦、英飞凌、瑞萨半导体、意法半导体、德州仪器等，占整体市场规模的63%。从自主汽车芯片产业规模来看，欧美日占据整体市场的93%，欧洲、美国和日本公司分别占37%、30%和25%市场份额；中国公司仅为3%，根据中国汽车芯片产业创新战略联盟数据显示，国内汽车行业中车用芯片自研率仅占10%，国内汽车芯片市场基本被国外企业垄断，并且具备90%的替代空间。

1.2.电动化+数字互联带动功率模拟芯片、控制芯片、传感器需求提升

半导体是汽车发展趋势（电驱化、数字互联）的核心。汽车在电动化、智能化、网联化的发展过程中，半导体是发展的核心支撑。1）电驱化（电动化），电动与混动汽车的发展要求动力传动系统向电气化迈进，其中由电池、电机、电控组成的三电系统主要以功率半导体为主，包含IGBT、MOSFET等。2）数字互联（智能化、网联化），智能化发展带动具备AI计算能力的主控芯片市场规模快速成长；此外智能与网联相辅相成，核心都是加强人车交互，除了加强计算能力的主控芯片外，传感器、存储也是核心的汽车半导体，包含自动化驾驶的实现使传感器需求提升、数据量的增加带动存储的数量和容量的需求提升。

汽车半导体绝对值在增长，从分类中功率半导体价值量增加幅度最大。新能源汽车相比传统燃油车，新能源车中的功率半导体价值量提升幅度较大。按照传统燃油车半导体价值量美元计算，功率半导体单车价值量达到87.6美元，按照FHEV、PHEV、BEV单车半导体价值量美元计算，功率半导体单车价值量达到.7美元，价值量增加四倍多。

1.3.新能源汽车的电力系统中，功率IGBT价值占比达52%

新能源汽车核心-三电系统（电池、电机、电控）。1）电池是新能源汽车的能量来源，替换传统燃油汽车的油箱；动力电池系统主要由电芯、电池管理系统等组成。2）电机负责将电能转换为机械能，包含定子、转子等；3）电控如同汽车的大脑，用来控制电机的启动、暂停、转速、扭矩等各项“动作”。三电系统需要大量的半导体产品包括功率半导体、模拟芯片、控制芯片等；随着电动汽车的发展与普及，汽车半导体迎来快速发展期。

电力系统主要分为四大类：DC/DC转换器、电池管理系统(BMS)、逆变器、车载充电器。1）电池管理系统作为电池安全运用的有力保障，使得电池时刻处于安全和可控制的充放电使用过程中，大大提高了电池在实际使用过程中的循环使用寿命；2）车载充电器是内置在车辆里，用于停车时从交流电网为高压电池再充电的系统；3）逆变器的作用在于将汽车12V或24V（货车用）直流电转换为和市电相同的V交流电；4）DC/DC转换器的作用在于把常电处理成其它电路设备用的小电压，或把原先的电源加以优化，使得供电系统更加稳定，同时，DC/DC转换器也有保护的作用。

逆变器是汽车的关键部件，主要用到的半导体芯片为IGBT。逆变器类似于燃油车的发动机管理系统EMS，决定着驾驶行为。无论电机是同步、异步还是无刷直流电机，逆变器始终以类似的方式运行，其设计应最大限度地减少开关损耗并最大限度地提高热效率。IGBT是电动汽车逆变器的核心电子器件，重要性类似电脑里的CPU。

DC-DC转换器供电给汽车低压电子系统。DC/DC变换器是新能源汽车必须配置的功能，类似燃油汽车中配置的低电压发电机总成，其功能是给车载12V或24V低压电池充电，并为整车提供全部的低压供电。在新能源汽车中会配置一个DC/DC变换器作为能量传递部件，从车载动力电池取电，提高能源的利用率，给车载12V或24V低压电池充电，并为整车提供全部的低压电子系统供电。

BMS电池管理系统是电动汽车中电池组的大脑。BMS可根据起动能力对充电状态、健康状态和功能状态进行快速、可靠的监测，以提供必要的信息。因此，BMS能够最大限度地降低因为电池意外失效而导致的汽车故障次数，从而尽可能地提升电池使用寿命和电池效率，并实现二氧化碳减排功能。

OBC车载充电器主要功能是为电池充电。OBC的核心功能是整流电源输入，并将其转换为适合电池的充电电压——可能是V或越来越多的V。一个典型的OBC由多个级联级组成，包括功率因数校正（PFC）、DC/DC转换器、次级整流、辅助电源、控制及驱动电路。OBC具有多种功率等级，功率等级越高，充电时间就越短。最流行的OBC功率等级是3.3kW、6.6kW、11kW和22kW。

新能源汽车动力系统中，逆变器IGBT价值量占比52%。在电动传统系统中，主逆变器负责控制电动机，是汽车中的一个关键元器件，决定了驾驶行为和车辆的能源效率。并且，主逆变器还用于捕获再生制动释放的能量并将此能量回馈给电池，所以，车辆的最大行程与主逆变器的效率直接相关。

2.IGBT为新能源应用刚需芯片，国产替代行业红利双击

2.1.IGBT设计和工艺难度大、产品生命周期长、高压应用门槛高

2.1.1.IGBT结构不断升级，协同第三代半导体技术创新

IGBT是一个电路开关，透过开关控制改变电压。IGBT（绝缘栅双极型晶体管，InsulatedGateBipolarTransistor）是一个三端器件，也是重要的分立器件分支，属于分立器件中的全控型器件，可以同时控制开通与关断，具有自关断的特征，即是一个非通即断的开关。IGBT拥有栅极G（Gate）、集电极C（Collector）和发射极E（Emitter），其开通和关断由栅极和发射极间的电压UGE决定；在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通。

IGBT结合了MOSFET与BJT的优势。IGBT结合了MOSFET与BJT的优点，既有MOSFET的开关速度快，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，此外为了提升IGBT耐压，减小拖尾电流，结构相对复杂。IGBT被各类下游市场广泛使用，是电力电子领域较为理想的开关器件。

IGBT工艺与设计难度高，产品生命周期长。IGBT芯片结构分为正面（Emitterside）和背面（Collectoerside）。从80年代初到现在，IGBT正面技术从平面栅（Planar）迭代至沟槽栅(Trench)，并演变为微沟槽（MicroPatternTrench）；背面技术从穿通型（PT,PunchThrough）迭代至非穿通型（NPT,NonPunchThrough），再演变为场截止型（FS,FieldStop）。技术的迭代对改善IGBT的开关性能和提升通态降压等性能上具有较大帮助，但是实现这些技术对于工艺有着相当高的要求，尤其是薄片工艺（8英寸以上的硅片当减~um后极易破碎）以及背面工艺（因正面金属熔点的限制，所以背面退火活的难度大），这也是导致IGBT迭代速度较慢。

此外，IGBT产品具有生命周期长的特点，以英飞凌IGBT为例，该产品已迭代至第七代，但其发布于0的第三代IGBT芯片技术在V、V、V等高压应用领域依旧占据主导地位，其发布于7年的第四代IGBT为目前使用最广泛的IGBT芯片技术，其IGBT4产品增长趋势甚至持续到了第15年。（报告来源：未来智库）

高密度、高可靠性、更好的集成散热功能是IGBT未来发展趋势。英飞凌作为全球IGBT龙头企业，产品技术已成为本土厂商的对标。截至年，英飞凌产品已迭代至第七代。其中，第五代与第六代均属于第四代的优化版（第五代属于大功率版第四代，第六代属于高频版第四代）。IGBT器件需要承受高电压和大电流，对于稳定性、可靠性要求较高。未来，IGBT会朝着更小尺寸、更大晶圆、更薄厚度发展，并通过成本、功率密度、结温、可靠性等方面的提升来实现整个芯片结束的进步。此外，IGBT模块的未来趋势也将朝着更高的热导率材料、更厚的覆铜层、更好的集成散热功能和更高的可靠性发展。

第三代半导体物理特性相较于Si在工作频率、抗高温和抗高压具备较强的优势。半导体材料领域至今经历了多个发展阶段，相较而言，第三代半导体在工作频率、抗高温和抗高压等方面更具优势。第一代半导体材料主要包括硅（Si）和锗（Ge），于20世纪40年代开始登上舞台，目前主要应用于大规模集成电路中。但硅材料的禁带宽度窄、电子迁移率低，且属于间接带隙结构，在光电子器件和高频高功率器件的应用上存在较大瓶颈，因此其性能已难以满足高功率和高频器件的需求。

新材料推进新产品发展，高压高频领域适用SiC。碳化硅在绝缘破坏电场界强度为硅的10倍，因此SiC可以以低电阻、薄膜厚的漂移层实现高耐压，意味着相同的耐压产品SiC的面积会比Si还要小，比如VSiC-MOSFET的面积是Si-MOSFET的1/35。因此，硅基的SJ-MOSFET只有V左右的产品，SiC可以做到1V以上且低导通电阻。Si为了改善高耐压化所带来的导通电阻增大主要采用IGBT结构，但由于其存在开关损耗大产生发热、高频驱动受到限制等问题，所以需借由改变材料提升产品性能。SiC在MOSFET的结构就可实现高耐压，因此可同时实现高耐压、低导通电阻、高速，即使在1V或更高的击穿电压下也可以制造高速MOSFET结构。

SiCMOSFET具备一定优势，但成本较高。就器件类型而言，SiCMOSFET与SiMOSFET相似。但是，SiC是一种宽带隙（WBG）材料，其特性允许这些器件在与IGBT相同的高功率水平下运行，同时仍然能够以高频率进行开关。这些特性可转化为系统优势，包括更高的功率密度、更高的效率和更低的热耗散。然而，受制于制造成本和产品良率影响，SiC产品价格较高。由于Si越是高耐压的组件、每单位面积的导通电阻变高(以耐压的约2～2.5倍增加)，因此V以上的电压则主要使用IGBT。

但是IGBT是藉由注入少数载子之正孔于漂移层内，比MOSFET可降低导通电阻，另一方面由于少数载子的积，断开时、造成开关的损耗。SiC由于漂移层的电阻比Si组件低，不须使用传导度调变，可用高速组件构造MOSFET高耐压与低电阻，可实现开关损耗的大幅削减与冷却器的小型化。SiC在制造和应用方面又面临很高的技术要求，因此SiCMosfet价格较SiIGBT高。

根据功率器件的特性，不同功率器件的应用领域各有不同。虽然IGBT结合了MOSFET与BJT的优势，但三者根据各自的器件性能优势，都有适合的应用领域。BJT更强调工作功率，MOSFET更强调工作频率，IGBT则是工作功率与频率兼具。BJT因其成本优势，常被用于低功率低频率应用市场，MOSFET适用于中功率高频率应用市场，IGBT适用于高功率中频率应用市场。高功率密度的IGBT在性能、可靠性等方面将继续发展，因此在较长一段时间内仍会是汽车电动化的主流器件。SiC组件具有高压、高频和高效率的优势，在缩小体积的同时提高了效率，相关产品则主要用于高压高频领域。

部分IGBT厂商已开始布局SiC产业。SiC具有较大发展潜力，已吸引多家功率器件厂商进行布局。英飞凌于年收购德国厂商Siltectra，弥补自身晶体切割工艺，又于年12月与Cree签署长期协议，保证自身光伏逆变器和新能源汽车领域的产品供应，旗下CoolSiC系列产品已走入量产。年，意法半导体与Cree签署价值2.5亿美元的长单协议，且收购了瑞典SiC晶圆厂商NorstelAB，以满足汽车和工业客户对MOSFET与二极管的需求。年，意法半导体宣布造出8英寸SiC晶圆。此外，斯达半导、华润微、等本土厂商也已在SiC领域布局。

2.1.2.模块封装为核心竞争力之一，适用于各种高电压场景

IGBT根据使用电压范围可分为低压、中压和高压IGBT。按照使用电压范围，可以将IGBT分为低压、中压和高压三大类产品，不同电压范围对应着不同的应用场景。低压通常为1V以下，主要用于低耗的消费电子和太阳能逆变器领域；中压通常为1V~V，主要用于新能源汽车、风力发电等领域；高压通常为V以上，主要用于高压大电流的高铁、动车、智能电网、工业电机等领域。

IGBT根据封装形式可分为IGBT分立器件、IGBT模块以及IPM。从封装形式上来看，IGBT可以分为IGBT分立器件、IGBT模块和IPM三大类产品。IGBT分立器件指一个IGBT单管和一个反向并联二极管组成的器件；IGBT模组指将多个（两个及以上）IGBT芯片和二极管芯片以绝缘方式组装到DBC基板上，并进行模块化封装；IPM则指将功率器件（主要为IGBT）和驱动电路、过压和过流保护电流、温度监视和超温保护电路等外围电路集成再一起生产的一种组合型器件。

IGBT模块的封装工艺主要分为焊接式和压接式。IGBT在工作过程中或产生一定的损耗，当每个IGBT芯片在工作过程中产生的损耗只集中在1平方厘米左右的面积向外传播时，这样的高热流密度对器件的安全有效工作而言则成为一个巨大的挑战，所以，IGBT需要依靠一定的封装形式以便进行散热，从而保证产品可靠性。IGBT模块的封装工艺主要分为焊接式与压接式。高压IGBT模块一般以标准焊接式封装为主，中低压IGBT模块则多采用压接式封装工艺。压接式IGBT结构与焊接式IGBT结构差别较大，且压接式IGBT封装结构还可细分为凸台式和弹簧式，弹簧式压接型封装结构的专利由ABB公司持有，东芝、Westcode、Dynex等公司则采用凸台式封装结构。

2.1.3.制造工艺正从8英寸晶圆朝向12英寸升级迭代

特色工艺需要工艺与设计的积累，海外企业以IDM为主。功率半导体主要以特色工艺为主，器件的技术迭代像逻辑、存储芯片依靠尺寸的缩小，因此特色工艺的要求更多需要行业的积累与know-how，包括工艺、产品、服务、平台等多个维度；功率器件产品性能与应用场景密切相关，导致平台多、产品类型多，因此更注重工艺的成熟度和稳定性，工艺平台的多样性。

在这样的背景下，由于IDM可以按需生产不同电性功能的功率器件，及应用积累，在深度及广度上覆盖客户不同的需求，因此IGBT海外的企业大多的生产模式以IDM为主，国内相比海外发展较晚，因此催生出Fabless工厂生产的式，专业化分工加速对海外的追赶。代表IDMIGBT厂商包括英飞凌、瑞萨、Vishay、罗姆、安森美、富士电机、士兰微、华微电子等；Fabless型IGBT厂商包括斯达半导、新洁能、宏微科技等。IGBT代工厂则包括高塔、华虹、东部高科等厂商。

IGBT主要采用成熟制程，目前生产大多以8英寸晶圆为主。IGBT产品对产线工艺依赖性较强，目前国际IGBT大厂主要采用8英寸生产线。为进一步提升产品性能与可靠性，IGBT制造厂正积极布局可用于12英寸晶圆的相关工艺。英飞凌作为IGBT龙头企业，已于年推出以12英寸晶圆生产的IGBT器件。同时，斯达半导12英寸IGBT产能也已实现量产。未来，随着各家IGBT厂商工艺的进步，IGBT产品也将转向12英寸晶圆，并采用更先进的制程。

IGBT需求增长计划持续推进，朝向mm（12英寸）晶圆发展。英飞凌年9月公告其位于奥地利菲拉赫毫米薄晶圆功率半导体芯片工厂正式启动运营，随着数字化和电气化进程的加快，公司预计未来几年全球对功率半导体器件的需求将持续增长，因此当前正是新增产能的最好时机。年3公告准备开工建设mm晶圆制造厂，由于功率器件是控制和降低汽车、工业和其他电气设备功耗的重要部件，公司预计电、工厂自动化和可再生能源领域的增长将继续推动功率器件的需求增长。

年12月士兰微12英寸芯片生产线项目由厦门士兰集科微电子有限公司负责实施运营，第一条12英寸，总投资70亿元，工艺线宽90纳米，计划月产8万片。本次投产的就是其中的一期项目，总投资50亿元，规划月产能4万片；项目二期将继续投资20亿元，规划新增月产能4万片。第二条12英寸生产线预计总投资亿元，将建设工艺线宽65纳米至90纳米的12英寸特色工艺芯片生产线。

2.2.新能源应用需求大幅提升，驱动IGBT供需持续紧缺

IGBT下游应用包含工控、家电、新能源汽车等，年市场规模达到54亿美元。根据Yole，年，全球IGBT市场规模约为54亿美元，预计将于年增长至84亿美元。IGBT具有多个下游应用市场，主要包括工控、家电、新能源汽车、新能源发电、轨道交通等。其中，工控是IGBT最大的下游应用市场，年，工控在全球IGBT下游应用中占比约为31.48%、家电占比约为24.07%、EV/HEV占比约为9%

新能源汽车是IGBT各应用中增速最快的市场。随着新能源汽车渗透率的提升，IGBT用数量也将快速增长，带动新能源汽车用IGBT市场的扩大。Yole预计~年，新能源汽车用IGBT市场规模将从5.09亿美元增长至17亿美元，年复合增长率达到22.26%，成为增速最快的IGBT下游应用。

2.2.1.新能源汽车：IGBT是核心零部件，单车价值量达到上千人民币

IGBT被应用于汽车的多个零部件中，是核心器件之一。IGBT是决定电动车性能的核心器件之一，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，主要功能在于在逆变器中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）中将交流电转换为直流并为高压电池充电；用于DC/DC转换器、温度PTC、水泵、油泵、空调压缩机等系统中。

车规IGBT对产品性能要求要高于工控与消费类IGBT。作为汽车电气化变革的关键制程，IGBT产品在智能汽车中具有不可替代的作用。由于汽车电子本身使用环境较为复杂，一旦失效可能引发严重后果，所以市场对于车规级IGBT产品的要求要高于工控类与消费类IGBT产品。相比工控与消费类IGBT，车规级IGBT对于温度的覆盖要求更高、对出错率的容忍度更低、且要求使用时间也更长。

车规级IGBT在汽车产业链处于中游位置，车规认证是其壁垒之一。IGBT厂商在汽车产业链中处于中游位置，其上游包括材料供应商、设备供应商以及代工厂，例如日本信越、晶瑞股份、晶盛机电、日立科技、高塔、华虹等；其下游包括Tier1厂商以及整车厂。在车载IGBT产业链中，认证壁垒是IGBT厂商进入车载市场的壁垒之一。IGBT厂商进入车载市场需要获得AEC-Q等车规级认证，认证时长约为12~18个月，且在通过认证门槛后，IGBT厂商还需与汽车厂商或Tier1供应商进行市场约2~3年的车型导入测试验证。在测试验证完成后，汽车厂商也往往不会立即切换，而是要求供应商以二供或者三供的身份供货，再逐步提高装机量。

IGBT组件数量随新能源汽车的动力性能提升而增加。IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统约占整车成本的15~20%，即是说，IGBT约占整车成本的7~10%。随着新能源汽车的动力性能增强，IGBT组件使用个数也在提升，例如MHEV48V所需IGBT组件数量约为2~5个，但BEVA所需IGBT组件数量则为90~个。随着新能源汽车的动力性能增强，IGBT组件数量也在提升，带动整体IGBT价值量提升。

根据不同车型，IGBT价值量也有所不同，A级车IGBT价值最高达到3人民币。根据不同车型，汽车通常可分为物流车、大巴车、A00级、A级以上四个大类。不同类型的汽车所需要的IGBT价值量也有所不同。物流车通常使用1VA模块，单车价值量为元；8米大巴IGBT单车价值量为元、10米大巴IGBT价值量为3元；A00级汽车单车IGBT价值量约为~元；15万左右的A级车以上汽车单车IGBT价值量约为~0元、20~30万左右的A级车以上汽车单车IGBT价值量约为0~2元；属高级车型的A级车以上汽车单车IGBT价值量则约~3元。

充电桩中的IGBT模块是负责功率转换的核心器件。根据充电方式，充电桩可分为直流桩、交流桩、无线充电，其中以直流桩和交流桩为主。交流桩又叫慢充桩，只提供电力输出，无充电功能，需要通过车载充电机为电动车充电；而直流桩则叫快充桩，与交流电网连接，输出可调直流电，直接为电动汽车的动力电池充电，且充电速度较快。IGBT模块在充电桩中担当功率转换的角色，是充电桩的核心器件之一。

充电桩数量逐步提升，带动IGBT需求增长。随着新能源汽车的普及，充电桩市场也在不断扩大。年9月至年8月，我国公共充电桩保有量从61万台增长至98万台。根据中国充电联盟的数据，年，我国充电桩市场中，直流电桩约为30.9万台，占比约为38.3%；交流桩约为49.8万台，占比约为61.7%。在直流充电桩中，IGBT占原材料成本的20~30%。虽然充电桩市场对于IGBT来说仍然较小，但由于充电桩的部署对于扩大新能源汽车来说至关重要，所以未来充电桩用IGBT市场有望快速增长。

2.2.2.光伏\风电\工控\家电\轨交：新能源应用驱动IGBT快速增长

双碳计划为光伏、风电打开广阔发展前景。除了新能源汽车，IGBT也常被用于光伏、风电等新能源领域。受益于双碳计划，光伏与风电将迎来广阔的成长空间。根据国务院印发的《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》所提出的目标当中，非化石能源消费比重会持续提升，同时要构建绿色低碳循环发展经济体系，这也将为国内光伏风电等清洁能源带来广阔的发展机遇。

IGBT在光伏市场中主要应用于光伏逆变器。逆变器是太阳能光伏发电系统中的关键部分，是将直流电转化为用户可以使用的交流电的必要过程，也是太阳能和用户之间相联系的必经之路。采用IGBT作为太阳能光伏发电关键电路的开关器件有助于减少整个系统不必要的损耗，使其达到最佳工作状态。所以，光伏逆变器通常采用IGBT。

光伏逆变器出货量增长带动IGBT需求提升。根据BNEF数据，年底累计光伏装机容量超过风电装机，成为仅次于煤炭、天然气、水电的全球第四大发电来源。受益于各国对新能源的推广，全球光伏新增装机量GW级市场增大，带动光伏逆变器需求快速增加。~，全球光伏逆变器量从39GW增长至GW，年复合增长率达到22%，且预计将于年增长至GW。

IGBT作为光伏逆变器中的重要构成部件，市场规模也将光伏逆变器需求量增长而扩大。光伏逆变器主要可分为集散式、集中式和组串式。集中式光伏逆变器的设备功率在50KW~KW之间，采用大电流IGBT；组串式光伏逆变器功率小于KW，IGBT被用于其功率开关零部件。同样的功率下，组串式光伏逆变器数量多于集中式光伏逆变器。随着组串式逆变器应用占比的提升，光伏IGBT数有望有所增长。

IGBT在风电市场中主要应用于风电变流器。风电变流器作为风力发电机组的关键部件之一，可以使风机处于最佳发电状态，同时将风力发电机发出的频率、幅值不稳定的电能转换为频率、幅值稳定的、且符合电网要求的电能后并入电网。IGBT是风电变流器的重要部件之一，变流器可通过提高IGBT等功率器件的耐压和容量来提高风电系统的功率等级。

IGBT用量将随风电变流器需求瓦数增长而增加。随着碳中和相关政策的逐步出台，我国风力发电将迎来新一轮机遇，根据中商产业研究院预测，~，我国风力发电量将从.8亿千瓦时增长至.9亿千瓦时。风电的普及也将带动风电变流器需求的增长。更多的风电变流器需求量也意味着风电市场对IGBT的需求量将大幅增长。因此，IGBT用量将随着风电普及而提升。

变频家电渗透率提升促进IGBT用量增长。近年来，我国白色家电产品销量已趋于稳定。冰箱销量保持在0万台左右，洗衣机销量保持在0万台以上，空调销量保持在10万台以上。虽然白电整体销量已趋于平缓，但变频家电的渗透率的增长仍为IGBT用量带来了提升空间。家电用变频器内置IGBT，截至年，空调、冰箱以及洗衣机的变频占比分别为59.4%、46.8%以及39.7%，仍有较大成长空间。因此，家电用IGBT市场有望随着变频家电渗透率的提升而进一步扩大。

工控用IGBT数量将随下游需求增长而增加。在工控市场，IGBT是电焊机重要的零部件之一。在电焊机的逆变部分，由于IGBT工作电流大，可采用半桥逆变的形式，以IGBT作为开关，使其开通与关闭由驱动信号控制。根据华经产业研究院数据显示，~，中国电焊机产量从万台增长至万台。

IGBT在轨道交通中被广泛使用。轨道车辆广泛采用IGBT模块来构成牵引变流器以及辅助电源系统的恒压恒频（CVCF）逆变器，IGBT模块的电压等级通常在1V~V。轨道车辆中的所运用的逆变器主要为三点式逆变器和二点式逆变器。日本用于系电动车组的为三点式主变流器，采用大功率平板型IGBT（V/1A），整流器和逆变器的每个桥臂可用1个IGBT元件，从而使IGBT组件在得到简化的同时，功率单元总体结构也变得紧凑。而我国引进法国Alstom公司的km/h动车组中，则用IGBT构成二点式逆变器。

动车产能趋于平稳，不同动车类型所需IGBT用量各有不同。近年来，我国动车组的产能趋于稳定，但随着我国高速铁路网规模的扩张，预计动车组需求量将继续增长，并带动轨道交通用IGBT数量提升。此外，为满足不同需求，我国高铁动车组也被分为两个速度等级—~公里/小时以及~公里/小时。其中，~公里/小时速度等级的有CRH1、CRH2、CRH5型，~公里/小时速度等级有CRH2-、CRH3等。

2.2.3.晶圆产能持续紧缺，IGBT供不应求或延续较长时间

晶圆供应维持紧张，代工厂产能利用率不断攀升。随着下游需求持续向上，带动功率器件、模拟芯片、MCU等产品需求的增长，该类产品多在8英寸晶圆厂生产，导致8英寸晶圆需求一直保持高位。同时，疫情催生需求增长，导致晶圆供应紧张华虹等代工厂产能利用率持续保持增长态势；世界先进晶圆出货量也持续增长。

全球主要功率器件制造商投入扩产，目标提升IGBT产品供应能力。去年年底以来，全球芯片短缺不断加剧，并蔓延至汽车、手机、家电等多个领域。由于晶圆制造产能不足，功率半导体市场出现供不应求的现象。为满足下游需求并提升自身供应能力，国内外诸多功率半导体厂商纷纷宣布扩产。东芝、英飞凌、士兰微、华润微、赛晶科技等国内外厂商均加大了对于功率半导体产品的产能投入。

2.2.4.IGBT供货周期与价格均有增长，供不应求难以缓解

晶体管（含IGBT）交期周数高于大部分半导体产品交期。由于疫情所导致的供需失衡，半导体产品交期在过去的8~12个月中大幅延长，虽然部分产品交期在7月略有缩短，但已于8月再次出现延长的态势。在各类半导体产品中，晶体管（含IGBT）整体交期已超过35周。IGBT大多为成熟制程（8英寸为主），8英寸制程由于前几年数量和产线不断下滑，部分设备大厂已不再生产8英寸晶圆所需的相关设备，设备紧缺导致扩产较12英寸晶圆厂少，供不应求导致成熟制程产能持续紧缺；同理，IGBT产能紧缺导致今年产品的交期周数大幅度提升。

国际龙头企业IGBT产品价格与拉货周期，均呈现上涨态势。由于产能持续紧缺，年IGBT产品货期持续拉长，且在Q3仍未出现缓解的现象。英飞凌与Microsemi部分IGBT产品的交货周期已延长至50周。此外，ST、安森美、IXYS等国际龙头企业IGBT产品交货周期也呈现出继续延长的趋势，且相关产品价格也表现出上涨的趋势。（报告来源：未来智库）

2.3.国内IGBT企业实现0-1突破，紧抓缺货朝下国产化机遇

海外企业IGBT产品电压覆盖范围较广，本土企业多集中在中低压市场。中低压IGBT主要可用于新能源汽车、家电、电焊机等领域，需求较为广阔，本土厂商布局也相对较多，士兰微、华润微、新洁能、华微电子的IGBT产品均集中在1V以下的IGBT市场。斯达半导、时代电气则在高压IGBT产品中也有所布局。

海外企业占据国内大部分新能源汽车IGBT模块市场。相比消费类与工控类IGBT产品，车规级IGBT产品对性能要求更高，且认证时间更长。海外企业凭借多年的积累，在车规级IGBT产品市场占据了一定的先发优势。在中国新能源汽车IGBT模块市场中，英飞凌市占率超过了一半，达到58.20%。比亚迪通过向自供，在新能源汽车IGBT模块市场中市占率也达到了18%。此外，斯达半导、时代电气等国内厂商近年来通过积极投入研发，也成功在国内新能源汽车用IGBT模块市场中占取到了一定份额。

国内企业积极开拓IGBT产品线，积极技术升级，紧抓国产替代机遇。由于新能源汽车是IGBT市场增长的主要驱动力之一，国内厂商纷纷积极布局车载IGBT业务。士兰微车载IGBT产品已在部分客户处批量供货；时代电气V车规级逆导IGBT芯片已处于样件试验阶段；斯达半导基于第七代IGBT技术的车规级/VIGBT芯片已研发成功，并预计于年开始批量供货；宏微科技V车规级IGBT预计于年开始起量。

3.重点公司分析

3.1.时代电气：轨道交通装备龙头，新能源车IGBT业务迎来突破

深耕轨道交通装备行业，功率半导体开启公司第二增长曲线。公司自5年成立以来，主要从事轨道交通装备产品的研发、设计、制造、销售并提供相关服务，具有“器件+系统+整机“的产业结构，产品主要包括以轨道交通牵引变流系统为主的轨道交通电气装备、轨道工程机械、通信信号系统等，是轨交电气行业龙头。同时，公司还积极布局轨道交通以外的产业，在功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器件、海工装备等新兴装备领域开展业务。

1）轨道交通装备：保持国内领先地位。包括轨道交通电气装备、轨道交通工程机械和通信信号系统，主要用于干线铁路、城际铁路、城市轨道交通等。其中，公司自主研发成功的牵引变流系统，打破了早期国际巨头的技术垄断，不仅在国内保持领先地位，还远销欧洲、美洲、亚洲多个国家和地区，助力我国轨道交通产业的发展。

2）新兴装备业务：功率半导体加速发展。以功率半导体器件为主，其他产品包括工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器件和海工装备。其中，功率半导体器件主要产品覆盖双极器件、IGBT和SiC等。轨道交通行业，公司的高压IGBT品大量应用于我国轨道交通核心器件领域；输配电行业，公司生产的V等系列IGBT批量应用于柔性直流输电、百兆级大容量电力系统；新能源汽车行业，公司最新一代产品已向国内多家龙头汽车整车厂送样测试验证。

传统轨交业务受疫情冲击，功率半导体穿越周期有望带动业务持续向上。受新冠疫情影响，国铁集团对轨道交通车辆的招标时间略有延迟，城市轨道建设进度也存在一定程度的延期，使得公司营业收入有所下降。年前三季度营业收入为85.26亿元，同比下降13.70%；归母净利润12.02亿元，同比下降19.69%。随着疫情的逐步稳定以及公司近年对功率半导体布局的持续推进，未来业绩或将重新增长。年，公司功率半导体器件业务营业收入达到8.01亿元，较年度增长54.48%；功率半导体产能也已从年62万只增长至年79.4万只。

持续加大功率半导体投入，公司获利能力未来有望提升。公司近年综合毛利率和轨交业务毛利率较为稳定，年前三季度公司综合毛利率37.86%。功率半导体为代表的新兴装备毛利率则相对较低，年新兴装备毛利率仅22.15%，主要原因在于外部竞争加剧，以及公司功率半导体业务较小尚未形成规模效应。随着公司对功率半导体业务的持续投入和IDM模式的推进，预计未来公司的毛利率和净利率将有所提升。

3.2.士兰微：IDM深耕功率IGBT赛道，12英寸厂拥技术和产能优势

前瞻性布局12英寸晶圆产能，国内第一条12英寸IDM特色工艺产线。士兰微电子股份有限公司成立于年，是专业从事集成电路芯片设计以及半导体微电子相关产品生产的高新技术企业，是目前中国规模最大的集成电路芯片设计与制造一体（IDM）的半导体企业之一。3年公司正式在上交所上市，募集资金2.89亿用于6英寸晶圆生产线以及集成电路新品研发。年，公司8英寸集成电路芯片生产线在下沙芯片制造基地奠基。年与厦门沧海区政府签订战略合作协议建设两条12英寸特色工艺晶圆生产线。ICInsights在年2月集成电路芯片制造企业的产能排名中，公司在6英寸及以下的芯片制造企业中生产规模居全球第2位。

产品业务种类繁多，协同促进公司业务发展。公司设计研发和工艺制造平台同时发展，形成了特色工艺技术与产品研发的紧密互动，以及集成电路、功率器件、功率模块、MEMS传感器、光垫器件和化合物芯片的协同发展。公司依托IDM模式形成的设计与工艺相结合的综合实力，加快产品研发进度、提升产品品质、加强成本控制、向客户提供差异化产品与服务，提高了其向大型尝试配套体系渗透的能力。通过多个技术门类的半导体产品协同发展，公司产品得以成套进入整机应用市场，具有广阔的市场前景。

需求拉动+业务边际延展带动公司业务快速增长。公司/Q3年实现营收42.81/52.22亿元，同比增长37.61%/76.18%，归母净利润为0.68/7.28亿元，同比增长.16%/.39%。根据年报板块拆分口径，公司营收主要来自器件、集成电路和LED三个板，营收分别为22.03/14.20/3.91亿元，占比51.47%/33.17%/9.13%。主营业务功率器件的下游主要为消费电子类、工业类、新能源汽车和5G相关产业，在疫情影响下，居家办公电子类需求增大叠加新能源及光伏景气度上升，功率半导体全球供不应求的局面。在全球半导体市场缺货涨价的大背景下，公司前瞻性布局叠加国产替代化持续性利好，公司迎来额外的发展机会。

注重研发投入，持续优化产品结构，促进公司毛利率提升。公司注重研发投入，//研发支出分别为3.50/4.26/4.86亿元，研发人员数量分别为//人。同时，公司器件业务占比稳中有升，发光二极管业务占比逐渐减小，利于公司整体毛利率持续提升。年Q3毛利率/净利率为32.84%/13.85%，同比变化11.71pct/14.72pct。

3.3.华润微：功率半导体IDM头部企业，内生+外延持续扩张

MOSFET龙头企业地位稳固，内生式发展+外延式并购扩大版图。华润微电子有限公司是华润集团旗下主要负责微电子业务投资、发展和经营管理的企业，是中国领先的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化的半导体企业。公司前身为年创立的华科电子公司，于3年经过一系列兼并重组置入CentralSemiconductorCayman（CSMC），同年作为上市主体向香港联交所申请上市，并于年私有化退市，年登陆科创板。目前主营业务分为产品与方案、制造与服务两大业务板块，MOSFET是公司最主要的产品之一，公司也是是国内营业收入最大、产品系列最全的MOSFET厂商。

两大业务板块推动企业快速发展

1）产品与方案板块：聚焦功率半导体、智能传感器，核心技术自主研发国内领先。公司产品与方案业务板块聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域，处于国内领先地位，和H1分别实现营收31.04、20.44亿元，同比增长分别为23.37%、49.31%。其中，根据半年报，分立器件为产品与方案板块主要产品，占该板块整体营收的76.9%。

2)制造与服务板块：创新步伐加快，全产业链优势差异化竞争。制造与服务板块聚焦于晶圆制造、封装测试等服务，受益新能源板块轮动+国产替代化浪潮，该板块营收增长明显，/H1实现营收38.27/23.83亿元，同比增长20.22%/42.14%。其中，根据半年报，晶圆制造占该板块整体营收的65.30%、封装测试占该板块的24.57%。

下游需求持续增加，扩产带动公司业绩持续向上。公司/Q3年实现营收69.77/69.28亿元，同比增长21.50%/41.70%，归母净利润为9.64/16.84亿元，同比增长.46%/.20%。半导体需求不断扩张一度出现半导体全球缺货涨价行情。半导体扩产周期一般需要1-2年，预计缺货行情短期不会被解决，中国半导体行业未来将迎来黄金发展周期。

产品与方案业务收入占比持续扩大，毛利率与净利率快速增长。公司持续加大研发投入，研发支出从年的3.46亿元增长至年的5.66亿元。前三季度，公司研发支出为5.03亿元，同比增长35.58%。凭借对技术研发的注重，公司产品受到下游客户认可，产品与方案业务在公司的整体营收占比持续增长。此外，公司毛利率与净利率也已显著提升，~年，公司毛利率从14.49%提升至27.47%，净利率从-6.87%提升至15.19%。年前三季度，公司毛利率与净利率快速增长，分别达35.42%、24.18%。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

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