2022年功率半導(dǎo)體IGBT行業(yè)市場現(xiàn)狀分析

1、2022年功率半導(dǎo)體IGBT行業(yè)市場現(xiàn)狀分析一、市場篇：新能源助力 IGBT 高增長，缺貨推動國產(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 452 億美元，中國市場占比約為

2、 40%，功率 IC 市場規(guī)模達 243 億元 （占比 54%），功率器件&模塊市場規(guī)模達 209 億美元（占比 46%）、 20162020 年 CAGR 達 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 19%、41%、31%，從成長性來 看，IGBT 成長性最佳、20162020 年 CAGR 達 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， 功能類似于機械單向閥，在一個方向上以最小的電阻傳導(dǎo)電流，稱為正向， 同時防止電流流向相反的方向。優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)和原理簡單，缺點在于無法 控制通斷且電流只能正向流通。晶閘管：又稱

3、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 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)動功率小、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)速度快 等優(yōu)點，主要缺點在于通態(tài)壓降大，電流、電壓額定低等。MOSFET 主要 運用于消費電子、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。2

4、020 年 MOS 市場規(guī)模為 81 億元，20162020 年 CAGR 達 9%。BJT（雙極型晶體管）：是一種全控型電流驅(qū)動器件，具有三個引腳（基極、 集電極和發(fā)射極）和兩個結(jié)（P 結(jié)和 N結(jié)），晶體管中的電荷流動主要由于 載流子在 PN 結(jié)處的擴散作用和漂移作用。雙極性晶體管能夠放大信號， 同時具有通態(tài)壓降小、通態(tài)損耗小的優(yōu)點，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)動揚聲器和電動機等設(shè)備，并廣泛運用 于航天航空、醫(yī)療機械和機器人等領(lǐng)域。BJT 的主要缺點在于驅(qū)動功率大， 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

5、成的復(fù)合全控型功率半 導(dǎo)體，兼具 MOS 輸入阻扛高、BJT 導(dǎo)通電壓低的兩大優(yōu)勢，驅(qū)動功率小 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)動成長，全球/中國十年 CAGR 達 13%/15%2020 年全球 IGBT 市場規(guī)模達 66.5 億美元，20162020 年 CAGR 達 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

6、 年市場規(guī)模達 15.9 億美元， 20162020 年 CAGR 達 14%。IPM 模塊應(yīng)用于白色家電中的變頻空調(diào)、變頻洗衣機，制造工藝為環(huán) 氧注塑工藝。2020 年市場規(guī)模達 14 億美元，20162020 年 CAGR 達 5%。IGBT 模塊應(yīng)用于大功率變頻器、電焊機、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 36 億美元， 20162020 年 CAGR 達 18%。從電壓等級來劃分，600V 以下的低壓 IGBT 主要應(yīng)用于消費電子領(lǐng)域， 600V1200V 的中壓 IGBT 主要應(yīng)用于新能源車、光伏、家電、工業(yè)（電 焊機、UPS）領(lǐng)

7、域，1700V 以上的超高壓 IGBT 主要應(yīng)用于軌交、風電、 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 2025 年全球 IGBT 市場規(guī)模達 954 億元、 20202025 年 CAGR 為 16%，中國 IGBT 市場規(guī)模達 458 億元、 20202025 年 CAGR 達 21%。2030 年全球 IGBT 市場規(guī)模達 1609 億元、 20202030 年 CAGR 達 13%，中國 IGBT 市場規(guī)模達 732 億元、 20202030 年

8、 CAGR 達 15%。其中新能源車、光伏&儲能貢獻了最大增量。2.1 新能源車：IGBT 最大增量市場，國內(nèi)英飛凌、比亞迪、斯達三分天下新能源車市場是 IGBT 的最大增量，預(yù)計 2025 年全球新能源車 IGBT 市場 規(guī)模達 383 億元、20202025 年 CAGR 達 48%，2030 年全球新能源車 IGBT 市場規(guī)模達 765 億元，20202030 年 CGAR 達 31%。IGBT 主要應(yīng)用在新能源車的電機控制系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、車載充電機， 在主逆變器中 IGBT 將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動三相電機的交流電， 在車載充電機中 IGBT 將 220V 交流電轉(zhuǎn)換為直流電并為

9、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)壓縮機等輔逆變器中，完成小功率 DC-AC 轉(zhuǎn)換。我們估算單車 IGBT 價值量維持 1700 元。1）IGBT 一般占新能源車 BOM 成本的 5%。根據(jù) Strategy Analytics，48V 輕混車功率半導(dǎo)體單車價值量為 90 美元，純電動車功率半導(dǎo)體單車價值量達 330 美元（折 合人民幣 2100 元）。2）一般 A00 乘用車 IGBT 單車價值量為 800 元， A 級電動車 IGBT 單車價值量

10、為 2000 元，20192021 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)采用兩個電控模塊，我們估算四驅(qū)車型 IGBT 單車價值量達 3200 元， 預(yù)計未來伴隨四驅(qū)車型滲透率持續(xù)提升，IGBT 單車價值量持續(xù)提升， 我們假設(shè) 2025 年四驅(qū)車型滲透率達 15%，對應(yīng) 2025 年新能源車 IGBT 單車價值量達 1980 元，四年 CAGR 為 4%，考慮正常年份下 IGBT 采購年降的影響，預(yù)計新能源車 IGBT 單車價值量維持在 1700 元。2021 年全球新

11、能源車銷量達 650 萬輛，對應(yīng) IGBT 市場規(guī)模達 111 億 元，中國新能源車銷量達 350 萬輛，對應(yīng) IGBT 市場規(guī)模達 60 億元， 考慮汽車電子價格正常年降、伴隨 A 級車占比、四驅(qū)車占比提升，預(yù) 計新能源車 IGBT 單車價值量維持在 1700 元，假設(shè) 2025、2030 年全 球新能源車銷量達 2250 萬輛（滲透率 25%）、4500 萬輛（滲透率 50%），對應(yīng) IGBT 市場規(guī)模達 383 億元、765 億元，20202025 年 CAGR 達 48%、 20202030 年 CAGR 達 31%；假設(shè) 2025、2030 年 中國新能源車銷量達 1200 萬輛（滲

12、透率 40%）、1800 萬輛（滲透率 60%），對應(yīng) IGBT 市場規(guī)模達 204 億元、306 億元，20202025 年 CAGR 達 54%、20202030 年 CAGR 達 29%。2.2 光伏&儲能：IGBT 第二增量市場，國產(chǎn)化率有待提升預(yù)計 2025 年全球光伏&儲能 IGBT 市場規(guī)模達 108 億元、20202025 年 CAGR 達 30%，2030 年全球光伏&儲能 IGBT 市場規(guī)模達 280 億元， 20202030 年 CGAR 達 25%。IGBT 是光伏逆變器、儲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

13、（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 價值量為 20005000 歐元，儲能功率半導(dǎo)體 單 MW 價值量為 25003500 歐元，估算 IGBT 的單價為 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，主要產(chǎn)品 為 IPM

14、 和 IGBT 單管。2020 年中國家用變頻空調(diào)出貨量為 8337 萬臺、滲 透率為 58%，中國變頻洗衣機銷量達 2627 萬臺、滲透率為 42%，中國變 頻冰箱銷量達 2506 萬臺、滲透率為 30%，假設(shè)未來每年變頻空調(diào)、變頻 洗衣機、變頻冰箱滲透率提升 3%，變頻空調(diào)單臺 IGBT 價值量為 40 元， 變頻冰箱、變頻洗衣機單臺 IGBT 價值量為 10 元，對應(yīng) 2020、2025、 2030 年中國白電 IGBT 市場規(guī)模達 54、70、85 億元，20202025 年 CAGR 達 5%， 20202030 年 CAGR 達 5%。考慮中國空調(diào)產(chǎn)量占比達 80%、冰箱產(chǎn)量占比達

15、 60%、洗衣機產(chǎn)量占比達 40%，對應(yīng) 2020、2025、 2030 年全球白電 IGBT 市場規(guī)模達 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 67 億美元（折合人民幣 459 億元），中國 IGBT 市場規(guī)模達 26 億美元（折合人民幣 179 億元），扣 除新能源車、光伏儲能、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 303 億元、中國市場規(guī)模達 81 億元，預(yù)計未來全球、中國其他領(lǐng)域以 4%、6%的增速穩(wěn)健增長，對應(yīng) 2025、2030 年全球市場規(guī)模達 369、449 億元，中國市場規(guī)模達 109

16、、 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、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、UPS 中 IGBT 價 值量占比為 11%、5%、12%。預(yù)計 2025、2030 年全球工控 IGBT 市 場規(guī)模達 266、322 億元，五年、十年 CAGR 達 4%、4%。2.4 SiC：優(yōu)勢突出，預(yù)計未來六年 CAGR 超 34%第三代半導(dǎo)體材料逐漸成為半導(dǎo)體技術(shù)升級的重點方向。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。SiC MOSFE

17、TS 優(yōu)勢突出，更適合高壓領(lǐng)域。相對于 Si 基材料，SiC MOSFETS 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，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 電光伏等高壓領(lǐng)域，在 800V 高壓平臺的電動汽車可以充分體現(xiàn)快充、節(jié) 能的優(yōu)勢。預(yù)計 2025、2030 年新能源車 SiC 模塊市場達 218、478 億元，五年、十 年 CAGR 達 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 模塊價格持續(xù)下降，

18、預(yù)計 2025、 2030 年新能源車 SiC 模塊市場達 218、478 億元，五年、十年 CAGR 達72%、42%?？紤] SiC 模塊對 IGBT 的替代效應(yīng)，預(yù)計 2025、2030 年新 能源車 IGBT 市場達 325、574 億元，五年、十年 CAGR 達 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：缺貨漲價潮助力國產(chǎn)替代加速，2022 年國產(chǎn)化率有望達 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 50%，英飛凌是行業(yè)絕對龍頭、市占

19、率達 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 53%，英飛凌 是行業(yè)絕對龍頭、市占率超 29%，國內(nèi)士蘭微市占率達 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，制造工藝為環(huán) 氧注塑工藝。2020 年行業(yè) CR3 達 62%，三菱是行業(yè)絕對龍頭、市占 率達 33%，國內(nèi)士蘭微市占率達 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、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)

20、 CR3 達 58%，英飛凌是行業(yè) 絕對龍頭、市占率達 36%，國內(nèi)斯達半導(dǎo)市占率達 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?？?慮海外產(chǎn)品規(guī)格更高、預(yù)計從市場規(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、斯達市占率達 20%、17%。 2020 年斯達半導(dǎo)生產(chǎn)的汽車級 IGBT 模塊

21、合計配套超過 20 萬套新能源車 汽車、市占率達 15%。2）光伏&儲能：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，“IGBT 元器件國內(nèi)生產(chǎn)商較少，與進口部 件相比，產(chǎn)品穩(wěn)定性、技術(shù)指標存在一定差異。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)指標未能完全滿足公司產(chǎn)品的技術(shù)要求， 預(yù)計短期內(nèi)不能完全實現(xiàn)進口替代。”3）工業(yè)：斯達半導(dǎo)是國內(nèi)工控 IGBT 龍頭，2019、2020 年斯達工控和電源行業(yè)收入達 6、7 億元，對應(yīng)市占率 約為 7%、9%，工控行業(yè)國產(chǎn)化率較低。3.2 缺貨漲價潮助力國產(chǎn)替代加速，2022 年行業(yè)國產(chǎn)化率有望達

22、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，價格持續(xù)上升。得益于缺貨漲價潮，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)上市公司斯達半導(dǎo)體 IGBT 收入同增 75%，士蘭微 IGBT 業(yè)務(wù)收入實現(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 31、57 億 元，同增 59%、88%，國產(chǎn)化率達為 17%、25

23、%，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)、斯達半導(dǎo)、時代電氣車載 IGBT 收入 約為 13、5、2 億元，同比均實現(xiàn)翻倍增長，國產(chǎn)化率超 30%。2）工業(yè)： 斯達半導(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)化率進一步提升。3）白電：士蘭微是國內(nèi) IPM 龍 頭，新潔能、揚杰科技等企業(yè)亦有出貨。2021 年士蘭微 IPM 收入達 8.6 億 元，白電領(lǐng)域 IPM 模塊出

24、貨量超 3800 萬顆，同比實現(xiàn)翻倍增長，出貨量 市占率達 20%，國產(chǎn)化率快速攀升。4）2021 年斯達半導(dǎo)、時代電氣、揚 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 月英飛凌公告財年二季報，公司 積壓訂單達 370 億歐元（2021 年公司收入為 111 億歐元，預(yù)計 2022 年收 入為 130140 億歐元），且 80%需求集中于 12 個月交付，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。2）5 月安森美內(nèi)部人士稱 2022 年、2023 年車用 IGBT 訂

25、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 2022 年四季度前 芯片供給難有大改善。4）海外廠商擴產(chǎn)普遍謹慎，主要的增量貢獻是英飛凌投資 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 通過 45 年產(chǎn)能爬坡后貢獻增量收入 20 億歐元，增量有限。供不應(yīng)求的背景下，國產(chǎn)化率進程取決于產(chǎn)能釋放速度，2022 年國產(chǎn)化率 有望達 37%。從國內(nèi) IDM 模式的龍頭 IGBT 產(chǎn)能規(guī)劃來看，比亞迪半導(dǎo)、 中車時代 2022 年 8 寸晶圓產(chǎn)能均實現(xiàn)翻倍增長，從國內(nèi) Fab 廠（華虹半 導(dǎo)、中芯紹興、先進積塔）IGBT 產(chǎn)能規(guī)劃來看亦能實現(xiàn) 60%以上成長

26、， 從產(chǎn)能數(shù)據(jù)來看，我們估算 2022 年國內(nèi)產(chǎn)能同增 90%+，我們估算 2022 年國內(nèi)上市公司 IGBT 收入有望實現(xiàn)翻倍增長，國產(chǎn)率達 37%。3.3 SiC 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。產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋襯底外延設(shè)計制 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。 英飛凌 1992 年開始進行碳化硅材料布局，直至近兩年方開始大規(guī)模建 廠擴產(chǎn)，2022 年 2 月英飛凌宣布將投資 20

27、 億歐元擴充第三代半導(dǎo)體產(chǎn)能， 預(yù)計項目達產(chǎn)貢獻增量收入達 20 億歐元。2）SiC 襯底、外延片集中度最 高，Wolfspeed 市占率達 50%，羅姆、II-VI 市占率達 35%，三家公司長晶 爐均為自己設(shè)計。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 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)唯一實現(xiàn)SiC 模塊在電機驅(qū)動控制器中大批量裝車。2022 年時代電氣投資 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.

28、5 萬片。 2021 年斯達半導(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 月斯達半導(dǎo)已獲得 3.4 億車規(guī)級 SiC MOSFET 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+芯片制造+模塊封裝IGBT 核心技術(shù)為 IGBT 芯片的設(shè)計和制造以及 IGBT 模塊的設(shè)計、制造和 測試。芯片設(shè)計端，芯片參數(shù)優(yōu)化對工程師的知識儲備和經(jīng)驗積累要求極 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

29、 端，工程師需要對針對不同客戶需求對封裝進行細微調(diào)整；IGBT 行業(yè)對人 才、設(shè)備要求極高。1.1 IGBT 芯片技術(shù)升級趨勢IGBT 芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括元胞結(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（Planar Gate）、溝槽柵（Trench Gate），其中溝槽柵又進一步衍生為精細化溝槽柵、微溝槽柵。IGBT 芯片的縱向結(jié)構(gòu)逐步由穿通型（Punch Through）演變?yōu)榉谴┩ㄐ?（Non Punch Through），而后向場截止型（Field-St

30、op）方向發(fā)展。1.早期設(shè)計：穿通型（PT，PunchThrough）：使用重摻雜的 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)。它因為截止時電場貫穿整個 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

31、需要的厚 度，再從背面用離子注入工藝形成 P+collector。在截止時電場沒有貫穿 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)?溝槽型，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 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 度，使整體電場呈梯形，使所需的 N-漂移區(qū)厚度

32、大大減?。籒buffer 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 IGBT4 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. IGBT

33、5：溝槽柵+場截止+表面覆銅：使用厚銅代替了鋁，銅的通流能力 及熱容都遠遠優(yōu)于鋁，因此 IGBT5 允許更高的工作結(jié)溫及輸出電流。同時 芯片結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化，芯片厚度進一步減小。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，并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù)，從而實現(xiàn)

34、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 用于電機驅(qū)動器，E7 應(yīng)用于電動商用車 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 望進一步推廣。1.2 IGBT 芯片設(shè)計壁壘：難點在于不同參數(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，對芯片的可靠 性要求較高，同時芯片設(shè)計需保證開通關(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)計與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化十分特殊和復(fù)雜。1.3 IGBT 芯片制造壁壘：難點在于減薄工藝、背面工藝IGBT 芯片工藝難度較高，難點主要在于薄片

35、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。 對于特定 IGBT 器件，芯片厚度需要減薄到 100um 的量級，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。在對已減薄的硅片進 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，每臺價格接近

36、 1 億元，會受到進口限制。1.4 IGBT 模塊封裝壁壘：難點在于高可靠性IGBT 模塊的封裝技術(shù)難度高，高可靠性設(shè)計和封裝工藝控制是其技術(shù)難 點。IGBT 模塊具有使用時間長的特點，汽車級模塊的使用時間可達 15 年。 因此在封裝過程中，模塊對產(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、老化篩選等，生 產(chǎn)中一個看似簡單的環(huán)節(jié)往往需要長時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，但鍵合點的選擇、鍵合的力度、時間 及鍵合機的參數(shù)設(shè)臵、鍵合過程中應(yīng)用的夾

37、具設(shè)計、員工操作方式等等都 會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率。2. 客戶壁壘：認證周期長，先發(fā)企業(yè)優(yōu)勢明顯IGBT 產(chǎn)品取得客戶認可的時間較長。由于其穩(wěn)定性、可靠性方面的高要 求，客戶的認證周期一般較長，態(tài)度偏向謹慎，在大批量采購前需要進行 多輪測試。新進入者很難在短期內(nèi)獲得下游客戶認可。以汽車級 IGBT 為例，認證全周期可達 2-3年。IGBT 廠商進入車載市場需 要獲得 AEC-Q100 等車規(guī)級認證，認證時長約 12-18 個月。通過后，廠商 還需與車廠或 Tier 1 供應(yīng)商進行車型導(dǎo)入測試驗證，這一過程可能持續(xù) 2- 3 年。在測試驗證完成后，供應(yīng)商通常會先以二供或者三供的身份供貨， 再

38、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)商可能無法得到驗證機會。3. 資金壁壘：制造端屬于重資產(chǎn)行業(yè)，新建項目投資高昂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、芯片制 造、模塊制造、測試等環(huán)節(jié)；部分設(shè)備依賴進口，成本高昂。產(chǎn)品研發(fā)階 段亦需要較長研發(fā)時間和較高研發(fā)成本。三、財務(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)廠商時代電氣、斯達半 導(dǎo)、士蘭微、華潤微、宏微科技、揚杰科技、新潔能進行財務(wù)對比。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

39、優(yōu)于海外 大廠，其中斯達半導(dǎo) 20162021 年收入、歸母凈利五年 CAGR 達 42%、 79%，領(lǐng)先行業(yè)。2022 年 Q1 斯達半導(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 波動較大，2021 年九家企業(yè) ROE 均高于 10%，其中士蘭微最高、達 30.8%，新潔能次之、達 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，受價格周期影響國內(nèi)部分企業(yè)盈利能 力波動性較大。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 潮，近兩年各企業(yè)盈利能力明顯提升。海外龍

40、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 39%、40%，國內(nèi)斯達 半導(dǎo)毛利率達 36%、且呈現(xiàn)穩(wěn)步提升，新潔能、士蘭微毛利率波動性較大， 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)，斯達半導(dǎo)凈利率持 續(xù)提升、2021 年達 23%，新潔能、士蘭微凈利率波動性較大。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 8 次。從應(yīng)收賬款周轉(zhuǎn)天數(shù)來看，

41、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 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 16 億元、收入占比達 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

42、，2011 年，公司研發(fā)出工業(yè)級中等功率模 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 對標英飛凌主流第四代 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 2.8%，是國內(nèi)唯一進入全球 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)計達產(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

43、能源行業(yè)收入達 5.7 億元、同增 166%，公司應(yīng)用于主電機控制器的車規(guī)級 IGBT 模塊持續(xù)放量，合計配套 超過 60 萬輛新能源汽車、其中 A 級車超 15 萬輛，應(yīng)用于主電機控制器的車規(guī)級 IGBT 模塊開始大批量配套海外市場，預(yù)計 2022 年海外市場份額將 會進一步提高。2）截至 2021 年 9 月公司已獲得 3.4 億車規(guī)級 SiC MOSFET 模塊訂單，交貨周期為 20222023 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

44、）、智能傳感器（CMOS）等業(yè)務(wù)，2021 年公司功率半導(dǎo)體收入達 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 團隊，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，標志中國 IGBT 芯片實現(xiàn) 0 突破。2）2019 年公司在中國新能源乘 用車電機驅(qū)動控制器用 IGBT 模塊廠商中位列第二、僅次于英飛凌、占比 達 19%。公司功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)處于快速擴產(chǎn)期。1）2021 年末公司功率半導(dǎo)體晶圓

45、產(chǎn)能僅能配套新能源車 40 萬輛。主要客戶涵蓋比亞迪、藍海華騰、匯川技 術(shù)、英威騰、宇通汽車等。2）2020 年公司投資 10 億元于長沙擴產(chǎn) 8 寸晶 圓產(chǎn)能、設(shè)計產(chǎn)能達 25 萬片/年、配套新能源車 50 萬輛。3）2021 年公司 擬投資 49 億元于濟南擴產(chǎn) 8 寸晶圓產(chǎn)能、計劃于 2023 年滿產(chǎn)、產(chǎn)能達 36 萬片/年、配套新能源車 90 萬輛，2022 年產(chǎn)能達 20 萬片/年、配套新能 源車 50 萬輛、新增收入 14.5 億元。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

46、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 13 億元，收入占比為 18%。其中 IPM 模塊收入 達 8.6 億元，實現(xiàn)翻倍增長，變頻白電 IPM 模塊銷量達 3800 萬顆，我們 估算在變頻白電 IPM 市占率達 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 1.6%、 排

47、名第九，IGBT 單管全球市占率達 2.6%、排名第十，MOSFET 全球市占 率達 2.2%、排名第十。4. 時代電氣：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 151 億元，軌交業(yè) 務(wù)收入占比達 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 36 萬片/年。1）2008 年 10 月公司通過收購英國 Dynex 75%股權(quán)正 式將業(yè)務(wù)拓展進入高壓 IGBT 領(lǐng)域，2009

48、 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 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 期項目，設(shè)計產(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)（

49、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 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 92 億元， 其中功率半導(dǎo)體收入達 38 億元，MOSFET 收入達 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)能約為 23 萬片/月， 8 英寸晶圓制造產(chǎn)能 約為 13 萬片/月。公司聯(lián)合大基金投資 76 億元擴產(chǎn) 12 寸晶圓，預(yù)計達產(chǎn) 后新增產(chǎn)能 3 萬片/月。6. 宏微科技：深耕 IGBT 產(chǎn)業(yè)，光伏、車規(guī)級 IGBT 進展順利公司主營功率器件（IGBT、FRED、MOSFET 等），2021 年公司功率器件 收入達 5.4 億元、占比達 99%。下游涵蓋工控電源、新能源，2020