功率半導(dǎo)體IGBT行業(yè)研究新能源驅(qū)動成長國產(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(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)動功率小、驅(qū)動電路簡單、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(kuò)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(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)動揚(yáng)聲器和電動機(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(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)體單車價值量為90美元，純電動車功率半導(dǎo)體單車價值量達(dá)330美元（折合人民幣2100元）。2）一般A00乘用車IGBT單車價值量為800元，A級電動車IGBT單車價值量為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(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%，對應(yīng)2025年新能源車IGBT單車價值量達(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單車價值量維持在1700元。2021年全球新能源車銷量達(dá)650萬輛，對應(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，對應(yīng)IGBT市場規(guī)模達(dá)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(jì)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(dá)2250萬輛（滲透率25%）、4500萬輛（滲透率50%），對應(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價值量為2000~5000歐元，儲能功率半導(dǎo)體單MW價值量為2500~3500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(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、滲透率為58%，中國變頻洗衣機(jī)銷量達(dá)2627萬臺、滲透率為42%，中國變頻冰箱銷量達(dá)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(jī)、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(jī)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(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高壓平臺的電動汽車可以充分體現(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)模口徑來看國產(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(dá)市占率達(dá)20%、17%。2020年斯達(dá)半導(dǎo)生產(chǎn)的汽車級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(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(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、8pc