2022國(guó)產(chǎn)IGBT賽道持續(xù)火熱，誰(shuí)將率先攻克“卡脖子”難題？

1月20日，廣汽集團(tuán)正式宣布將成立旗下新子公司，并主要圍繞新能源汽車(chē)自主IGBT開(kāi)展技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

作為“十四五”規(guī)劃明確列為的未來(lái)重點(diǎn)攻關(guān)技術(shù)之一，IGBT成為了企業(yè)布局加碼的核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，即絕緣柵雙極型晶體管，以工藝設(shè)計(jì)難度及行業(yè)壁壘較高著稱，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。

起底中國(guó)IGBT發(fā)展路徑，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，隨著市場(chǎng)和政策的雙加持，IGBT正處于國(guó)產(chǎn)替代化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期。

上世紀(jì)80年代起，IGBT開(kāi)啟工業(yè)化應(yīng)用，目前已經(jīng)涌現(xiàn)出了七代不同的IGBT技術(shù)方案，但這些方案主要由英飛凌、三菱電機(jī)等海外知名廠商主導(dǎo)，中國(guó)本土廠商進(jìn)場(chǎng)較晚，疊加貿(mào)易摩擦，導(dǎo)致中國(guó)IGBT產(chǎn)品嚴(yán)重滯后于國(guó)際巨頭IGBT產(chǎn)品。

中國(guó)IGBT產(chǎn)品目前仍以1/2/3/4代為主，與國(guó)際巨頭英飛凌、三菱電機(jī)等差距在10年以上，而步入第5代后，預(yù)計(jì)差距將縮短為10年，第6/7代產(chǎn)品差距將在5年以內(nèi)。

2021年，新能源汽車(chē)邁入智能化發(fā)展新階段，新能源汽車(chē)是中國(guó)IGBT下游最大的需求方，占比達(dá)到約31%。

IGBT成為了中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)鏈突破“卡脖子”的又一關(guān)鍵因素，車(chē)規(guī)級(jí)IGBT極有可能成為IGBT最大的下游市場(chǎng)，正加速其國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程。

現(xiàn)階段，海外IGBT廠商功率半導(dǎo)體產(chǎn)能?chē)?yán)重受到新冠肺炎疫情的影響，產(chǎn)能下降，在海外龍頭廠商無(wú)法及時(shí)供貨的情況下，中國(guó)本土廠商將擁有更多機(jī)會(huì)把產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

中壓IGBT和IGBT模塊最具投資價(jià)值

IGBT電壓類型分類

按照使用電壓的情況，IGBT可以分為低壓、中壓和高壓三大類產(chǎn)品，不同的電壓范圍適用不同的應(yīng)用場(chǎng)景。海外龍頭企業(yè)由于進(jìn)場(chǎng)時(shí)間較早，其產(chǎn)品幾乎覆蓋了低壓、中壓和高壓三個(gè)范圍，且其產(chǎn)品線完善。

低壓IGBT一般電壓在1,200V及以下，且適用于低消耗的消費(fèi)電子和太陽(yáng)能逆變器領(lǐng)域，中國(guó)本土廠商幾乎都有布局低壓領(lǐng)域。

中壓IGBT一般電壓在1,200-2,500V，適用于新能源汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域，由于碳中和計(jì)劃的持續(xù)推行以及新能源領(lǐng)域的高速發(fā)展，該領(lǐng)域是中國(guó)IGBT本土廠商未來(lái)主要發(fā)力的領(lǐng)域。

高壓IGBT一般電壓大于2,500V，主要適用于高鐵、動(dòng)車(chē)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域，中國(guó)本土廠商僅中車(chē)時(shí)代和斯達(dá)半導(dǎo)有所布局，中國(guó)高鐵里程數(shù)全球第一，需求量大，促進(jìn)中上游技術(shù)發(fā)展，因此該領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代。

IGBT封裝形式分類

按照封裝形式劃分，IGBT產(chǎn)品可以分為IGBT模塊、IPM模塊和IGBT單管。IGBT模塊即多個(gè)IGBT芯片并聯(lián)集成封裝在一起的模塊，特點(diǎn)是外部電路簡(jiǎn)單，工作可靠，更適合高壓和大電流連接;IPM模塊即智能功率模塊，集成柵極驅(qū)動(dòng)電路+各保護(hù)電路的IGBT模塊，增加可外圍電路，防止過(guò)高的升溫及高壓沖擊損害IGBT，其可靠性較高，使用簡(jiǎn)單，適合中小功率的逆變器;IGBT單管封裝模塊較小，是體現(xiàn)IGBT制造商水平的核心技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

IGBT的核心應(yīng)用產(chǎn)品類型為IGBT模塊。IGBT模塊的市占率能夠達(dá)到50%以上，而IPM模塊和IGBT單管分別只有28%左右和20%左右。從產(chǎn)品的投資價(jià)值來(lái)看，由于IGBT模塊的價(jià)值量最大，有利于企業(yè)快速提升產(chǎn)品規(guī)模，其投資價(jià)值最大

IGBT未來(lái)產(chǎn)品主要發(fā)展趨勢(shì)

英飛凌作為全球IGBT龍頭企業(yè)，產(chǎn)品技術(shù)成為本土廠商的對(duì)標(biāo)，其產(chǎn)品已經(jīng)迭代至第七代，未來(lái)會(huì)朝著高密度、高可靠性和更好的集成散熱發(fā)展。中國(guó)本土廠商進(jìn)場(chǎng)較晚，但是與國(guó)際產(chǎn)品的差距在縮小。

IGBT產(chǎn)業(yè)鏈全局投資亮點(diǎn)解析

產(chǎn)業(yè)鏈上游

晶圓制造是半導(dǎo)體三大核心環(huán)節(jié)之一，受到下游半導(dǎo)體、芯片、消費(fèi)電子、智能電網(wǎng)、二極管等需求的帶動(dòng)，全球晶圓代工市場(chǎng)熱度持續(xù)上升。IGBT的主流晶圓為8英寸，12英寸的硅晶圓還未大規(guī)模投產(chǎn)使用，但為了降本增效，中國(guó)晶圓廠商開(kāi)始積極布局12英寸晶圓產(chǎn)線，未來(lái)12英寸晶圓將可能替代8英寸晶圓成為IGBT上游晶圓材料的主流。

從全球晶圓代工企業(yè)的營(yíng)收市占率來(lái)看，2013-2020年，臺(tái)積電的市場(chǎng)份額占比一直是最大的，每年的占比基本在50%左右，2020年更是達(dá)到了56%，增長(zhǎng)較為穩(wěn)定。三星的市場(chǎng)份額占比第二大，且從2018年開(kāi)始，市場(chǎng)份額均接近20%左右，保持著快速的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。排名第三的是格羅方德，市場(chǎng)份額占比均在9%左右，較為穩(wěn)定。

此外，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)是全球第一大晶圓產(chǎn)能基地，近幾年，中國(guó)大陸地區(qū)的晶圓制造廠商也加快了集中擴(kuò)張步伐，中芯國(guó)際是大陸規(guī)模最大的晶圓制造商，其N(xiāo)+1工藝較14nm性能提升20%，功耗降低57%，邏輯面積縮小63%，SoC面積縮小55%，接近臺(tái)積電7nm工藝。中國(guó)大陸地區(qū)晶圓制造廠商的持續(xù)發(fā)力，將有望降低中國(guó)國(guó)內(nèi)IGBT芯片、模塊對(duì)海外及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)晶圓制造的依賴度。

產(chǎn)業(yè)鏈中游

當(dāng)下，中國(guó)IGBT本土廠商遇到了發(fā)展新機(jī)遇。一方面，海外IGBT廠商功率半導(dǎo)體產(chǎn)能?chē)?yán)重受到新冠肺炎疫情的影響，產(chǎn)能較少，在海外龍頭廠商無(wú)法及時(shí)供貨的情況下，中國(guó)本土廠商就有機(jī)會(huì)將產(chǎn)品推向市場(chǎng);另一方面，中國(guó)本土廠商擁有本土優(yōu)勢(shì)，可以和客戶聯(lián)合研發(fā)定制化產(chǎn)品，更具針對(duì)性，從而減少采購(gòu)海外昂貴且功能較為統(tǒng)一的產(chǎn)品。

橫向從中國(guó)IGBT廠商產(chǎn)品電壓覆蓋范圍來(lái)看，中國(guó)IGBT廠商多集中在中低壓市場(chǎng)，未來(lái)有望橫向拓寬產(chǎn)業(yè)鏈，增加不同電壓的產(chǎn)品。海外龍頭IGBT廠商如英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美等的IGBT產(chǎn)品電壓覆蓋范圍較全，涵蓋電壓600V-6,500V。

中國(guó)的IGBT廠商多集中在中低壓市場(chǎng)，如宏微科技、比亞迪半導(dǎo)體、士蘭微、新潔能等廠商的IGBT產(chǎn)品均集中在1,500V以下的IGBT市場(chǎng)，產(chǎn)品主要適用于新能源汽車(chē)、家電、電焊機(jī)等領(lǐng)域，時(shí)代電氣和斯達(dá)半導(dǎo)則在高壓3,300V及以上也有布局，產(chǎn)品主要適用于高鐵、電網(wǎng)傳輸?shù)取?/p>

縱向從中國(guó)IGBT各環(huán)節(jié)制造廠商競(jìng)爭(zhēng)力看，中國(guó)IGBT行業(yè)在制造和封裝模組環(huán)節(jié)的企業(yè)數(shù)量較多、技術(shù)先進(jìn)、競(jìng)爭(zhēng)激烈，未來(lái)有望縱向延伸產(chǎn)業(yè)鏈，向設(shè)計(jì)端進(jìn)軍，增加中國(guó)IGBT行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。本土廠商在制造和封測(cè)模組環(huán)節(jié)競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)，如積塔半導(dǎo)體、華虹半導(dǎo)體、華潤(rùn)微電子等晶圓代工制造企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)8-12寸IGBT芯片。但在芯片設(shè)計(jì)端競(jìng)爭(zhēng)較弱，本土從業(yè)者仍然較少，只有斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、中車(chē)時(shí)代電氣、比亞迪半導(dǎo)體等公司。

產(chǎn)業(yè)鏈下游

IGBT產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景的需求將驅(qū)動(dòng)上游芯片的研發(fā)技術(shù)。以德國(guó)為例，德國(guó)的汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)，擁有寶馬、奔馳等知名車(chē)企，因此，德國(guó)也擁有英飛凌、ABB和意法半導(dǎo)體等盛產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)IGBT的知名企業(yè)。

中國(guó)的高鐵里程數(shù)全球第一，激發(fā)了強(qiáng)大的高鐵IGBT需求，因此高鐵IGBT也最先實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代，中車(chē)時(shí)代電氣在該領(lǐng)域具備了扎實(shí)的實(shí)力，中車(chē)時(shí)代電氣自主設(shè)計(jì)、建造了全球首條8英寸高壓IGBT芯片專業(yè)生產(chǎn)線，攻克了高壓IGBT制造關(guān)鍵技術(shù)和成套工藝，是中國(guó)唯一自主掌握高鐵動(dòng)力IGBT芯片及模塊技術(shù)的企業(yè)，市場(chǎng)地位突出。

從中國(guó)IGBT下游應(yīng)用占比來(lái)看，對(duì)IGBT需求最大的是新能源汽車(chē)，雖然當(dāng)前中國(guó)IGBT在新能源汽車(chē)的替代進(jìn)度相對(duì)較慢，但是車(chē)規(guī)級(jí)IGBT的強(qiáng)大需求將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)IGBT國(guó)產(chǎn)替代的進(jìn)程。

比亞迪半導(dǎo)體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了車(chē)規(guī)級(jí)IGBT的大規(guī)模量產(chǎn)，自主研發(fā)的IGBT4.0技術(shù)的整體功耗較主流產(chǎn)品降低20%，斯達(dá)半導(dǎo)、時(shí)代電氣等涉及車(chē)規(guī)級(jí)IGBT的企業(yè)未來(lái)也有望受益于新能源汽車(chē)市場(chǎng)的高速發(fā)展。

而其他公司的產(chǎn)品主要從工控、光伏和風(fēng)電等領(lǐng)域進(jìn)行替代，如士蘭微的IGBT產(chǎn)品主要面向電焊機(jī)、變頻器、光伏逆變器、電機(jī)逆變器、家電、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，是首家全面掌握變頻電機(jī)智能功率模塊各項(xiàng)核心技術(shù)的公司。

IGBT下游應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)規(guī)模較大

中國(guó)“新基建”建設(shè)提速，其中5G基站、特高壓、軌道交通和充電樁等多個(gè)“新基建”板塊建設(shè)需求增長(zhǎng)，“新基建”各版塊的建設(shè)需求將為IGBT市場(chǎng)迎來(lái)增量。同時(shí)，新能源汽車(chē)的高速發(fā)展，也將推動(dòng)中國(guó)IGBT行業(yè)的發(fā)展，新能源汽車(chē)是中國(guó)IGBT行業(yè)下游應(yīng)用最廣泛的市場(chǎng)，極有可能帶動(dòng)中國(guó)IGBT市場(chǎng)的需求。

受限于技術(shù)壁壘、資金及品牌壁壘，中國(guó)IGBT產(chǎn)能?chē)?yán)重不足，市場(chǎng)供給缺口較大，產(chǎn)品及核心元件的對(duì)外依存度較高，2020年中國(guó)IGBT需求19,076只，但是該行業(yè)產(chǎn)量?jī)H為1,846只。

伴隨中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，智能電網(wǎng)、精密控制、信息通信等領(lǐng)域發(fā)展提速，IGBT的需求量不斷增加，IGBT的市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)，海外疫情控制不當(dāng)，嚴(yán)重影響海外巨頭IGBT的供貨量，此時(shí)，中國(guó)IGBT企業(yè)將從中獲利，獲得更多的供貨機(jī)會(huì)，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加快。

IGBT國(guó)產(chǎn)化進(jìn)度加快，攻克卡脖子難關(guān)

全球IGBT市場(chǎng)高度集中，基本由英飛凌、三菱電機(jī)、富士電機(jī)、安森美和瑞士ABB等海外廠商占據(jù)。2019年，全球前五大IGBT廠商市場(chǎng)份額合計(jì)高達(dá)74%，由于國(guó)內(nèi)工藝基礎(chǔ)薄弱且企業(yè)產(chǎn)業(yè)化起步較晚，中國(guó)IGBT市場(chǎng)也基本被國(guó)外企業(yè)占據(jù)，2019年，全球前五大IGBT廠商在中國(guó)的市占率為45%，2020年自給率仍然不足20%。中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)占全球市場(chǎng)的50%以上，但在IGBT芯片市場(chǎng)上，90%主要依賴進(jìn)口，中國(guó)IGBT國(guó)產(chǎn)化空間巨大。

隨著全球制造業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移，中國(guó)已逐漸成為全球最大的IGBT市場(chǎng)，IGBT國(guó)產(chǎn)化需求刻不容緩。在強(qiáng)大的市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，一批具備IGBT相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的海外華人歸國(guó)投身IGBT行業(yè)。

與此同時(shí)，中國(guó)政府陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)I(lǐng)GBT行業(yè)發(fā)展，刺激IGBT企業(yè)攻克卡脖子關(guān)卡。IGBT國(guó)產(chǎn)化已成為國(guó)家關(guān)鍵半導(dǎo)體器件的發(fā)展重點(diǎn)之一，IGBT也被列為國(guó)家“02專項(xiàng)”的重點(diǎn)扶持項(xiàng)目。在產(chǎn)業(yè)政策和市場(chǎng)需求的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)下，IGBT國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速啟動(dòng)。

從國(guó)產(chǎn)替代的進(jìn)程來(lái)看，中車(chē)時(shí)代電氣全面掌握了晶閘管、整流管、IGCT、IGBT、SiC器件及功率組件等功率半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)，在高鐵IGBT等重點(diǎn)領(lǐng)域具備了扎實(shí)的勢(shì)力。斯達(dá)半導(dǎo)擁有第七代IGBT技術(shù)，全面應(yīng)用在車(chē)載、光伏、風(fēng)電、工控和家電中，且基于第七代IGBT技術(shù)的車(chē)規(guī)芯片研發(fā)成功，預(yù)計(jì)與2022年開(kāi)始批量供貨。其他公司在工控、光伏和風(fēng)電等領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代化進(jìn)度尚可，但在新能源汽車(chē)等高端領(lǐng)域的進(jìn)度相對(duì)緩慢。

頭豹深度洞察：車(chē)規(guī)級(jí)IGBT有望成為最大下游市場(chǎng)

IGBT模塊在新能源汽車(chē)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，主要被運(yùn)用在新能源電機(jī)控制器、車(chē)載空調(diào)、充電樁等設(shè)備中。新能源汽車(chē)的發(fā)展將大力促進(jìn)IGBT市場(chǎng)的發(fā)展。新能源汽車(chē)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是關(guān)鍵成本之一，約占整車(chē)成本的15-20%，而IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，因此，IGBT約占新能源汽車(chē)成本的7-10%。

新能源汽車(chē)的動(dòng)力性能越強(qiáng)，所需要的IGBT組件數(shù)量也越多。例如MHEV48V所需IGBT組件數(shù)量為2-5個(gè)，而B(niǎo)EV A所需IGBT組件數(shù)量為90-120個(gè)。2020年，中國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)售額占全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)售額的40.7%，中國(guó)汽車(chē)制造商比亞迪在全球范圍內(nèi)銷(xiāo)售新能源汽車(chē)17.9萬(wàn)輛，位居全球第三位。隨著新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，IGBT的需求量也在持續(xù)增加，從而有力推動(dòng)IGBT市場(chǎng)的發(fā)展。此外，中國(guó)充電樁數(shù)量的增加，也進(jìn)一步帶動(dòng)了IGBT需求增長(zhǎng)。

IGBT模塊在充電樁中擔(dān)當(dāng)功率轉(zhuǎn)換的角色，是充電樁的核心器件之一，且充電樁的布局是發(fā)展新能源汽車(chē)的有力保障之一。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)顯示，2015-2020年，中國(guó)公共充電樁保有量持續(xù)增長(zhǎng)，從2015年的5.8萬(wàn)臺(tái)增加到2020年的80.7萬(wàn)臺(tái)，每年的增長(zhǎng)率基本在50%左右。因此，IGBT將借力新能源汽車(chē)的發(fā)展，完成國(guó)產(chǎn)替代。

重點(diǎn)關(guān)注企業(yè)：

通過(guò)深度研究中國(guó)IGBT行業(yè)優(yōu)質(zhì)企業(yè)，頭豹建議重點(diǎn)關(guān)注斯達(dá)半導(dǎo)(603290.SH)、士蘭微(600460.SH)、新潔能(605111.SH)。

本文編選自頭豹微信公眾號(hào)，作者：頭豹，智通財(cái)經(jīng)編輯：楊萬(wàn)林