本文內(nèi)容基于***息資料、產(chǎn)業(yè)科普資料、官方網(wǎng)站信息，以及文中所涉及的上市公司2020年年報(bào)和2021年半年報(bào)。僅為基于客觀數(shù)據(jù)和信息的行業(yè)研究學(xué)習(xí)性分享，不構(gòu)成任何直接投資建議。

正文：

從目前的市場發(fā)展來看，IGBT是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)重點(diǎn)分支，在國際上被公認(rèn)為是電力電子技術(shù)第三次**中*具代表性的產(chǎn)品之一。從智能制造的行業(yè)地位來看，IGBT是工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域的核心元器件，又被稱為“電子電力行業(yè)的CPU”。

IGBT電路原理圖

IGBT結(jié)構(gòu)組成示意圖

什么是IGBT？

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），即絕緣柵雙極型晶體管，是一種金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，由BJT（雙極結(jié)型晶體管，即三極管）和MOSFET（金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）兩種結(jié)構(gòu)復(fù)合組成的全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。同時(shí)具備MOSFET輸入阻抗高、開關(guān)速度快、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡單、開關(guān)損耗小以及 BJT 導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn)。

通過IGBT，裝備設(shè)施能夠根據(jù)對(duì)應(yīng)裝置中的信號(hào)指令來調(diào)節(jié)電路中的電壓、電流、頻率、相位等，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控的目的。因此，IGBT被廣泛應(yīng)用于新能源、新能源汽車、電機(jī)節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子等領(lǐng)域。

功率半導(dǎo)體開關(guān)器件功率-頻率分布及應(yīng)用場景

IGBT適用于各類需要交流電和直流電轉(zhuǎn)換及高低電壓轉(zhuǎn)換的應(yīng)用場景。綜合IGBT原理和作用，可將IGBT根據(jù)電壓等級(jí)劃分為低壓、中壓和高壓IGBT：

IGBT模組或分立器件的核心是IGBT芯片。從1988年至今，IGBT從**代發(fā)展到了第七代。

**代為PT-IGBT，產(chǎn)品采用“輻照”手段，但由于體內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)本身原因會(huì)造成“負(fù)溫度系數(shù)”。**代采用“電場終止技術(shù)”，增加一個(gè)“緩沖層”，改進(jìn)了PT-IGBT。第三代把溝道從表面變到垂直，因此又叫Trench-IGBT。第四代是NPT-IGBT，其不再采用外延技術(shù)，而是通過離子注入的技術(shù)來生成P+集電極（透明集電極技術(shù)）。第五代FS-IGBT，是第四代產(chǎn)品NPT-IGBT“透明集電區(qū)技術(shù)”與“電場終止技術(shù)”的組合。第六代FS-Trench-IGBT重新在第五代基礎(chǔ)上改進(jìn)了溝槽柵結(jié)構(gòu)，是目前比較主流的產(chǎn)品。而第七代IGBT屬于微溝槽電場場截止型，由三菱電機(jī)在2012年推出，具有明顯降低的正向電壓降以及優(yōu)化的開關(guān)性能。

從未來發(fā)展來看，IGBT芯片的發(fā)展方向是取得一個(gè)功耗與功能的平衡，盡量在有限的功耗下，達(dá)到更多的功能；或在限定的功能需求下，盡量降低功耗。

我國是IGBT消費(fèi)大國與生產(chǎn)大國。但是早期在技術(shù)方面明顯以低端為主，在國家的一系列紅利政策推動(dòng)下，國產(chǎn)IGBT行業(yè)經(jīng)歷多輪技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)品研發(fā)，已經(jīng)開始在部分領(lǐng)域走向世界。

來源：HIS、Omdia、Fortune Business Insight、GGII、QYResearch、Yole等

其中，我國IGBT的主要突破口，或者說重大發(fā)展領(lǐng)域是新能源。我國的新能源領(lǐng)域IGBT技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)趕超日本和德國。不過在芯片設(shè)計(jì)制造、模塊封裝、封裝測試等產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)上，與日本三菱電機(jī)和德國英飛凌仍有明顯的差距。

全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)；來源：IHS Markit

株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司（以下簡稱“中車時(shí)代”）、比亞迪股份有限公司（以下簡稱“比亞迪”）、杭州士蘭微電子股份有限公司（以下簡稱“士蘭微”）、天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司（以下簡稱“中環(huán)股份”）等為代表的IGBT廠商，加快布局IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈，形成了以IDM模式和代工廠商模式的IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)了IGBT國產(chǎn)化進(jìn)程的加快。

根據(jù) IHS Markit數(shù)據(jù)，2018年全球功率半導(dǎo)體器件市場規(guī)模約為391億美元，預(yù)計(jì)2021年市場規(guī)模將增長至441億美元，年化增速4.1%。中國是全球*大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國，在國家產(chǎn)業(yè)政策支持下國內(nèi)市場機(jī)遇巨大，預(yù)計(jì)2021年中國功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)到 159 億美元，年化增速達(dá)到4.8%，略高于全球增速。

排除2019至2020年的新冠疫情影響，IGBT市場規(guī)模一直處于增長趨勢。根據(jù)Omdia等多方數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，2021年起整體需求或?qū)⒂瓉砘厣?/span>2021-2024年間，有望實(shí)現(xiàn)年化10%以上的復(fù)合增長。另據(jù)摩根士丹利（Morgan Stanley，“大摩”）預(yù)測，未來5年IGBT市場的主要增長動(dòng)力來源于“變頻家電”、“軌道交通”、“清潔能源”和“工業(yè)自動(dòng)化”，5年市場能保持在一個(gè)整體11%的增速**。

1）家電變頻滲透率提升。

在變頻家電中，IGBT*大的市場需**變頻空調(diào)和變頻冰箱。根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)，功率半導(dǎo)體作為家電變頻的核心器件，在變頻家電中的單機(jī)價(jià)值量為9.5歐元，相比普通家電中的0.7歐元提升了十倍以上。

2012-2020年中國變頻家電銷售情況；來源：Wind

我國變頻家電滲透率持續(xù)提升；來源：產(chǎn)業(yè)在線

根據(jù)IHSMarkit預(yù)測，全球變頻家電銷量占比將從2017年的34%增長到2022年的65%。據(jù)產(chǎn)業(yè)在線數(shù)據(jù)，2020年我國家用空調(diào)產(chǎn)量達(dá)14,490.6萬臺(tái)，其中變頻空調(diào)達(dá)8,336.3萬臺(tái)，滲透率達(dá)57.5%，至2021年上半年，該滲透率提升至66.1%。隨著節(jié)能環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，政策的不斷推進(jìn)，以及產(chǎn)品的升級(jí)迭代，未來的變頻家電滲透率會(huì)持續(xù)提升。

2）城鎮(zhèn)化率驅(qū)動(dòng)高鐵、軌交增長。

一輛動(dòng)車的加速快慢、電耗高低、舒適度都取決于其 “牽引變流器”，而IGBT是軌交車輛牽引變流器及各種輔助變流器的核心器件。

高鐵動(dòng)力原理示意圖

現(xiàn)代軌道交通裝備的核心技術(shù)之一是交流傳動(dòng)技術(shù)，而在交流傳動(dòng)系統(tǒng)中，牽引變流器是關(guān)鍵器件，而電子電力器件中的IGBT則是牽引變流系統(tǒng)*核心的器件之一，是控制電能傳輸、轉(zhuǎn)換的核心芯片，也是實(shí)現(xiàn)列車高速、重載的關(guān)鍵基礎(chǔ)。動(dòng)車組列車根據(jù)型號(hào)的不同，所需IGBT數(shù)量在80-150個(gè)之間。

動(dòng)車組所需IGBT等級(jí)及數(shù)量；來源：中國鐵道科學(xué)研究院

來源：國家鐵路集團(tuán)

2020-2025年在我國“新基建”建設(shè)涉及的七大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，城際高鐵和軌道交通領(lǐng)域的總投資規(guī)模較大，累計(jì)帶動(dòng)投資超5.7萬億元。相關(guān)市場機(jī)構(gòu)預(yù)測，在下游需求的拉動(dòng)下，將保持5~8%的年均增長速度。

3）光伏及風(fēng)電滲透率提升。

目前新能源發(fā)電以光伏和風(fēng)力發(fā)電為主，二者的整流器和逆變器對(duì)IGBT有較大需求。

太陽能光伏發(fā)電的實(shí)質(zhì)就是在太陽光的照射下，太陽能電池陣列(即PV組件方陣)將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，輸出的直流電經(jīng)由逆變器后轉(zhuǎn)變成用戶可以使用的交流電。逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，因?yàn)樗菍⒅绷麟娹D(zhuǎn)化為用戶可以使用的交流電的必要過程，是太陽能和用戶之間相聯(lián)系的必經(jīng)之路。

太陽能光伏發(fā)電原理

以往光伏發(fā)電系統(tǒng)是采用MOSFET構(gòu)成的逆變器，然而隨著電壓的升高，MOSFET會(huì)因其通態(tài)電阻過大而導(dǎo)致增加開關(guān)損耗，IGBT因其通態(tài)電流大、耐壓高、電壓驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，在中、高壓容量的系統(tǒng)中更具優(yōu)勢，在實(shí)際項(xiàng)目中IGBT已逐漸取代MOSFET作為光伏逆變器和風(fēng)力發(fā)電逆變器的核心器件。

據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)IEA數(shù)據(jù)顯示，2019年全球光伏新增裝機(jī)115GW。據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測，2021年全球???增光伏裝機(jī)約150-170GW。

全球光伏IGBT市場規(guī)模預(yù)估，來源：IEA

IGBT模塊在升壓斬波和逆變電路中起高頻開關(guān)作用，IGBT模塊占逆變器價(jià)值量約為10%-15%，是逆變器的核心器件。目前集中式光伏逆變器成本在0.16-0.17元/W，組串式光伏逆變器成本在0.2元/W左右，總體光伏逆變器成本在0.2元/W左右。根據(jù)行業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)，IGBT模塊占光伏逆變器總成本平均比例約為10%，即光伏IGBT模塊價(jià)值量約為0.02元/W。

要在2050年達(dá)到凈零碳排放量所需的風(fēng)機(jī)增長速度；來源：GWEC

根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（Global Wind Energy Council，GWEC）發(fā)布的《2021年全球風(fēng)報(bào)告》顯示，2020年全球風(fēng)電裝機(jī)量同比增長53%，總裝機(jī)量高達(dá)93GW，其中陸上風(fēng)機(jī)安裝量為86.9GW，較2019年增加59%。GWEC預(yù)測，保持當(dāng)前的全球主要經(jīng)濟(jì)體政策環(huán)境下，到2025年，全球?qū)⑿略?69GW裝量，每年平均穩(wěn)定增加94GW左右。相比于陸上風(fēng)機(jī)0.3%的復(fù)合年化增長率，未來五年的海上風(fēng)機(jī)年復(fù)合增長率將高達(dá)31.5%，即2020年當(dāng)年海上總裝量為6.1GW，而2025年當(dāng)年海上總裝量為70GW。至2025年年底，全球累計(jì)陸上和海上風(fēng)電裝機(jī)量將超過1TW