电子IGBT行业深度报告：借新能源大发展的东风，迎接IGBT大增长的春天

业 研 究2022年12月27日 行业深度 标配借新能源大发展的东风，迎接IGBT大增长的春天 证券分析师 周啸宇S0630519030001 投资要点： ——电子IGBT行业深度报告 电子 zhouxiaoy@longone.com.cn 联系人 陈宜权 5% 0% -5% -10% -15% -20% -25% -30% -35% -40% -45% chenyq@longone.com.cn 电子沪深300 IGBT是电力电子装置的"CPU"，新能源大发展的基石。IGBT集合MOSFET及BJT两种功率半导体元器件的优点（驱动功率小、开关速度快，同时具有驱动电路简单、电流大、损耗小等优点），因此被广泛应用于工业控制、新能源汽车、光伏风电、变频白电、智能电网以及轨道交通等领域。IGBT是发展新能源行业的基石，是实现“双碳”战略必不可少的核心元器件。 我国"双碳"政策持续落地，新能源需求激增助推IGBT行业迈向新高度。依附双碳政策，我国新能源汽车渗透率快速提升及清洁能源快速发展，国内IGBT企业持续受益，这是IGBT最大的市场增量来源。数据显示，2021年我国IGBT产量为2580万只，同比增长27.7%，需求量为13200万只，同比增长20%，尽管国产化产量增速高于需求量增速，但国产化率仍不足20%，国产化产品供需缺口巨大。双碳战略带来的新能源增量需求，叠加存量市场的国产化替代需求，将为本土IGBT市场带来巨大增长空间。 IGBT技术迭代缓慢附加疫情影响等，助力IGBT国产化进程加速。首先，由于IGBT对安全性和稳定性的要求严格，替换成本高，从而导致IGBT更新换代频率和产品生命周期长，有利于本土企业技术追赶；其次，2020年开始的新冠疫情，扰动海外IGBT大厂对中国的供应链，进一步加剧了国内IGBT需求缺口严重程度，国内IGBT下游客户纷纷转向本土供应 商，倒逼本土IGBT下游客户加速国产化IGBT的产品认证，国产替代意愿持续提升，助力 相关研究 推动国产化进程加速。 结论与推荐。IGBT作为新能源行业重要的核心元器件之一，近年来，随着我国双碳政策的逐步推广落地，以及新能源行业的大发展，本土IGBT企业将持续受益，新能源大发展的东风，带来了IGBT大增长的春天。一方面，我国是全球最大的IGBT需求市场，产业具有较大的发展前景，但我国IGBT自给率不足20%，国产替代仍有较大的提升空间；另一方面本土IGBT产品性能已经逐渐成熟，且部分产品性能可对标海外IGBT大厂产品，加速国产化IGBT产品市场渗透，逐步切入高端市场。重点关注车规级IGBT及第三代半导体功率器件企业的斯达半导、时代电气，建议关注：新洁能、士兰微、宏微科技等相关公司。 风险提示：国产替代不及预期、新能源产业发展不及预期、宏观经济波动风险、国家政策调整风险，技术更新迭代风险等。 正文目录 1.IGBT：电力电子装置的“CPU”6 1.1.IGBT是什么？6 1.2.IGBT的发展史8 1.3.IGBT的技术发展趋势10 2.IGBT应用市场规模和空间12 2.1.全球IGBT应用市场规模12 2.2.中国IGBT应用市场规模12 2.2.1.新能源汽车14 2.2.2.新能源发电15 2.2.3.工业控制17 2.2.4.轨道交通18 2.2.5.白色家电19 2.3.中国IGBT市场需求总量19 3.行业发展环境及政策20 4.IGBT市场竞争格局21 4.1.IGBT的壁垒22 4.1.1.IGBT的技术壁垒22 4.1.2.IGBT的市场壁垒22 4.1.3.IGBT的资金壁垒23 5.国内IGBT核心企业23 5.1.斯达半导：国内IGBT模块领军企业，新能源业务开启新纪元23 5.1.1.公司概况23 5.1.2.业务分析25 5.1.3.结论及推荐26 5.2.时代电气：顺应新能源发展大势，打造第二成长曲线27 5.2.1.公司概况27 5.2.2.业务分析27 5.2.3.结论及推荐29 5.3.士兰微：秉承多元化发展理念，结构优化成长可期29 5.3.1.公司概况29 5.3.2.业务分析30 5.3.3.结论及推荐31 5.4.新洁能：新能源发电持续发力，高值产品蓄力待发32 5.4.1.公司概况32 5.4.2.业务分析32 5.4.3.结论及推荐34 5.5.宏微科技：卧薪尝胆砥砺前行，打造IGBT民族品牌34 5.5.1.公司概况34 5.5.2.业务分析35 5.5.3.结论及推荐36 6.投资建议36 7.风险提示37 图表目录 图1IGBT工作原理图7 图2IGBT模块结构图7 图3标准的IGBT结构拆分示意图8 图4IGBT发展史8 图5IGBT的芯片面积、厚度以及阻断电压进展11 图6IGBT技术发展趋势总结11 图72021年全球IGBT分下游应用占比12 图8全球IGBT市场规模12 图9中国IGBT市场规模13 图102015年-2021年中国IGBT产量、需求量及国产占比13 图112020年中国IGBT市场分下游领域占比14 图122020年中国IGBT市场分下游领域占比15 图13我国车规级IGBT市场规模15 图14IGBT在光伏以及风力发电过程中的应用16 图15全球及中国光伏新增装机量16 图16中国光伏发电IGBT市场规模16 图17全球及中国风电IGBT市场规模17 图18中国工控IGBT市场规模18 图19高铁轨交市场规模18 图20城市轨交市场规模18 图21中国空调IGBT市场规模19 图22中国洗衣机IGBT市场规模19 图23中国冰箱IGBT市场规模19 图24中国白色家电IGBT市场规模19 图25中国IGBT市场规模总量测算20 图262021年全球IGBT分立器件市占率前十21 图272021年全球IPM市占率前十21 图282021年全球IGBT模块市占率前十22 图29斯达半导发展路径24 图30斯达半导营业收入25 图31斯达半导归母净利润25 图32斯达半导业务结构26 图33斯达半导销售毛利率以及净利率26 图34斯达半导研发投入26 图35斯达半导体三费情况26 图36时代电气发展路径27 图37时代电气营业收入28 图38时代电气归母净利润28 图39时代电气营业收入结构28 图40时代电气销售毛利率以及净利率28 图41时代电气研发投入及占比29 图42时代电气三费等情况29 图43士兰微发展路径30 图44士兰微营业收入30 图45士兰微归母净利润30 图46士兰微营业收入结构（绝对值）31 图47士兰微销售毛利率以及净利率31 图48士兰微研发投入及占比变化31 图49士兰微三费等情况31 图50新洁能发展路径32 图51新洁能营业收入33 图52新洁能归母净利润33 图53新洁能营业收入结构变化（绝对值）33 图54新洁能销售毛利率以及净利率33 图55新洁能研发投入及占比变化34 图56新洁能三费等情况34 图57宏微科技发展路径35 图58宏微科技营业收入35 图59宏微科技归母净利润35 图60宏微科技收入结构变化36 图61宏微科技销售毛利率以及净利率36 图62宏微科技研发投入及占比36 图63宏微科技三费等情况36 表1电子电力器件性能对比6 表2IGBT主要产品形式6 表3IGBT产品电压等级及对应下游领域7 表4英飞凌IGBT芯片技术迭代的性能变化情况以及出现年份9 表5PT、NPT以及FS型IGBT主要区别10 表6IGBT在电动新能源汽车上的应用场景14 表7半导体行业发展相关政策21 表8国内厂商IGBT项目资金投入23 表9斯达半导定增项目24 表10推荐标的及盈利预测表37 1.IGBT：电力电子装置的“CPU” 1.1.IGBT是什么？ IGBT，中文全名为绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管（BJT）和绝缘栅型场效应管（MOS）组成的功率半导体器件，为第三代功率半导体技术革命的代表性产品，具有高频、高电压、大电流，易于开关等优良性能，被业界誉为电力电子装置的“CPU”，广泛应用于工业控制、轨道交通、白色家电、新能源发电、新能源汽车等领域。 表1电子电力器件性能对比 驱动方式 驱动电路 输入阻抗 驱动功率 开关速度 工作频率 安全工作区 饱和电压 IGBT 电压 简单 高 低 中等 中等 宽 低 MOSFET 电压 简单 高 低 快 高 宽 高 BJT 电流 复杂 低 高 慢 低 窄 低 资料来源：电力电子基础，东海证券研究所 依产品结构形式不同，IGBT有单管、IGBT模块和智能功率模块IPM三种类型。IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器等领域；IGBT模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车（电机控制器、车载空调、充电桩）等领域（当前市场上销售的多为此类模块化产品）；智能功率模块IPM主要在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域有广泛应用。 表2IGBT主要产品形式 分立式晶体管，应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率 变频器等领域 单管 产品样本 产品介绍 IGBT类型 IGBT模板多个IGBT芯片和FRD芯片通过特定的电路和桥接封装而成，应用于大功率工业变频器、轨交、新能源发电、新能源汽车等领域 IPM模块 高度集成、紧凑的功率模块，设计用于驱动从家用电器、风扇、泵到 通用驱动器等应用领域的电机。 资料来源：英飞凌官网、东海证券研究所整理 根据应用场景的电压不同，IGBT有超低压、低压、中压和高压等类型，其中新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的IGBT以中压为主，而轨道交通、新能源发电和智能电网等对电压要求较高，主要使用高压IGBT。 表3IGBT产品电压等级及对应下游领域 电压等级 电压范围 下游应用领域 超低压 400-500V 内燃机点火器、数码相机等 低压600-1350V 电动汽车、UPS、家电、电焊机、太阳能电池、风电 中压1400-2500V UPS、地铁/城轨电机驱动、太阳能电池、风电 高压2500-6500V 轨道交通、工业装备、新能源发电和智能电网等领域 资料来源：英飞凌官网、东海证券研究所 IGBT多以模块形式出现，IHS数据显示模块和单管的比例为3:1。模块是由IGBT芯片与FWD（续流二极管芯片）通过定制化的电路桥接，并通过塑料框架、衬底及基板等封装而成的模块化半导体产品。基础工作原理在于，以最小能量损耗实现电流转换，是一种具有隔离栅极结构的双极晶体管；栅极自身就是MOSFET，因此结合了双极晶体管的高载流能力和高阻断电压的优点。 图1IGBT工作原理图图2IGBT模块结构图 资料来源：英飞凌官网，东海证券研究所资料来源：《IGBT模块：技术、驱动和应用》Andreas·Volke 等，东海证券研究所 图3标准的IGBT结构拆分示意图 资料来源：《IGBT模块：技术、驱动和应用》Andreas·Volke等，东海证券研究所 1.2.IGBT的发展史 自20世纪80年代发展至今，IGBT芯片经历了7代技术及工艺的升级，从平面穿通型（PT）到微沟槽场截止型，IGBT从芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标都进行了不断的优化，断态电压从600V提高到7000V，关断时间从0.5微秒降低至0.12微秒，工艺线宽由5um降低至0.3um。此外，由于IGBT产品对可靠性和质量稳定性要求较高，下游客户认证周期较长，所以产品的生命周期较一般集成电路产品较长，对不同代际的IGBT产品，由于性能和需求差异导致应用领域略有不同，目前市场上应用最广泛的仍是IGBT第4代工艺产品。 图4IGBT发展史 资料来源：公开资料整理，东海证券研究所 从IGBT模块芯片的内部纵向结构来看，IGBT可分为穿通型（PT，punchthrough)，非穿通型（NPT，non-punchthrough)。PT(punchthrough)结构是最“古老”的IGB