半导体行业深度报告（三）：新能源打开IGBT天花板，新产能蓄力国产企业新台阶

行业研究 2023年10月15日 行业深度 超配新能源打开IGBT天花板，新产能蓄力国产企业新台阶 证券分析师 方霁S0630523060001 电子 fangji@longone.com.cn 投资要点： ——半导体行业深度报告（三） 34% 26% 18% 10% 2% -7% -15% 22-1023-0123-0423-07 申万行业指数:电子(0727)沪深300 IGBT是功率器件中的复合型器件，被称为电子电力行业的“CPU”和新能源“芯片”。 IGBT是双极型三极管（BJT）和绝缘栅型场效应管（MOS）结合组成的，综合BJT高电流密度和MOS高输入阻抗的特点，具有驱动功率小而饱和压降低的显著性能优势，在电子元器件中发挥电源开关和电能转换两大功能，广泛应用于新能源汽车、工业控制、白色家电、新能源发电、轨道交通等领域，其中车规级IGBT的安全稳定性要求高于消费级和工业级IGBT。自问世以来，IGBT不断在技术迭代，主要向着降低开关损耗和创建更薄的结构方向改善和发展，其纵向结构、栅极结构以及硅片加工工艺方面不断升级改进，共经历了七次大型技术演变，各项指标在演变中不断优化。目前，IGBT芯片已经迭代至第七代精细沟槽棚场截止型IGBT，但考虑成本后，应用最广泛的仍是IGBT第四代产品。 我们预计2026年中国IGBT市场规模将达到685.78亿元，2022-2026年CAGR有望达 相关研究 1.宏微科技（688711）：乘风新能源创宏伟蓝图、增添新产能以积微成著 2.存储市场柳暗花明，国产替代未艾方兴——半导体行业深度报告 （二） 3.入空驭气奔如电，电子气体国产进程有望加速突破——半导体行业深度报告（一） 21.48%。受益于新能源领域的快速发展，我国IGBT市场不断扩张推向新高点，其中新能 源汽车是最重要的驱动力。根据我们测算，国内新能源汽车IGBT市场规模将从2022年的130.98亿元快速增长至2026年的407.84亿元，年复合增速为32.84%；新能源发电是第二大IGBT增量市场，随着光伏、风电新增装机量的快速提升，我国新能源发电IGBT市场规模将在2026年达到44.19亿元，CAGR为21.34%。下游应用领域中，新能源汽车市场占比最大，2022年从42%有望逐步提升至2026年的60%，其次为工控、变频白电和新能源发电，预期2026年占比分别为18%、15%以及6%，轨道交通体量相对较小，预期2026年占比为1%。在节能减排政策的背景下，工业控制、变频白色家电等节能效果明显的产品近年来市场规模也实现持续稳定增长。 2021全球IGBT单管和模块TOP3企业均为海外企业，市场份额分别为53%和56%，国内企业士兰微在单管市场中份额为4%，斯达半导和中车时代在模块市场中份额分别为3%和2%，随着国产替代程度加深，国产化率在2023年有望升至32.90%。根据Omdia数 据，2021年全球IGBT单管和模块市场中，海外企业英飞凌、富士电机、三菱电机占据了一半以上的市场份额，CR3分别为53%和56%，其中英飞凌的市场份额分别为29%和33%，占据绝对龙头地位，这些欧美日厂商资金实力雄厚、技术水平领先、产业经验丰富，以IDM模式为主导凭借先发优势抢占了绝大部分市场份额。国内厂商所占市场份额较低，2021年全球IGBT单管市场中只有士兰微进入前十大厂商，占比为4%，2021年全球IGBT模块市场中只有斯达半导和中车时代进入前十大厂商，占比分别3%和2%。短期海外龙头厂商交货周期维持稳定，同时下游需求仍保持活跃为国产厂商发展带来了机遇，国内厂商多为Fabless模式，正逐步向IDM转型突破产能受限问题，国产替代稳步推进，根据中商产业研究院数据，IGBT国产化率将在2023达到32.90%。 建议关注车规级及新能源IGBT赛道优质标的。IGBT市场在新能源领域推动和政策支撑下将迎来快速增长期，新能源汽车市场是最充足的驱动力，车规级IGBT的认证周期长、技术壁垒高、受到客户认可难度大，国内厂商正进一步实现技术突破同时扩张产能布局提 高核心竞争力，国产替代正驶入加速带。建议关注：IGBT模块龙头企业斯达半导、IGBT行业领军企业宏微科技、轨交和车规级IGBT龙头企业时代电气、半导体IDM龙头企业士兰微、IDM+Fabless模式相结合企业扬杰科技、ODM+功率半导体龙头企业闻泰科技。 风险提示：1）新能源发展不及预期；2）技术迭代不及预期；3）产能建设不及预期。 正文目录 1.IGBT是电子电力行业的“CPU”5 1.1.IGBT是功率器件中的“结晶”5 1.2.IGBT技术不断迭代，产品推陈出新10 2.IGBT搭乘新能源快车打开增长空间天花板15 2.1.新能源汽车市场成为IGBT增长最充足动力15 2.2.新能源发电前景广阔驱动IGBT增长17 2.3.工业控制平稳发展支撑IGBT行业需求19 2.4.家电智能化催生IGBT模块增长20 2.5.轨道交通助力IGBT市场增长22 2.6.国内IGBT市场乘风新能源领域迅速扩张24 3.国产IGBT崛起有望重塑海外寡头垄断格局26 3.1.行业壁垒成为IGBT集中度高的内在因素26 3.1.1.技术壁垒26 3.1.2.市场壁垒27 3.2.海外龙头主导IGBT市场28 3.3.海外龙头短期内交货周期与价格维持稳定态势32 3.4.国内厂商产能逐步释放加速国产替代33 4.公司介绍35 4.1.斯达半导：全球IGBT模块市场第六、国内第一35 4.2.时代电气：国内轨交和车规级IGBT龙头企业37 4.3.士兰微：国内半导体IDM龙头，IGBT业务高速增长40 4.4.宏微科技：国内IGBT行业领军企业，产能规划清晰42 4.5.扬杰科技：国内IDM+Fabless相结合，功率器件产品布局多样化44 4.6.闻泰科技：国内ODM+功率半导体龙头，海内外晶圆厂持续扩产47 5.投资建议49 6.风险提示50 图表目录 图1功率半导体产品分类5 图2IGBT结构图6 图3功率半导体器件应用领域7 图4某半桥结构IGBT模块产品示意图7 图5某半桥IGBT模块内部芯片示意图7 图6IPM模块较IGBT模块技术改进点8 图7IGBT应用领域9 图8IGBT芯片随着技术迭代性能不断提升11 图9我国新能源汽车市场销量15 图10电动汽车IGBT应用范围16 图11光伏系统示意图17 图12中国光伏与风电发电新增装机容量（万千瓦）17 图13工控各场景功率器件电路图19 图14用于空调的变频器IPM应用示例21 图15三相逆变器原理图23 图16动车组牵引系统示意图23 图172022年我国IGBT应用领域市场规模（亿元）及占比25 图18预计2026年我国IGBT应用领域市场规模（亿元）及占比25 图19IGBT核心生产流程26 图20IGBT模块封装示意图27 图21IGBT产业链图29 图222021年全球IGBT单管竞争格局30 图232021年全球IGBT模块竞争格局30 图24中国IGBT产量及自给率趋势图30 图25斯达半导发展历程35 图26斯达半导历年营收及增速36 图27斯达半导历年归母净利润及增速36 图28斯达半导历年毛利率和净利率36 图29斯达半导历年期间费用率36 图30斯达半导历年分行业营收构成（亿元）37 图31斯达半导2023H1营收占比（亿元，%）37 图32时代电气发展历程38 图33时代电气历年营收及增速38 图34时代电气历年归母净利润及增速38 图35时代电气历年毛利率和净利率39 图36时代电气历年期间费用率39 图37时代电气历年营收构成（亿元）39 图38时代电气近两年新兴装备业务构成（亿元）39 图39士兰微发展历程40 图40士兰微历年营收及增速41 图41士兰微历年归母净利润及增速41 图42士兰微历年毛利率和净利率41 图43士兰微历年期间费用率41 图44士兰微历年营收构成（亿元）42 图452023H1士兰微业务营收构成（亿元，%）42 图46宏微科技发展历程43 图47宏微科技历年营收及增速43 图48宏微科技历年归母净利润及增速43 图49宏微科技历年毛利率与净利率44 图50宏微科技历年期间费用率44 图51宏微科技历年营收构成（百万元）44 图52宏微科技历年拆分业务毛利率44 图53扬杰科技发展历程45 图54扬杰科技历年营收及增速45 图55扬杰科技历年归母净利润及增速45 图56扬杰科技历年毛利率与净利率46 图57扬杰科技历年期间费用率46 图58扬杰科技历年营收构成（亿元）46 图592023H1扬杰科技业务营收构成（亿元，%）46 图60闻泰科技发展历程47 图61闻泰科技历年营收及增速48 图62闻泰科技历年归母净利润及增速48 图63闻泰科技历年毛利率与净利率48 图64闻泰科技历年期间费用率48 图65闻泰科技历年营收构成（亿元）49 图66闻泰科技两大业务历年研发费用（亿元）49 表1MOSFET、IGBT和BJT性能对比6 表2各应用场景IGBT参数对比10 表3IGBT栅极结构的演变12 表4IGBT纵向结构的演变13 表5英飞凌的七代产品之间核心参数对比14 表6新能源汽车IGBT市场规模测算16 表7光伏逆变器IGBT市场规模测算18 表8中国风电变流器IGBT市场规模测算19 表9工业控制IGBT市场规模测算20 表10变频白电IGBT市场规模测算22 表11不同类型IGBT材料及封装工艺的对比23 表12轨道交通IGBT市场规模测算24 表13中国IGBT市场规模测算（亿元）24 表14IGBT模块可靠性测试项目28 表15全球IGBT龙头企业财务数据浏览31 表16海外厂商交货周期32 表17国内厂商营收及晶圆产能33 1.IGBT是电子电力行业的“CPU” 1.1.IGBT是功率器件中的“结晶” （1）功率半导体根据集成度可以分为分立器件中的功率器件和集成电路IC中的功率IC两个大类。半导体产品的分类是一个十分复杂困难的过程，国际上多种分类方法都不可能完美区分出来各种产品种类与规模，目前较多采用WSTS（世界半导体贸易协会）的分 类方法。在下图的半导体产品中，功率半导体是包含了功率器件与功率IC两大类，功率IC相对来说集成芯片的小功率、小电压产品，功率IC集成度较高，是指将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在同一芯片的集成电路，主要应用于手机等小电压产品。功率器件包括二极管、晶体管和晶闸管三大类，其中晶体管市场规模最大，晶体管又细分为IGBT、MOSFET、双极型晶体管等。功率器件是指体积较大，用来处理较大功率、大电压的产品，IGBT属于功率器件的一类产品。 图1功率半导体产品分类 资料来源：宏微科技招股说明书，东海证券研究所 （2）IGBT全称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）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。下图显示了一种N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构。IGBT是一个三端器件，正面有两个电极，分别为发射极 (Emitter)和栅极(Gate)背面为集电极(Collector)。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通；反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。 图2IGBT结构图 资料来源：电子产品世界，东海证券研究所 （3）IGBT是功率半导体中的核心器件，兼具MOSFET及BJT两类器件优势，驱动功率小而饱和压降低。金氧半场效晶体管（MOSFET）输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快；而双极型三极管（BJT）饱和压降低，BJT更强调工作功率，MOSFET更强调工作 特性 BJT MOSFET IGBT 驱动方法 电流 电压 电压 驱动电路 复杂 简单 简单 输入阻抗 低 高 高 驱动功率 高 低 低 开关速度 慢 快 中 开关频率 低 快 中