功率半导体IGBT行业研究新能源驱动成长国产化率加速攀升

功率半导体IGBT行业研究-新能源驱动成长国产化率加速攀升一、市场篇：新能源助力IGBT高增长，缺货推动国产化加速1.功率半导体市场稳健增长，IGBT增速领先功率半导体是电子装臵中电能转换与电路控制的核心，是能够支持高电压、大电流的半导体，主要用于改变电压、频率、电力转换（将直流（DC）转换为交流（AC），将交流（AC）转为为直流（DC））。功率半导体主要产品包括功率器件（二极管、IGBT、MOS、BJT）、功率IC，二极管、晶闸管、BJT属于第一代功率半导体器件，MOS、IGBT属于第二代功率半导体器件，附加值更高。2020年全球功率半导体市场规模达452亿美元，中国市场占比约为40%，功率IC市场规模达243亿元

（占比54%），功率器件&模块市场规模达209亿美元（占比46%）、2016~2020年CAGR达7%，从市场规模占比来看，整流器、MOSFET、IGBT是最重要的功率器件，市场占比达19%、41%、31%，从成长性来看，IGBT成长性最佳、2016~2020年CAGR达14%。二极管：是不可控型功率半导体器件，主要用于将交流电转换为直流电，功能类似于机械单向阀，在一个方向上以最小的电阻传导电流，称为正向，同时防止电流流向相反的方向。优点在于结构和原理简单，缺点在于无法控制通断且电流只能正向流通。晶闸管：又称为可控硅整流器，是一种大功率开关型半导体器件能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。MOS（绝缘栅型场效应管）：金氧半场效晶体管，是一种全控型电压驱动器件，依照其工作载流子的极性不同可分为“N型”和“P型”，正持续栅极电压控制开通，负持续栅极电压控制并保持关断，具有开关频率高速度快、输入阻抗高、抗击穿性好、驱动功率小、驱动电路简单、开关速度快等优点，主要缺点在于通态压降大，电流、电压额定低等。MOSFET主要运用于消费电子、通讯、工业、汽车电子等领域的中小功率场合例如电脑电源、充电桩等。2020年MOS市场规模为81亿元，2016~2020年CAGR达9%。BJT（双极型晶体管）：是一种全控型电流驱动器件，具有三个引脚（基极、集电极和发射极）和两个结（P结和N结），晶体管中的电荷流动主要由于载流子在PN结处的扩散作用和漂移作用。双极性晶体管能够放大信号，同时具有通态压降小、通态损耗小的优点，适合给可预测电流消耗的设备供电，被用于构成放大器电路、驱动扬声器和电动机等设备，并广泛运用于航天航空、医疗机械和机器人等领域。BJT的主要缺点在于驱动功率大，频率低，在高电压工作条件下电流增益很低。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）：是由MOS、BJT组成的复合全控型功率半导体，兼具MOS输入阻扛高、BJT导通电压低的两大优势，驱动功率小且饱和电压低，适用于高压、大电流领域，是电力电子装臵的CPU。2.需求端：新能源驱动成长，全球/中国十年CAGR达13%/15%2020年全球IGBT市场规模达66.5亿美元，2016~2020年CAGR达14%。中国市场约占全球市场的40%。从产品类型来看，IGBT可分为单管、IPM、模块，2020年单管、IPM、模块市场规模占比为24%、22%、55%。IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分部式光伏逆变器、小功率变频器，制造工艺为环氧注塑工艺。2020年市场规模达15.9亿美元，2016~2020年CAGR达14%。IPM模块应用于白色家电中的变频空调、变频洗衣机，制造工艺为环氧注塑工艺。2020年市场规模达14亿美元，2016~2020年CAGR达5%。IGBT模块应用于大功率变频器、电焊机、新能源车、集中式光伏等领域，制造工艺为灌胶工艺。2020年市场规模达36亿美元，2016~2020年CAGR达18%。从电压等级来划分，600V以下的低压IGBT主要应用于消费电子领域，600V~1200V的中压IGBT主要应用于新能源车、光伏、家电、工业（电焊机、UPS）领域，1700V以上的超高压IGBT主要应用于轨交、风电、智能电网领域。从下游应用来划分，根据Yole数据，2020年工业、家用、电动车、轨交、光伏、其他行业市场规模占比为31%、24%、9%、6%、4%。根据我们估算，我们预计2025年全球IGBT市场规模达954亿元、2020~2025年CAGR为16%，中国IGBT市场规模达458亿元、2020~2025年CAGR达21%。2030年全球IGBT市场规模达1609亿元、2020~2030年CAGR达13%，中国IGBT市场规模达732亿元、2020~2030年CAGR达15%。其中新能源车、光伏&储能贡献了最大增量。2.1

新能源车：IGBT最大增量市场，国内英飞凌、比亚迪、斯达三分天下新能源车市场是IGBT的最大增量，预计2025年全球新能源车IGBT市场规模达383亿元、2020~2025年CAGR达48%，2030年全球新能源车IGBT市场规模达765亿元，2020~2030年CGAR达31%。IGBT主要应用在新能源车的电机控制系统、热管理系统、车载充电机，在主逆变器中IGBT将高压电池的直流电转换为驱动三相电机的交流电，在车载充电机中IGBT将220V交流电转换为直流电并为高压电池充电，在DC-DC变换器中IGBT将高压电池输出的高电压转化成低电压后供汽车低压供电网络使用；此外，IGBT也广泛应用在PTC加热器、水泵、油泵、空调压缩机等辅逆变器中，完成小功率DC-AC转换。我们估算单车IGBT价值量维持1700元。1）IGBT一般占新能源车

BOM成本的5%。根据StrategyAnalytics，48V轻混车功率半导体单车价值量为90美元，纯电动车功率半导体单车价值量达330美元（折合人民币2100元）。2）一般A00乘用车IGBT单车价值量为800元，A级电动车IGBT单车价值量为2000元，2019~2021年新能源车中A00车占比为20%~25%，我们估算新能源车IGBT单车价值量为1700元。3）目前部分高端车型采用四驱系统（如理想one），四驱系统采用两个电控模块，我们估算四驱车型IGBT单车价值量达3200元，预计未来伴随四驱车型渗透率持续提升，IGBT单车价值量持续提升，我们假设2025年四驱车型渗透率达15%，对应2025年新能源车IGBT单车价值量达1980元，四年CAGR为4%，考虑正常年份下IGBT采购年降的影响，预计新能源车IGBT单车价值量维持在1700元。2021年全球新能源车销量达650万辆，对应IGBT市场规模达111亿元，中国新能源车销量达350万辆，对应IGBT市场规模达60亿元，考虑汽车电子价格正常年降、伴随A级车占比、四驱车占比提升，预计新能源车IGBT单车价值量维持在1700元，假设2025、2030年全球新能源车销量达2250万辆（渗透率25%）、4500万辆（渗透率50%），对应IGBT市场规模达383亿元、765亿元，2020~2025年CAGR达48%、2020~2030年CAGR达31%；假设2025、2030年中国新能源车销量达1200万辆（渗透率40%）、1800万辆（渗透率60%），对应IGBT市场规模达204亿元、306亿元，2020~2025年CAGR达54%、2020~2030年CAGR达29%。2.2光伏&储能：IGBT第二增量市场，国产化率有待提升预计2025年全球光伏&储能IGBT市场规模达108亿元、2020~2025年CAGR达30%，2030年全球光伏&储能IGBT市场规模达280亿元，2020~2030年CGAR达25%。IGBT是光伏逆变器、储能逆变器的核心器件，集中式光伏主要采用IGBT模块，分部式光伏主要采用IGBT单管或模块（单相一般采用IGBT单管，三相可选择IGBT单管或模块）。光伏的功率半导体单MW价值量为2000~5000欧元，储能功率半导体单MW价值量为2500~3500欧元，估算IGBT的单价为3000欧元/MW（折合2100万元/GW）。根据固德威、锦浪科技的招股说明书，IGBT占原材料采购成本的11%~12%，原材料成本占营业成本的93%~94%，过去三年毛利率平均值为35%，我们推算IGBT价值量占逆变器市场规模的7%。2.3传统领域：家电、工业及其他市场稳健增长白电领域：IGBT主要应用于变频空调、变频冰箱、变频洗衣机，主要产品为IPM和IGBT单管。2020年中国家用变频空调出货量为8337万台、渗透率为58%，中国变频洗衣机销量达2627万台、渗透率为42%，中国变频冰箱销量达2506万台、渗透率为30%，假设未来每年变频空调、变频洗衣机、变频冰箱渗透率提升3%，变频空调单台IGBT价值量为40元，变频冰箱、变频洗衣机单台IGBT价值量为10元，对应2020、2025、2030年中国白电IGBT市场规模达54、70、85亿元，2020~2025年CAGR达5%，2020~2030年CAGR达5%。考虑中国空调产量占比达80%、冰箱产量占比达60%、洗衣机产量占比达40%，对应2020、2025、2030年全球白电IGBT市场规模达73、94、115亿元。工业及其他领域：2020年全球IGBT市场规模达67亿美元（折合人民币459亿元），中国IGBT市场规模达26亿美元（折合人民币179亿元），扣除新能源车、光伏储能、白电领域市场需求，我们估算其他领域（主要包括工业、轨交、电源等领域）全球市场规模达303亿元、中国市场规模达81亿元，预计未来全球、中国其他领域以4%、6%的增速稳健增长，对应2025、2030年全球市场规模达369、449亿元，中国市场规模达109、146亿元。工控领域：主要应用领域涵盖变频器、逆变焊机、UPS。我们根据相关上市公司的采购成本构成估算变频器、逆变焊机、UPS中IGBT价值量占比为11%、5%、12%。预计2025、2030年全球工控IGBT市场规模达266、322亿元，五年、十年CAGR达4%、4%。2.4SiC：优势突出，预计未来六年CAGR超34%第三代半导体材料逐渐成为半导体技术升级的重点方向。第一代半导体材料以硅（Si）、锗（Ge）等为代表，第二代化合物材料以砷化镓（GaAs）等为代表，第三代宽禁带材料以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等为代表。SiCMOSFETS优势突出，更适合高压领域。相对于Si基材料，SiCMOSFETS具有低导通损耗、低开关损耗、高开关频率、高功率密度等优点，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，适用于新能源车、风电光伏等高压领域，在800V高压平台的电动汽车可以充分体现快充、节能的优势。预计2025、2030年新能源车

SiC模块市场达218、478亿元，五年、十年CAGR达72%、42%。目前SiC模块主要应用于高性能四驱车的后驱，特斯拉、比亚迪、小鹏均采用该方案，我们假设2025、2030年SiC模块渗透率提升至15%、25%，考虑SiC模块价格持续下降，预计2025、2030年新能源车SiC模块市场达218、478亿元，五年、十年CAGR达72%、42%。考虑SiC模块对IGBT的替代效应，预计2025、2030年新能源车IGBT市场达325、574亿元，五年、十年CAGR达45%、28%。目前国内功率企业积极布局SiC市场，其车载潜在市场空间更大。3.供给端：缺货涨价潮助力国产替代加速，2022年国产化率有望达38%3.1行业国产率较低，2019年仅12%从全球IGBT竞争格局来看，行业较为集中，根据Yole，2020年行业CR3达50%，英飞凌是行业绝对龙头、市占率达27%。分产品类型来看：IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分部式光伏逆变器、小功率变频器，制造工艺为环氧注塑工艺。2020年行业CR3达53%，英飞凌是行业绝对龙头、市占率超29%，国内士兰微市占率达2.6%、位居第十名。IPM模块应用于白色家电中的变频空调、变频洗衣机，制造工艺为环氧注塑工艺。2020年行业CR3达62%，三菱是行业绝对龙头、市占率达33%，国内士兰微市占率达1.6%、位居第九名，华微电子市占率为0.9%、位居第十名。IGBT模块应用于大功率变频器、电焊机、新能源车、集中式光伏等领域，制造工艺为灌胶工艺。2020年行业CR3达58%，英飞凌是行业绝对龙头、市占率达36%，国内斯达半导市占率达2.8%、位居第六名。行业国产化率较低，2019年仅12%。根据Yole，从产量来看，2015年国内自给率为10%、2019年国内自给率仅12%，行业自给率缓慢提升。考虑海外产品规格更高、预计从市场规模口径来看国产化率更低。分行业来看：新能源车国产率较高，光伏国产化率接近于0。1）新能源车：

得益于近年来中国新能源车市场蓬勃发展，带动国内IGBT厂商快速成长，新能源车国产化率相较较高，2019年比亚迪、斯达市占率达20%、17%。2020年斯达半导生产的汽车级IGBT模块合计配套超过20万套新能源车汽车、市占率达15%。2）光伏&储能：2020年国内该领域国产化率接近为0。根据固德威

2021年年报，“IGBT元器件国内生产商较少，与进口部件相比，产品稳定性、技术指标存在一定差异。目前，国产IGBT元器件、IC半导体的性能稳定性及相关技术指标未能完全满足公司产品的技术要求，预计短期内不能完全实现进口替代。”3）工业：斯达半导是国内工控IGBT龙头，2019、2020年斯达工控和电源行业收入达6、7亿元，对应市占率约为7%、9%，工控行业国产化率较低。3.2缺货涨价潮助力国产替代加速，2022年行业国产化率有望达38%2020年以来，需求端得益于新能源车、光伏需求爆发，供给端海外疫情反复限制海外产能，IGBT供需失衡，海外大厂交期持续上升，价格持续上升。得益于缺货涨价潮，IGBT行业国产化率快速提升。1）2021年英飞凌功率半导体业务收入同增20%，国内上市公司斯达半导体IGBT收入同增75%，士兰微IGBT业务收入实现翻倍增长，比亚迪半导功率半导体收入同增152%，中车时代功率半导体收入同增33%，新洁能

IGBT收入同增529%。2）我们估算2020、2021年国内上市公司IGBT收入达31、57亿元，同增59%、88%，国产化率达为17%、25%，提升