IGBT产业链梳理,大摩热捧的逻辑是什么?

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IGBT产业链梳理，大摩热捧的逻辑是什么？

今天我们要研究的这条产业链，其实是“新基建”的核心赛道，5G基站、

特高压、高铁轨交、充电桩的顺利推动，样样都离不开它。

这行业某龙头A，2020年2月上市以来，连续20个交易日一字涨

停，创下近两年的一字板记录。其股价从首发当日的15.26元/股，一

路上涨至199.52元/股，短短半年时间，上涨10倍。

图：龙头A股价图

来源：wind

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再来看港市龙头B，2020年至今涨幅高达69.81%，振幅达

154.57%。

图：龙头B股价图

来源：wind

它就是——IGBT产业链，堪称电力电子行业里的“CPU”。上述两家

代表龙头，分别对应斯达半导VS华虹半导体。

2020年3月份，摩根斯坦利发布研报称，“新基建”计划有一个共同

的特点，就是——他们都需要电源管理或由电力驱动。作为电力电

子重要的开关部件，IGBT将有助于推动新基建的发展。

看到这里，值得思考的问题随之而来：

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一是，IGBT这个赛道增长驱动力是什么？对于半导体行业，技术方

向VS需求，什么才是投资的主轴？

二是，这个行业的市场参与者有谁？他们未来的增长空间有多少？

（壹）

功率半导体，按工作的电压和频率，主要划分为MOSFET（40%）、

IGBT（33%）、二极管（27%）。IGBT的集成度、结构的复杂程

度均排首位，被称为电力电子行业里的“CPU”。

图：IGBT应用领域

来源：国元证券

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从产业链来看，IGBT作为半导体产业子赛道，根据是否自建晶圆产

线，分为IDM和fabless两种模式。按照生产流程来分，IGBT产

业链包括：上游的设计环节，以及中游制造、下游的模组等。其中：

上游——设计环节主要是结合材料的物理性质，对单个器件进行参

数设计、调整、性能改良等，代表企业有新洁能、华微电子、斯达

半导。

中游——制造环节价值占比40%以上，制造难点在于晶圆减薄、沟

槽工艺、应力控制、高剂量离子注入和激光退火等。代表企业有IDM

厂，如：英飞凌、意法半导体，也有foundry厂：华虹半导体、华

润微。

下游——封装及模块环节价值量占比约35%，功率器件有着工作环

境极端、可靠性要求高、替换周期长等特点，封装技术在功率半导

体重要性较高。代表企业有：斯达半导体。

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图：产业链结构

来源：塔坚研究

（贰）

根据摩根斯坦利预测，2020年-2025年，中国IGBT市场规模将增

长到2020年的379亿元人民币，年复合增长率为15%。新能源汽

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车、工业控制、变频家电将是三大应用领域，占比分别是27%、21%、

20%。

对于下游需求驱动力，我们挨个来看：

1）增长驱动力1：家电变频渗透率提升。

IGBT作为变频控制器的关键部件，主要应用于变频空调、变频冰箱

中。相对于传统的家电产品，变频家电产品在能效、性能及智能控

制等方面有一定优势，一台变频冰箱比普通冰箱节能40%。

2019年冰箱和洗衣机销售量同比增长20%，空调增长6%。变频

空调、冰箱、洗衣机渗透率分别为45%、39%、26%，仍处于增长

阶段。假设未来十年内，变频家电渗透率达到60%，

家用电器IGBT

复合增速从18%递减至10%。

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图：变频家电渗透率

来源：国元证券

2）增长驱动力2：城镇化率驱动高铁、轨交增长。

一辆动车的加速快慢、电耗高低、舒适度都取决于其 “牵引变流器”，

而IGBT则是其中的核心部件。每个动车组列车装有 4 台牵引变流

器，共需要128个 IGBT模块，单个IGBT模块在1.3万元/只。

2020-2025年在我国“新基建”建设涉及的七大产业领域中，城际高

铁和轨道交通领域的总投资规模较大，投资规模预计达34400万亿

元，。

根据兴业证券预测，预计拉动IGBT需求以5%-7%增速增长

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3）增长驱动力3：光伏及风电渗透率提升

风力发电、光伏发电的整流器和逆变器需要使用IGBT模块，占光

伏发电成本10%，损耗却在80%以上，是控制成本的重要元件。

根

据GWEC公布的《全球风电市场-供应侧报告2019》显示，全球风

机制造商前十五强中有八家中国企业，预计未来需求增速将维持在

11%-16%左右增长。

基于以上三大需求领域，参考摩根斯坦利的数据，我们测算出预计

未来五年内，IGBT行业增速将维持在11%左右的增速中枢。

图：IGBT部分市场规模预测

来源：塔坚研究、Morgan Stanley

上述三个驱动力属于较为平稳的需求，IGBT领域，还有一块不确

定性较强的驱动力——新能源汽车。并且，其在IGBT行业下游需

求占比排名首位，高达27%，接下来，我们重点看未来IGBT更大

的应用领域，新能源汽车市场。

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（叁）

一辆电动车IGBT采购成本大约在450美元/辆，采购金额占电动

车总成本的8%至10%。以一辆特斯拉Model X为例，采用了英

飞凌提供的132个IGBT单管（非模块）来进行控制，总成本是650

美元。

根据我们我们在闻泰科技的研究中（详见专业版报告库，不详述）

测算，预计受新能源汽车渗透率提升驱动，未来五年IGBT市场规

模增速中枢将在20%-23%的高增长区间。

图：IGBT新能源汽车需求预测

来源：塔坚研究

但是，对于半导体行业，需求不是根本，技术升级才是把握投资机

会的主轴，一旦技术发生迭代，需求将不再呈现线性增长的状态。

目前，IGBT在新能源车领域，发生的一个比较大的变数在于——

技术迭代。

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2018年，特斯拉在当前的爆款车型Model3中，使用了碳化硅

+MOSFET，代替了IGBT，这也是第三代半导体当前备受关注的主

要原因。因此，关于新能源车这个驱动力，我们需要小心论证的，

就是第三代半导体，会如何去IGBT的需求以及技术演变？

从技术维度，第三代半导体对当前硅基IGBT的优势是较为明显的。

回溯从1985年-2018年，IGBT的技术已经经历了6次重大技术

迭代，每一代主要致力于：提高开关速率，减小电能损耗。

图：IGBT技术迭代图

来源：CRRC，海通证券研究所

从上图可以看出，前1-4代的开关损耗，每一代比起上一代都有着

较大幅度的下降，但从第5代开始，性能提升幅度下降，并且，迭

代耗时长达8年。

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这意味着，硅基IGBT的技术升级空间在缩小，其原因，就在于材

料的限制——IGBT使用的硅（Si）基功率器件驱动系统，当前的性

能，已经逼近硅材料本身的天花板。

想要进一步突破，必须要有一种新型材料，第三代半导体材料——

碳化硅（SiC）。

相比硅材料（si），碳化硅（sic）应用在新能源车上有2大优势：

1）耐高压、低损耗——碳化硅的击穿场强是硅的10倍，耐高压、

热导率性能更好；总能量损失小于 1/4。

2）重量更小——同样功率的SIC模块尺寸下降43%，重量减轻

6KG。

目前，第三代半导体的应用，已经开始有一些放量的苗头。特斯拉

Model 3逆变器共有24个电源模块，每个模块有2个SiC MOSFET，

合计每辆车共用48个SiC MOSFET，由意法半导体供应。

根据科锐CREE 的调研显示，在特斯拉2018年用碳化硅之前，全

球99%的车厂都没有计划用碳化硅。2018年在特斯拉量产之后，

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他们又做了同样的调查，20%的车厂仍然用硅基，30%的车厂决定

用碳化硅，还有30%的车厂没有决定。

图：汽车厂商SIC规划

来源：兴业证券

那么，在性能空间更好，并且有下游大规模应用场景的背景下，这

样的替代，在远期大概率会发生，那么，会以何种节奏发生呢？

（肆）

我们认为，短期内替代较慢，但随着新技术成本的不断下降，替代

会逐步加速推进。

上述推论，主要原因有两点：

1）目前碳化硅的成本高——尤其是时间成本，碳化硅（sic）是在

硅（si）上生长，生产时间大约是普通硅的6倍，耗时太长；生产

成本上，SiC生长过程中，晶圆的不良率很高，导致其价格是Si 的

5-10倍，注意，第三代半导体的原材料生产，也存在较大障碍。

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2）产能不足——目前全球碳化硅市场规模仅有3.9 亿美元，仅占

功率半导体整体市场的1%。高品质碳化硅晶片的技术难度很大，

基本被USA的CREE（科锐）占据60%市场份额，国内厂商有山东

天岳（未上市）、天科合达（科创板）两家。

其实，不仅是国内起步较慢，海外的发展速度同样不快，其实，早

在1992年，英飞凌已经开始研发碳化硅技术，但到2017年销售

额占其总收入比重仅有1/20-1/10之间。

英飞凌没有大力推进的原因，与后续的模组封装工艺难度提升也有

关系。碳化硅是一种非常难处理的材料，硬度高、耐温高，导致配

套材料也要做到耐高温的能力，其模组封装工艺需采用银浆烧结技

术，耐高温能力要达到900度以上。

但注意，上述的障碍，基本都是集中在工艺层面，即，当前的工艺，

导致成本上，并不支持三代半导体的推进，因此，工艺层面的技术

突破，是需要重点关注的行业动向，一旦工艺突破，导致三代半导

体的成本快速下降，那么，IGBT就可能会逐步被三代半导体替代。

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并且，由于特斯拉的大力推进，新能源车，很可能是三代半导体首

先开始替代的方向，因而，我们后续需要密切追踪这个领域的趋势。

不过，短期内，受制于成本IGBT仍将是主流。

整体来看，IGBT行业目前整体的成长性较强，但注意，IGBT在国

内市场的增长问题，并不在需求上，供给才是主要矛盾。目前，IGBT

国产化率极低，2018年，市场需求是国产供给量的7倍，那么，

目前，在国内，谁拥有IGBT的产能？

（伍）

国内真正能够量产IGBT的厂商不多，大部分集中在低功率的消费

电子领域。梳理下来，国内共有士兰微、比亚迪、斯达半导、中车

时代电气、华虹等9家上市公司，总结如下：

图：IGBT供应商统计

来源：塔坚研究

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IGBT作为大功率半导体器件，电压承受等级在600V-6500V之间，

耐压能力越高，技术壁垒越强。家电用和消费电子IGBT 的技术要

求通常低于车规级、轨交级IGBT，下游客户对价格较敏感。以上几

家公司产品结构不同，但基本可以发现，功率越高的厂商，毛利率

水平更高。

图：毛利率对比

来源：塔坚研究

由于以上8家公司所处产业链环节不同，我们分别来看。

（陆）

首先，来看采用IDM模式厂商。

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海外龙头以IDM为主，在提高产品毛利并建立技术壁垒更有优势，

直接拥有生产设施，不仅能在产品交付进度上有更多的控制权，而

且一旦利用率提升，还能实现更高的盈利增长。从全球IGBT市场

竞争格局来看，基本全部是IDM模式。

图：全球IGBT市场份额占比

来源：国信证券

国内采用IDM模式的仅有四家：中车时代电气、比亚迪、士兰微

（未量产），各自产能统计如下：

图：IDM厂产能统计

来源：塔坚研究

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中车时代电气——收入结构中IGBT占比3%，在大功率3300-

6500V IGBT领域国内唯一制造商，产能排名居首，其生产的IGBT

模块主要应用在高铁、国家电网特高压项目中。

比亚迪——生产车用级IGBT模组，2019年量产，自供其高端新能

源汽车比亚迪汉系列。IGBT模组自用不产生收入，从市场份额来看，

2019年全国IGBT市占率19%，排名第三。

士兰微——主要生产白色家电领域IGBT模组，2019年IGBT实现

量产，规划产能3万片/月，目前产能仍处于爬坡期。未披露收入占

比，目前仍处于导入量产期。

接下来，是设计环节。

IGBT的核心环节不在于设计，设计环节的主要在于基于系统为客

户开发定制化产品 。同一类型的功率器件，不同下游场景应用对应

着不同的功率和频率需求。

由此，一般情况下，没有制造能力的厂商会结合上游的设计、下游

的封测及模组业务。从市场竞争格局来看，国内仅做设计的厂商主

要有新洁能、东威半导体（未上市）、中科君芯（未上市）、斯达

半导。

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IGBT设计共经历了6代迭代，目前正处于第六代沟槽电场截止型

（FS-Trench)成熟期，斯达半导（2016年推出）、比亚迪（计划

2021年推出），从设计环节来看，斯达的技术在国内较为领先，从

技术代际来看，和英飞凌处于同一梯队。

图：IGBT设计技术变迁

来源：兴业证券

其次，是晶圆代工环节。

IGBT模组，核心环节和难点在于制程工艺，占成本比重40%。重

点和难点在晶圆减薄，减薄工艺可以提高电源效率，实现更好地散

热。具备IGBT代工能力的有：华虹半导体、中芯国际、华润微电

子、上海先进（退市）。

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图：代工厂产能统计

来源：塔坚研究

华虹半导体——以IGBT、MOSFET代工为主，可以生产600-

1200V电压区间内的新一代IGBT产品(NPT/FS，第4~6代)，而

1700V-6500V的产品仍在开发中。

华润微——据称已建立Trench-FS工艺平台，并具备600V-6500V

IGBT工艺能力。

中芯国际——中芯绍兴主要提供MEMS、IGBT和MOSFET的特

色工艺代工及封测服务2020年投产，与扬杰科技、捷捷微电签订

了功率器件合作协议，两家公司在中芯绍兴的2020年度平均投片

分别不低于2000片/月和7000片/月。

再次，是封装及模组环节。

模组封装环节，约占价值量比重约35%，仅次于晶圆代工。

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由于中、高功率应用场景，比如高铁、智能电网领域，更倾向于使

用模块，由于模组的封装工艺和结构更复杂，需要实现多元件电气

互联，同时要考虑高温失效和散热问题，导致功率越高领域，模组

成本占比越高。

同时具备设计、模组生产能力的厂商有：斯达半导、华微电子。2018

年，全球前十大 IGBT 供应商，国内仅有斯达半导上榜，市占率仅

2.2%，华微电子市占率0.5%。

图：IGBT模块市场排名

来源：英飞凌官网、国元证券

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除了上述公司之外，目前存在一些潜在的进入者，主要是以定增募

资投向IGBT，有规划的为：捷捷微电、扬杰科技、台基股份等。三

家厂商均为功率器件IDM厂，产品以低功率的MOSFET、晶闸管

为主。由于募投项目仍处于早期，目前主要以设计和封测为主，暂

时无法作产能比较。

（柒）

根据上述产业链梳理后，我们能够发现，目前国内的IGBT公司大

多以非主业的形式存在，IGBT业务占比较高的公司其实只有两家：

斯达半导——主攻设计和模组，1200V的IGBT模块占收入比重

75%，其中下游应用领域中工业控制占比79%、风电光伏占比17%、

变频家电占比4%。

华虹半导体——主攻代工代工，IGBT/MOSFET占收入比重39%，

存储器占比34%，模拟芯片占比14%、逻辑射频占比10%。

两家公司均位于产业链核心赛道，晶圆代工占成本比重约40%，略

高于模组（35%），从资金壁垒来看，华虹半导体产线投入的资金

需求远高于模组领域。

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需要注意的是，两家公司为上下游关系，即，斯达设计，华虹代工，

斯达封装，因此，其实IGBT业务的增长趋同性较高。

我们对比来看，两家未来的产能情况如何。

斯达半导——上市募集资金扩张IGBT 模块产能 120 万个/年、

IPM模块产能，预计2年投产，全面达产后带来收入7.3亿元。

2019年其IGBT产能400万个/年，营业收入7.79亿元。

注意，这个扩产规模并不是非常激进，这也与我们此前判断的较为

相符。上面写了，全面达产后带来收入7.3亿元，2019年营业收入

7.79亿元，预计总贡献增长大概有100%，分摊到三年内，年化增

长大概为30%左右。

华虹半导体——2020年上半年收入同比增长-4.96%，其中，IGBT

同比增长 11.9%，是四大类收入中，唯一实现正增长的业务。未来

增长主要看两方面：

产能：

2018年华虹无锡产线投产，12英寸晶圆厂，包括55/65纳

米的NOR FLASH芯片、射频芯片、MCU微控制器和IGBT功率

器件，预计达产后产能4万片/月（12英寸）。但当前达产仅有1

万片/月，即只有25%的产能利用率，而根据其测算，月产量至少

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达到2.5万片时，该厂才能达到盈亏平衡，华虹预计2021年底能

够实现。如果晶圆价格低的话，预计3万片/月。

对比来看，短期内，斯达半导由于业务更加聚焦于IGBT，需求的确

定性更高，同时，由于其不涉及制造环节，因此，也没有重资产投

入，良率控制等问题，供给增长的确定性也更高，但长期需要考虑

技术升级问题。

放眼远期，假如第三代半导体工艺发生突破，进行大规模商业化，

那么，对各自的影响不同：

晶圆代工——Sic材料可以采用MOSFET工艺，比IGBT制造工艺

更简单，可能会导致产业链核心资产向上游原材料转移。

模组加工——功率越高对模组的技术要求越高，未来第三代半导体

推广，封装价值量提升，未来价值量会提升。传统Si封装电感参数

较大难以匹配，车规级Sic封装技术——银浆烧结工艺技术壁垒更

高，目前技术集中在英飞凌、斯达等厂商中。

（捌）

好，行业增长驱动力看完后，我们再继续深入，梳理一下这条产业

链图谱…………………

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