IGBT行业深度报告：借新能源大发展的东风，迎接IGBT的增长春天

（报告出品方/作者：东海证券，周啸宇、陈宜权）

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。

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。

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。

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。

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。

从 IGBT 模块芯片的内部纵向结构来看，IGBT 可分为穿通型（PT，punch through)， 非穿通型（NPT，non-punch through)。PT(punch through)结构是最“古老”的 IGBT 技术， 在 1980~1990 年间占据主导地位，英飞凌第一代 IGBT 就是采用的 PT 技术。NPT(nonpunch through)结构是德国西门子公司 1987 年推出，为上世纪 90 年代的主流产品。FS （field stop）：2000 年，西门子公司研制出新的 IGBT 结构，fieldstop-IGBT(FS-IGBT)，它 同时具有 PT-IGBT 和 NPT-IGBT 的优点，至今一直居于主导地位。英飞凌第三代及以后的 IGBT，均采用了 FS 技术。

1.3.IGBT 的技术发展趋势

自从二十世纪八十年代中期研发出第一只 IGBT 器件以来，IGBT 技术经历了几个不同 发展阶段，这些技术都是用来平衡 IGBT 自身的各种特性的，这些特性如下所示：1）降低 导通损耗；2）降低开通和关断时的开关损耗（开关速度快）；3）器件开关的软特性；4）提 高电流密度；5）提升电压等级；6）减少半导体材料（降低成本）；7 ）提高最高工作结温；8）扩展 SOA（安全工作区）。

随着 IGBT 的技术发展，传统场截止型结构已接近其理论极限。超结及半超结器件凭借 耐高温、低损耗和高抗短路能力在 IGBT 领域备受关注，是 IGBT 未来技术发展主要探索方 向。

2.1.全球 IGBT 应用市场规模

近十年来，全球 IGBT 市场规模保持连续增长，从 2012 年的 32 亿美元增长至 2021 年 的 70.9 亿美元，CAGR 增长 6.6%，其中工控和新能源汽车是 IGBT 需求占比最大的两个下 游领域，分别占比为 37%和 28%，其次是新能源发电和家电变频市场，需求占比分别为 9% 和 8%。2020 年以来，新能源汽车需求明显提速，2021 年较 2020 年需求占比提升 19%， 是 IGBT 主要的增量需求来源。

2.2.中国 IGBT 应用市场规模

目前，我国是全球最大的 IGBT 需求市场，需求量约占全球四成，且需求占比有望持续 提升。根据 WSTS（世界半导体贸易统计组织）的数据，中国 IGBT 市场销售规模从 2016 年的 88 亿元（人民币）增长至 2021 年的 238.8 亿元，CAGR 超 20%，远超全球平均水平， 预计至 2025 年仍将维持高速增长，市场规模将有望超 486 亿元。

从中国市场的供需情况来看，自 2015 年以来，IGBT 的国产量从 498 万只到 2021 年 2580 万只，CAGR 约 39%，期间，国内需求量从 2015 年的 4918 万只到 2021 年 13200 万 只，CAGR 在 15%-28%之间，尽管本土产量增速高于需求增速，但供需缺口绝对量仍有较 大空间，仍以进口为主。其中原因主要系我国功率器件整体的技术水平相对较低，产能主要 集中于中低端产品范围，在 IGBT 等新型功率器件这一类高技术、高附加值的中高档产品领 域中，国外企业拥有绝对的竞争优势，我国需大量进口来满足国内市场需求。

从下游 IGBT 需求结构来看，我国 IGBT 需求结构与全球市场不同，新能源汽车、消费 电子（统计口径包括家电）和工控是 IGBT 需求占比最大的三个下游领域，分别占比 31%、27%和 20%。我国 IGBT 在新能源领域的应用占比远超全球平均水平，主要受益于国家“双 碳”战略，新能源领域需求旺盛，导致 IGBT 用量大幅增加，是我国 IGBT 需求增长的主要 驱动力。

国内新能源需求爆发，IGBT 成长空间巨大。在国内 IGBT 市场规模快速增长，新能源 需求爆发贡献主要增量的背景下，本土 IGBT 企业依托国内新能源产业扩容，以其自身产品 竞争力、供应链的优势和巨大的市场提升空间，加速提升 IGBT 国产替代份额，我们保守预 计，2025 年中国 IGBT 市场规模将有望超 450 亿元，CAGR 约 20%，成长空间巨大。

2.2.1.新能源汽车

众所周知，在电动化驱动下，电池、电驱和电控是电动新能源车的三大重要部件。而 IGBT 则是电控系统中的核心元器件，它决定了新能源汽车的行驶性能。

根据英飞凌 2021 年财报显示，在国际上 IGBT 的单车价值为 330 美元，约占新能源汽 车整车总成本的 5%以上，是电控系统里面成本占比最大的元器件。针对我国电动新能源汽 车，经过我们测算，单车价值约为 273 美元，随着我国电动新能源汽车的蓬勃发展，以及大 功率对 IGBT 的要求越来越高，将间接提高 IGBT 在整车的成本比重，不断拓宽 IGBT 成长 空间。

另外，我们预计 2022 年我国新能源汽车销量将突破 600 万辆，对应的 IGBT 市场规模 为 16.38 亿美元，保守假设 2025 年中国汽车销量为 3000 万辆，新能源渗透率为 45%，销 量约为 1350 万辆，按单车价值 281 美元来算，中国车规级 IGBT 市场规模将达到 38 亿美 元，对应人民币市场约 260 亿，市场空间广阔。

2.2.2.新能源发电

IGBT 被广泛应用于光伏逆变器和风电变流器，主要是将光伏组件和风机发出的电压和 一定频率的电能，经过交直转换为稳定电压和频率的电能馈入电网或接入家庭用户。而 IGBT 等功率器件是新能源发电逆变器实现逆变功能的核心，主要应用在 DC/DC 升压、DC/AC 逆变电路中，在中能源发电市场加速转型的背景下，光伏风电发展大有可为，是 IGBT 市场强劲的驱动力，增速将持续远超全球平均水平。

光伏方面：IGBT 是光伏逆变器核心零部件，充分受益于光伏发电蓬勃发展。我们保守 预计，到 2025 年光伏发电 IGBT 市场规模将达到 22.1 亿元，CAGR 约为 13.35%，增速高 于全球平均水平。（1）我们根据中国光伏行业协会测算，预计 2025 年全球和中国光伏新增 装机量分别为 300GW 和 100GW；（2）至 2025 年，光伏逆变器装机成本约为 0.17 元/W， 自 2021 年光伏逆变器成本每年下降 3%左右；（3）根据固德威招股说明书预测， 预计 IGBT 占逆变器的成本占比维持在 13%，至 2025 年，每 GW 光伏装机量成本中 IGBT 约为 2200 万。

风电方面：保守预计，到 2025 年风电发电 IGBT 市场规模将达到 11.28 亿元，CAGR 约为 12.88%，稳步增长，并且增速高于全球平均水平。（1）我们根据 GWEC 测算，预计 2025 年全球和中国风电新增装机量分别为 119.4GW 和 50.15GW；（2）至 2025 年，风电 变流器机成本约为 1.5 亿元/GW(按 2022 前三季度年我国平均陆上风电电机组价格含塔筒 的中标价格的 6%测算)，并维持不变；（3）我们将 IGBT 占风机变流器的成本占比维持在 15%，至 2025 年，平均每 GW 风电装机量中 IGBT 的成本约为 2250 万。

2.2.3.工业控制

工控产品市场主要以变频器以及伺服系统为主，伺服系统中，大、中、小型伺服系统占 比分别为 45%，37%以及 18%。而变频器、大、中、小型伺服系统的 IGBT 价值量占比假设 分别为 8%，3%，10%以及 8%。根据前瞻产业研究院的数据，预计中国变频器市场规模从 2020 年到 2025 年预计将增长至 883 亿元；中国伺服系统市场规模将从 2020 年的 149 亿 元增长至 2025 年的 214 亿元。综上，保守预计 2025 年中国 IGBT 市场规模为 84.53 亿元， 2021 年至 2025 年 CARG 维持在 9.81%左右。

2.2.4.轨道交通

IGBT 是轨交牵引系统的核心零部件，产品主要以高压 IGBT 为主。轨交 IGBT 终端需 求量与中国铁路投资额密切相关，高增速阶段分别对应了 2008 年的高铁大规模建设以及 2013 年的“四纵四横”高铁网建设。随着铁路固定投资趋稳，铁路计划调整变动不大，整 体对 IGBT 需求量相对稳定。