2022年IGBT行业市场规模及产业链分析 时代电气是未来功率半导体发展的有力竞争者

2025 年全球 IGBT 市场规模有望达到 106.55 亿美元，2021-2025 复合年增速为 9.89%。 根据封装形式，IGBT 可分为 IGBT 单管、IGBT 模块以及 IPM 模块三大类产品。IGBT 单 管通常由一枚 IGBT 芯片封装而成；IGBT 模块往往由多个 IGBT 芯片和二极管芯片组成， 将其以绝缘方式组装至 DBC 基板上，再进行模块化封装；IPM 即在 IGBT 模块的基础上增 加驱动 IC 等外围电路。2020 年全球 IGBT 单管/IGBT 模块/IPM 的市场规 模分别为 15.9/36.3/14.3 亿美元，我们分别对新能源汽车、风光储、工控、家电等下游细分 领域的市场需求进行预测后加总，预计 2025 年可分别增长至 26.96/61.55/18.04 亿美元， 届时全球 IGBT 市场规模有望突破百亿美金大关。

当前下游市场以工控为主，家电、新能源车、风光储持续发力。2020 年 IGBT 下游应用领域中工业控制占比最大，为 49%。家电/新能源汽车/光伏发电/风电/储能分别占 市场份额的 23%/12%/9%/6%/1%。随着新能源汽车、新能源发电需求的爆发，新能源领域 有望为 IGBT 市场打开未来增量空间。

IDM 模式利于发挥上下游协同，为行业龙头主要选择。IDM 即垂直一体化模式，是一种集 芯片设计、制造、封装、测试、销售等多产业链环节于一体的一条龙产业运作模式。全球 重要的 IGBT 企业大都采用该模式，如海外龙头英飞凌、富士电机、三菱电机，及国内龙头 时代电气、士兰微、比亚迪等。此外，斯达半导采用 IDM-lite 模式，自主设计产品但主要 依靠晶圆代工，也开始自建产线。

由于先发优势，全球 IGBT 市场主要由欧、日厂商所控制：根据 Omdia，2020 年，在分立 IGBT 器件领域，全球龙头供应商英飞凌占据近 30%市场份额。中国厂商士兰微排名第十， 占有全球 2.62%市场份额；在 IPM 模块领域，三菱电机为全球龙头企业，占据全球 32.89% 市场份额。国内士兰微、华微电子进入世界前十，分别排名第九、第十位，享有全球市场 1.64%/0.89%市场份额；在 IGBT 模块领域，英飞凌为绝对龙头，市场份额占 36.5%；国内 斯达半导排名第六，市场份额占 2.8%。虽然近年来，国内厂商 IGBT 竞争力不断提高，市 场份额持续扩大，但总体来看，当前全球 IGBT 绝大部分市场仍旧为海外龙头企业所垄断。

公司的新兴装备业务包括功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器 件、海工装备，代表了多个公司重点布局的具备较高增长潜力的方向。截止目前，公司在 各个领域均已产出了多款代表性产品。在未来，“2030 年碳达峰、2060 年碳中和”的“双 碳”战略的提出，有望为公司的新兴装备业务带来新的发展机遇。

功率半导体领域，根据公司 2021 年年报，公司推出了以 IGBT 为核心的多款功率半导体 器件及模组，2021 年公司 IGBT 轨交、电网占有率国内第一；工业变流产品领域，公司 产品包括中央空调变频、轧机中压传动变频、矿用车电驱系统、风电变流器、光伏逆变器 等，2021 年矿卡电驱系统、风电变流器、中央空调变流器持续批量交付；新能源汽车电 驱系统方面，公司与一汽集团、长安汽车等国内一流汽车制造商开展深入项目合作，2021 年新能源车电驱系统交付量超 8.5 万套，乘用车电驱年销量首次进入行业前十；传感器领 域，公司传感器产品已形成 6 大类、12 系列、600 多种产品，覆盖轨道交通 60%的应用 领域，2021 年全年交付额同比增长 320%，稳居国内轨交领域市占率第一；海工装备领 域，公司产品主要包括深海作业机器人、海底挖沟铺缆产品、甲板及海底采矿等产品，2021 年在国内市场新签多个订单。

我们认为，时代电气是未来功率半导体发展浪潮的有力竞争者，主因有：1）功率半导体产 能加速扩张，IDM 模式助力技术持续迭代升级；2）中高压 IGBT 领军者，向光伏、新能源 车等中低压布局打开广阔成长空间；3）公司、集团内业务高度协同，“示范效应”助力产 品开拓市场；4）前瞻布局 SiC，国内首条六英寸 SiC 产线已建成。

竞争力分析#1：功率半导体产能加速扩张，IDM 模式助力技术持续迭代升级

拥有 6 英寸双极器件生产线，HVDC 晶闸管世界首创。HVDC 晶闸管器件是高压直流输电 （HVDC）相控换流阀中的核心部件，换流阀决定了直流输电工程的最大通流能力和运行电 压，而晶闸管的容量直接决定换流阀的综合性能。2006 年，公司成功研制出世界上第一只 6 英寸 8500V 商用 HVDC 晶闸管。经过数年发展，公司现已建成 6 英寸的双极器件产业化 基地，主要生产 HVDC 晶闸管、普通晶闸管、整流管、二极管、IGCT 及功率组件。截止 2020 年底，公司已为国内外 23 个 HVDC 工程提供产品，销售超 5 万只 HVDC 器件，间接 为国家高压直流输电项目建设节约资金近 35 亿元，市场占有率位列前茅。2020 年，时代 电气 HVDC 晶闸管上榜工信部“国家级单项冠军”名单。

“并购+内生”打造高压 IGBT 业务，当前二期产线加速爬坡。公司于 2008 年收购加拿大 Dynex 75%股份，由此揽获设计、封装关键技术及 4 英寸生产线，继而成功开拓大功率 IGBT 业务。2009 年，公司建成国内首条六英寸高压 IGBT 模块封装线。2014 年，公司建成国内 首条 8 英寸高压 IGBT 芯片生产线，年产 12 万片 IGBT 芯片，可配套生产 100 万只 IGBT 模块。2020 年，国内首条 8 英寸车规级 IGBT 芯片生产线顺利下线，年产能 24 万片，满 产后预计可配套生产 200 万只车载 IGBT 模块。据公司最新年报显示，IGBT 二期芯片产线 自 2021 年年底已正式投产，目前正经历产能爬坡阶段，产能利用率近 80%。

公司在 IGBT 沉淀 10 余年，技术持续升级迭代。截止目前，公司 IGBT 芯片主要采用第四 代平面栅 DMOS+技术和第五代沟槽栅 TMOS 技术。2021 年，公司成功研制出车用 750V 精细沟槽 IGBT，且顺利通过科技成果鉴定，实现了向第七代精细沟槽产品的跨越。此外， 公司还申请了多项复合栅结构的 IGBT 芯片专利，实现了平面栅极和沟槽栅极共存于同一芯 片，从而大大提升芯片密度。未来，公司拟进一步建设低压逆导 IGBT 设计及工艺技术平台， 并完成 750V 精细沟槽逆导 IGBT 产品的定型与小批量应用。

公司功率半导体业务采用 IDM 模式，有利于实现技术积累，加速更新升级。一方面，IDM 模式囊括设计、制造、封测全工艺环节，使得公司在研发过程中的技术积累更加全面、深 厚。另一方面，在 IDM 模式下，公司各个环节产线有更强的配合能力，生产更加迅速、自 主、可控，以满足不同客户特色化、定制化的工艺需求。因此，IDM 模式有望进一步加快 公司的技术迭代速度。

竞争力分析#2：中高压 IGBT 领军者，向光伏、新能源车等中低压布局打开广阔成长空间

轨交及电网用高压 IGBT 起家，2021 年国内市占率第一。2014 年，公司一期 IGBT 产线成 功建成，产品主要应用于轨道交通、电网等高压领域。近年来，公司逐渐构建了以“U”型 槽与软穿通为核心特征的高压平面栅 IGBT 芯片技术体系，形成了完整的高压领域产品线。 其第四代平面栅 DMOS+技术已广泛应用于 1700V-6500V 的高电压领域，如轨道交通、电 网：在轨道交通行业，公司的高压 IGBT 产品大量应用于我国轨道交通核心器件领域；在输 配电行业，公司生产的 3300V 等系列 IGBT 批量应用于柔性直流输电、百兆级大容量电力 系统，为我国柔性输配电工程的建设提供核心技术保障。根据公司 21 年年报，2021 年公 司高压 IGBT 轨交、电网占有率国内第一，且成功研制出 3300V/6500V 智能集成功率模块 PCU 2.0 样机、卡片式转模双面散热 IGBT 模块样品，产品种类进一步丰富。

高压 IGBT 产品竞争力突出，3300-6500V 产品性能对标英飞凌。公司旗下 3300V-6500V 电压的 IGBT 产品在饱和压降参数上略优于英飞凌 同系列产品，输出电流时承受的电压更小，导通功耗也更低。此外，在开关损耗参数上， 公司 3300V-4500V 电压的 IGBT 产品性能与英飞凌同系统产品基本持平。

向中低压领域不断拓展，车规级 IGBT 为主要发力点。公司通过深入开展 IGBT 芯片元胞技 术、终端技术与背面技术研究，构建了以“沟槽+软穿通”与“精细沟槽”两代技术为支撑的低压 沟槽栅 IGBT 技术体系。其第五代沟槽栅 TMOS 技术已广泛应用于新能源汽车、风电、光 伏等中低压领域：2020 年，公司二期 IGBT 产线顺利下线，产品投向新能源汽车等中低压 市场，拟最终形成年产 24 万片 IGBT 芯片，实现装配约 240 万台新能源车，已揽获东风、 广汽订单等知名汽车厂的批量订单；2021 年，公司研制出车用 750V 精细沟槽 IGBT，已通 过科技成果鉴定，整体水平国际领先。

凭借在高压 IGBT 及新能源大巴电驱系统的积累，车用中低压 IGBT 产品有望迅速打开市场。 公司IGBT业务切入低压难度相对较小。一方面，公司在高压IGBT领域积累深厚，轨交对IGBT 产品可靠性、耐温性、寿命等要求非常严格；另一方面，公司于 2007 年便涉足新能源大巴电 驱制造领域，而新能源大巴相较于新能源汽车而言，除电驱功率稍高以外，功率密度、可靠 性、耐温性等性能要求基本一致。同时，电驱主要由小型电机与车载 IGBT 驱动模块组成， 故公司从新能源大巴电驱制造中形成的技术积累，将有助于公司车载 IGBT 的进一步研发。

相较于国内其它 IGBT 代表性厂商，我们认为时代电气的 IGBT 产品有如下优势：1）公司 的二期中低压 IGBT 产线已进入产能爬坡阶段，功率半导体及新能源汽车电驱业务的营业收 入或将于短期内实现突破。我们预计，公司 2022 年新能源汽车领域 IGBT 营收将突破 11 亿元，届时在该领域配套汽车数及营收规模位居国内首位；2）公司产业链模式为 IDM，相 较于 Fabless 模式，产品的货期更短、可控性更高，上下游产业链的配合能力更强；3）公 司的IGBT产品已实现750V-6500V全电压覆盖，在国内IGBT供应商中电压覆盖范围最广。 由此，公司不仅能与大多供应商一样，制造用于新能源汽车、新能源发电等中低压领域的 IGBT 产品，是国内唯一实现 3300V 以上轨交、电网等高压领域覆盖的公司；4）IGBT 技 术对标英飞凌第七代，技术水平属国内领先；5）公司的 IGBT 产品在轨交、电网、新能源 汽车电驱等多个领域均有优质客户积累。多个重要客户装机的“示范效应”利于公司对下 游市场的进一步开拓。

公司各类 IGBT 产品均已积累一批下游优质客户。2020 年，公司高压 IGBT 获南方电网项 目，同时承接了国家电网 IGBT 大额采购订单，车载 IGBT 获东风、广汽批量订单。2021 年，公司开拓新能源发电领域成果显著，公司光伏 IGBT 产品已进入光伏行业头部企业供应 链，制氢大电源入围中石化名单。此外，公司拟进一步与广汽、东风合作成立合资公司， 通过连接市场绑定客户。（报告来源：未来智库）

竞争力分析#3：公司、集团内业务高度协同，“示范效应”助力产品开拓市场

公司及控股股东产业布局完善，自有多种 IGBT 应用场景，便于发挥上下游协同效应。公 司涉足轨交装备、智能电网、新能源汽车电驱、新能源发电等多项业务，其核心产品中的 IGBT 均可用公司自有产品进行替代安装、甚至定制化生产。公司控股股东株洲所拥有“电 气传动与自动化、高分子复合材料应用、新能源装备、电力电子（基础）器件”四大产业 板块、九大业务主体，亦可为公司生产的 IGBT，以及光伏逆变器、风电变流器提供使用平 台。此外，下游应用端可以将产品的使用情况反馈给上游研发、制造端，便于公司对技术 工艺进行调整。公司、集团业务上下游一脉相承，有望发挥强大的协同效应。

产品可先用于集团、公司内部自有产业，通过“示范效应”快速开拓下游市场。一方面， 在公司自有业务内，装配有公司自主研发的 IGBT 器件的牵引变流器、风电/光伏逆变器等 产品受到市场高度肯定，进而展现出公司生产的 IGBT 性能的优越性。同理，在集团间，公 司生产的 IGBT，以及风电变流器、光伏逆变器供应给集团的风电事业部制造风电整机/光伏 EPC。2020 年风电整机的畅销，又通过“示范效应”为公司的 IGBT 等产品赢得市场口碑。 综上，通过公司自身及株洲所完备的产业链，公司及其它各个部门生产的产品可以实现快 速组装、使用。此后，产品优秀的性能将形成强大的“示范效应”，进而取得更多下游客户 的肯定，有助于公司、集团开拓市场。

竞争力分析#4：前瞻布局 SiC，建成国内首条 6 寸碳化硅芯片产线

基于碳化硅衬底的功率器件相较于普通硅基器件在性能上优势明显。碳化硅材料具有禁带宽 度大、电子饱和迁移速率高、热导率高、击穿电场高等性质，在高温、高压、高频、大功率 电子器件领域和航天、军工、核能等极端环境应用领域有着传统硅基材料不可替代的优势。 据 Wolfspeed 和 Rohm 的研究显示，相同规格的碳化硅基 MOSFET 与硅基 MOSFET 相比， 其厚度可大幅减小至原来的 1/10，相同规格的碳化硅基 MOSFET 较硅基 IGBT 的总能量损耗 可大大降低 73%。我们认为，碳化硅材料是半导体材料领域中具备广阔前景的材料之一。

碳化硅价格不断下探，有助于加速市场渗透。目前而言，成本高，技术难度大是限制 SiC 需求的主要因素。但据 CASA 统计，碳化硅产品的价格近几年来快速下降，2020 年主流产 品与 Si 产品的价差持续缩小至 3-4 倍，部分产品缩小至 2 倍。对 SiC 带来的成本增加和系 统成本节约两要素进行敏感性分析后，我们发现在仅考虑电池成本节约的条件下，当 SiC MOSFET 成本下降到 IGBT 器件成本的 2 倍左右时，将具备经济效益。若考虑使用 SiC 带 来的冷却系统节约、外围器件节约、整体空间节约等，当 SiC MOSFET 成本下降到 IGBT 成本的 2-2.5 倍时就将具备经济效益。

全球 SiC 器件市场规模 17.78 亿美元，2025 年有望扩张至 60 亿美元。随着产业链技术的 稳步提升、过去几年的产能积累及 SiC 成本的逐步下降，SiC 在电动汽车、光伏逆变、消 费类电子等细分市场的渗透速度或将高于预期。我们预计，2025 年全球碳化硅器件/碳化硅 功率器件市场规模分别为59.79/38.58亿美元，2021-2025年CAGR达到35.42%/55.79%。

公司拥有国内首条 6 英寸 SiC 芯片生产线，并已于 2017 年底调试完毕并投入运行。公司 掌握具有核心自主知识产权的 SiC MOSFET 芯片及 SBD 芯片的设计与制造技术，其“高性 能 SiC SBD、MOSFET 电力电子器件产品研制与应用验证”项目已通过科技成果鉴定，实 现了高性能 SiC SBD 五个代表品种和 SiC MOSFET 三个代表品种，电压等级覆盖 650V-3300V，可应用于新能源汽车、轨道交通、工业传动等多个领域。

目前公司的碳化硅系列产品已得到部分应用。基于 3300V 全碳化硅器件的牵引变流器在深 圳 1 号线正式载客运营，牵引能耗降低 10%；由公司 C-Car 平台孵化的我国首款基于自主 碳化硅研制的大功率电驱 C-Power220s 已于 2021 年底正式下线，实现了 SiC MOSFET 在 汽车电驱中的应用，电驱系统效率最高可达 94%。未来，公司拟进一步开发 650V-4500V 等级的 SiC SBD、SiC MOSFET 芯片及耐高温的功率模块，并在轨道交通、新能源汽车、 新能源装备等领域批量应用，进一步提升市场份额。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）