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在制造業(yè)技術浪潮推動下，中國傳統(tǒng)制造行業(yè)趨向電動化和智能化升級，對能源的轉換效率和電能利用效率均提出了更高的要求。中國IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)技術提升的推進以及下游應用領域覆蓋廣泛對需求的拉動，都促進 IGBT 行業(yè)的快速發(fā)展。

中國IGBT 行業(yè)市場規(guī)模由 2014 年的 79.8 億元增長到2018 年的 159.6 億元，年復合增長率為 18.9%。未來中國 IGBT 行業(yè)市場將持續(xù)增長，預計到 2023 年中國 IGBT 行業(yè)市場規(guī)模有望達到 290.8 億元，市場前景廣闊。

下面就對IGBT行業(yè)展開分析。

電力電子行業(yè)心臟「IGBT」，為何能快速成長為百億級賽道?

一、 IGBT行業(yè)市場研究綜述

(一) IGBT定義及分類

1. 定義

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，即絕緣柵雙極型晶體管，是一種由雙極性晶體管(BJT)和絕緣柵場效應管(MOS)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼并了BJT的導通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小等優(yōu)點和MOS的開關速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單等優(yōu)點，在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的，因而是電力電子領域較為理想的開關器件。

2. 分類

(1)按電壓范圍分類

按照使用電壓范圍，可以將IGBT 分為超低壓、低壓、中壓和高壓幾大類產品，不同電壓范圍對應著不同的應用場景。

(2)按產品類型分類

IGBT從封裝形式分類可以分為IGBT單管(分立器件)、IGBT模塊和IGBT-IPM智能功率模塊三大類產品。

(二) IGBT行業(yè)發(fā)展歷程

IGBT 芯片是 IGBT 模組或分立器件的核心，經歷了六代產品升級。第一代 IGBT 芯片研發(fā)于 1988 年，IGBT 芯片從第一代平面穿通型(PT)發(fā)展到第六代溝槽型電場-截止型(FS-Trench)，經過近三十年發(fā)展。

1. IGBT初步問世階段(1980s-1991年)

20世紀80年代至90年代初期間，IGBT芯片研發(fā)問世并經歷兩代技術更迭。20 世紀 80 年代初期，在美國通用電氣公司和美國無線電公司宣布發(fā)明 IGBT 后，得到世界半導體廠家和研究機構的重視。1988年第一代平面穿通型(PT)型的 IGBT 芯片(PT-IGBT)問世，但這一時期的 PT-IGBT 芯片導通電阻和關斷功耗較高，具有負溫度系數，不利于器件的并聯使用，易造成器件的短路能力較差，因此第一代平面穿通型(PT)的 IGBT 芯片未能得到普及使用。而后1990年，IGBT 研究人員在第一代基礎上發(fā)明第二代改進后的平面穿通型(PT)IGBT 芯片，不但可以降低器件的通態(tài)降壓，還可降低晶體管發(fā)射結的注入系數，運用效果顯著。

2. IGBT指標優(yōu)化階段(1992-2003年)

這一階段，IGBT從第三代溝槽型(Trench)到第六代溝槽型電場—截止型(FS-Trench)，各方面指標都得到了不斷的優(yōu)化。芯片面積縮小為最初的四分之一，工藝線寬從5微米降到0.5微米，通態(tài)飽和壓降從3伏降到1伏，關斷時間也更快，從0.5微秒降到0.15微秒，功率損耗也更低，斷態(tài)電壓也從600V提高到了6500V以上。

3. IGBT應用普及階段(2003年至今)

經歷六代技術更迭之后，IGBT發(fā)展態(tài)勢良好，應用領域廣泛?，F在，大電流高電壓的IGBT已模塊化，它的驅動電路除上面介紹的由分立元件構成之外，現在已制造出集成化的IGBT專用驅動電路，其性能更好，整機的可靠性更高及體積更小。IGBT產品的制造成本、可靠性和性能方面得到大幅度改善，成為了電力電子技術第三代平臺性器件，被廣泛用于家用電器和交通運輸等各個領域，推動了 IGBT 行業(yè)發(fā)展。

(三) IGBT行業(yè)市場規(guī)模

1.全球IGBT行業(yè)市場規(guī)模

受益于工業(yè)控制及電源行業(yè)市場的逐步回暖，以及下游的變頻家電、新能源汽車等領域的迅速發(fā)展，IGBT 市場有望持續(xù)增長。根據英飛凌年報披露，2016-2018年，全球IGBT市場規(guī)模分別達到 45.1、52.6、62.2 億美元，同比增速分別為 6.6%、16.5%、18.4%，全球市場加速增長;預計2023年全球 IGBT 市場規(guī)模將達到約120億美元，并且未來市場規(guī)模有望保持穩(wěn)定增長。

2.中國IGBT行業(yè)市場規(guī)模

在中國“工業(yè) 4.0”趨勢和“中國制造 2025”發(fā)展規(guī)劃的帶動下，中國制造業(yè)進入了快速發(fā)展階段。在制造業(yè)技術浪潮推動下，中國傳統(tǒng)制造行業(yè)趨向電動化和智能化升級，如汽車發(fā)展到新能源汽車、鐵路發(fā)展到磁懸浮高鐵、電網發(fā)展到智能電網，對能源的轉換效率和電能利用效率均提出了更高的要求。由于 IGBT 具有能源轉換和高效節(jié)能等優(yōu)點，因此在電力電子設備應用的比例也在不斷提高，為中國 IGBT 行業(yè)的發(fā)展帶來了良好發(fā)展機遇。根據頭豹數據顯示，中國 IGBT 行業(yè)市場規(guī)模由 2014 年的 79.8 億元增長到 2018 年的 159.6 億元，年復合增長率為 18.9%。未來中國 IGBT 行業(yè)市場將持續(xù)增長，預計到2023 年中國 IGBT 行業(yè)市場規(guī)模有望達到 290.8 億元，市場前景廣闊。

(四) IGBT行業(yè)產業(yè)鏈分析

中國 IGBT 行業(yè)產業(yè)鏈由上至下可分為上游基礎資源供應商，中游 IGBT 生產商，下游應用領域終端用戶。

1.上游分析

中國 IGBT 行業(yè)的上游參與者為EDA軟件、IP授權的設計工具，硅晶圓、封裝材料等原材料供應商和光刻機、檢測設備等設備供應商。硅晶圓是 IGBT 生產的主要原材料之一，在 IGBT 材料生產成本中占比達到30%左右。除此之外，封裝材料是 IGBT 生產的另一種主要原料，可分為塑料封裝、環(huán)氧樹脂封裝、陶瓷封裝和金屬封裝四種。整體而言，中國 IGBT 生產商對進口材料依賴性較大，因此在上游原材料環(huán)節(jié)的議價能力較弱。在 IGBT 設備供應商方面，IGBT 芯片是 IGBT 模組或分立器件的核心，光刻機是 IGBT芯片制造的核心設備之一，而高端光刻機市場已經被荷蘭 ASML壟斷。由此可見，中國在光刻機市場方面的優(yōu)勢不明顯，競爭能力較弱，國外光刻機廠商的議價空間相對較大。

2.中游分析

中國 IGBT 行業(yè)的中游是 IGBT 生產商，主要負責 IGBT 模組或分立器件產品的設計、制造、測試和銷售。由于 IGBT 產品設計和制造工藝精密，這不僅要求 IGBT 生產商需要具備一定的生產工藝水平，也要求 IGBT 生產商的研發(fā)人員具有電力電子、力學、熱學等多學科的知識和制造、測試的操作經驗。

目前全球 IGBT 生產商主要以德國英飛凌、德國賽米控和日本三菱電機、富士電機為主，且這些廠商生產的 IGBT 產品覆蓋應用面廣。中國 IGBT 生產商主要是以具體某個應用領域為主，如斯達半導體的 IGBT 在大功率軌道交通領域已得到突破，比亞迪的 IGBT 在自家新能源汽車上已實現運用。中國 IGBT 行業(yè)領先的企業(yè)擁有較強向上游滲透的意愿，未來，產業(yè)鏈中游規(guī)模較大的 IGBT 生產商發(fā)展空間將逐步增大。

3.下游分析

中國 IGBT 產業(yè)的下游應用廣泛，可大致分為民用領域和工業(yè)領域。民用領域包括電壓力鍋、電烤箱、電視機等變頻白色家電行業(yè);工業(yè)領域包括工業(yè)電機、汽車電子、電力設備等行業(yè)。隨著中國國民收入水平的提升和消費水平的提高，以及中國制造4.0的推進，IGBT在民用領域和工業(yè)領域的需求及要求不斷提升。下游應用領域不僅要求 IGBT 生產商能夠提供種類較全的 IGBT 產品，也要求 IGBT 生產商具有能夠與下游應用產品融合的能力。整體而言，下游應用領域的需求對 IGBT 生產商技術研發(fā)具有重要的推動作用，因此在產業(yè)鏈中的議價能力也將不斷提高。

二、 IGBT行業(yè)驅動因素分析

(一) 下游應用領域覆蓋廣泛，拉動行業(yè)需求

IGBT下游應用廣泛，下游需求逐步擴大，促進 IGBT行業(yè)的快速發(fā)展。IGBT下游應用領域廣泛，汽車行業(yè)、消費電子行業(yè)、能源行業(yè)、電機行業(yè)等都需要利用 IGBT來提高能源使用效率。同時，對于高功耗損耗的電子制造設備，IGBT不僅能夠保障設備工作時的可靠性和安全性，還能對設備起到節(jié)能減排作用。此外，得益于中國經濟的快速發(fā)展，中國電源、能源等行業(yè)發(fā)展環(huán)境良好，為 IGBT 行業(yè)帶來更大的需求。新能源汽車領域需求的快速增長是高端 IGBT 市場規(guī)模增長最重要的驅動因素之一，根據中國產業(yè)信息網統(tǒng)計，2018 年應用于新能源汽車的車規(guī)級IGBT市場規(guī)模已達IGBT整體市場規(guī)模的 31%。

(二) “中國制造 2025”驅動下游轉型升級，帶動行業(yè)需求

目前中國制造業(yè)正逐漸從低端加工向高端附加值轉變，驅動了 IGBT 行業(yè)下游轉型升級。2015 年 5 月，中國國務院發(fā)布《中國制造 2025》，指出要全面提升中國制造業(yè)發(fā)展質量和水平，推進中國制造業(yè)技術創(chuàng)新，提升“中國制造”品牌塑造能力。近幾年，各國都在陸續(xù)推出禁止燃油車銷售時間表，部分車企生產商也宣布了停售燃油車時間，推動了中國汽車行業(yè)逐步向新能源汽車轉型，IGBT 模塊在新能源汽車中發(fā)揮著重要的作用，是新能源汽車和智能汽車電機控制器、充電樁、車載空調等設備的核心元器件。如在新能源汽車充電時，IGBT 的作用不僅是將外界充電的交流電轉換為直流電，還需把220V 電壓轉換成適當的電壓，才可為新能源汽車電池組充電。中國制造業(yè)發(fā)展環(huán)境鼓勵傳統(tǒng)制造業(yè)轉型升級，帶動 IGBT 的應用需求不斷增加，IGBT 行業(yè)迎來新的發(fā)展空間。

(三) 中國 IGBT 技術提升，推動行業(yè)發(fā)展

中國 IGBT 行業(yè)取得了一定的技術進步，推動了中國 IGBT 國產化的進程。中國 IGBT 行業(yè)發(fā)展較晚，從起步時期主要依靠向國外進口發(fā)展到如今已具備IGBT 芯片設計和 IGBT 模塊或分立器件制造能力，表明中國 IGBT 相關產業(yè)的國產率逐步提升。在 IGBT 行業(yè)上游領域，中國在 IGBT 材料和封裝測試取得較大的發(fā)展與進步，中車時代已建立全球第二條、中國首條 8 英寸 IGBT 芯片生產線，此條生產線可年產 12 萬片芯片，和配套形成年產 100 萬只 IGBT 模塊的自動化封裝測試能力，突破了中國在 IGBT 材料、封裝測試的技術瓶頸。此外，在 IGBT 下游應用領域，中國國內高鐵機車用的高壓、大電流 6,500V IGBT芯片在設計和工藝研發(fā)制造技術上均突破了 IGBT 關鍵技術瓶頸，推動了中國 IGBT 行業(yè)發(fā)展。

三、 IGBT行業(yè)制約因素分析

(一) 8 英寸晶圓材料供不應求，限制行業(yè)發(fā)展

近年來，全球硅晶圓材料供貨能力不足，構成了制約 IGBT 行業(yè)發(fā)展的一大因素。由于工藝及成本的限制，半導體功率器件的生產規(guī)模較難從 8 英寸產線轉移到 12 英寸硅晶圓產線，因此，中國對 8 英寸硅晶圓材料產能需求迅速擴大。從全球 8 英寸晶圓供給情況分析，一方面，在全球電動化和智能化的大背景下，功率器件、電源管理芯片及指紋芯片 IC 等應用端均采用 8 英寸硅晶圓作為原材料，導致 8 英寸硅晶圓需求量大增，使得 8 英寸硅晶圓代工廠商的產能供不應求;另一方面， 8 英寸硅晶圓設備短缺現象加劇造成其產能擴張困難。所以，8 英寸晶圓材料供貨困難在一定程度上制約了行業(yè)發(fā)展。

(二) IGBT 投資成本大，制約行業(yè)發(fā)展

相關設備配置成本上升將直接影響中國IGBT 建設投資成本上漲，在一定程度上不利于行業(yè)發(fā)展。建設 IGBT 產業(yè)園或 IGBT 晶圓廠涉及到行業(yè)產業(yè)鏈相關的設備配置，而這些相關設備未實現國產化，需要大量依賴國外進口，致使 IGBT 相關的設備購置成本較高。與此同時，受中美貿易戰(zhàn)影響，全球進口關稅波動影響較大，對 IGBT 相關的設備配置采購成本有一定影響，這在一定程度上增加了 IGBT 行業(yè)相關投資人或企業(yè)對設備配置的投資成本，導致 IGBT 相關投資人或企業(yè)利潤空間變小。

(三) 專業(yè)人才不足，制約行業(yè)發(fā)展

IGBT領域的人才供需失衡的矛盾正日益凸顯，阻礙了行業(yè)的發(fā)展。IGBT 行業(yè)是技術密集型產業(yè)，對多學科交叉的復合型人才需求較大，因此 IGBT 產品的制造需要各類專業(yè)技術工程人才和復合型人才。IGBT 行業(yè)與集成電路行業(yè)、微電子行業(yè)在產業(yè)鏈上游存在著高度關聯性，但中國大部分高校以 SIC、GaN 器件及電源管理芯片作為課題方向，僅有少數高校進行 IGBT 器件相關的教學。同時，這些高校在 IGBT 器件研發(fā)主要限于計算機仿真研究，難以在實際中進行應用，導致中國在 IGBT 設計和研發(fā)方面人才的緊缺，供需失衡制約行業(yè)發(fā)展。

四、 IGBT行業(yè)政策因素分析

IGBT 行業(yè)是中國重點鼓勵和扶持的產業(yè)之一，為扶持中國 IGBT 行業(yè)的發(fā)展，推動中國 IGBT 行業(yè)自主化進程，中國政府推出多項相關政策促進 IGBT 產業(yè)化發(fā)展。

五、 IGBT行業(yè)發(fā)展趨勢分析

(一)國內外 IGBT 市場規(guī)模持續(xù)上升

未來中國 IGBT 行業(yè)市場將持續(xù)增長，市場前景廣闊。IGBT 是誕生于 20 世紀 80 年代的功率半導體分立器件，進入工業(yè)應用時間較晚，雖然目前占整體功率半導體分立器件市場份額仍然不大，但它代表了未來的發(fā)展方向，市場規(guī)模增長很快。在新能源、節(jié)能環(huán)?！笆濉币?guī)劃等一系列國家政策措施的支持下，國內IGBT 的發(fā)展亦獲得巨大的推動力，市場持續(xù)快速增長。2018 年，國內 IGBT 市場規(guī)模達 159.6 億元，2014-2018年的年復合增長率為 18.9%，預計到 2023 年中國 IGBT 行業(yè)市場規(guī)模有望達到 290.8 億元。

(二)行業(yè)趨向模塊化和小型化發(fā)展

IGBT 下游應用領域產品逐步趨向輕量化，推動 IGBT 行業(yè)向模塊化發(fā)展。IGBT 行業(yè)的制造技術是以微細加工和MOS 工藝為基礎，因此采用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 IGBT 生產技術，可將 IGBT 基本相同的構件、零部件制成多功能和通用標準模塊，模塊化和小型化有助于IGBT 企業(yè)降低生產成本，各應用領域要求 IGBT 模組和分立器件尺寸不斷縮小，提高通用化效率，實現生產的高效性和經濟性，所以是行業(yè)的必然發(fā)展趨勢之一。

(三)行業(yè)下游消費電子和家用電器領域向個性化需求增長

行業(yè)下游消費電子和家用電器市場將趨向非標準化、定制化的 IGBT 需求增長，刺激 IGBT 行業(yè)迎來新的增長點。在中國制造業(yè)供給側結構升級的背景下，IGBT 行業(yè)下游應用端的市場競爭日趨激烈，各企業(yè)正積極尋求差異化優(yōu)勢，致使下游應用端企業(yè)對 IGBT 的技術工藝和生產工藝等方面的要求不斷往差異化、定制化、個性化方向發(fā)展。IGBT 生產企業(yè)需要根據下游消費電子、家用電器領域客戶提出的整體生產工藝和定制化設計需求，設計和制造出符合客戶產品的技術和生產工藝，同時還需提供一體化的配套售后服務和產品升級服務等解決方案，促使 IGBT 行業(yè)下游應用端產品趨向多樣化。

六、 IGBT行業(yè)市場競爭格局

(一)全球IGBT行業(yè)市場競爭格局

縱觀全球 IGBT 行業(yè)，以歐美、日本為主的國家和地區(qū)占據絕大部分話語權，行業(yè)集中度高，競爭激烈，頭部效應明顯。英飛凌是絕對的行業(yè)領導者，據HIS Markit 2018年報告數據顯示，英飛凌在 2018 年全球IGBT模塊市場中以34.5%的市占率遙居第一，具有絕對的龍頭地位。此外，市場的主要競爭者有不斷革新的日系頂級玩家三菱電機;車規(guī)級 IGBT 市場的后起之秀比亞迪半導體;國內IGBT龍頭斯達半導等。

(二)中國IGBT行業(yè)市場競爭格局

國內車規(guī)級 IGBT 行業(yè)呈寡頭壟斷格局，英飛凌占近六成市場，比亞迪破局而入，位列第二。根據 NE 時代數據，車規(guī)級 IGBT 行業(yè)集中度極高，CR4 高達 84.4%，CR2 高達 76.2%，形成了以英飛凌與比亞迪為主導的“雙寡頭”格局。2019 年英飛凌獨占鰲頭，以 627503 單位/套的 IGBT 模塊裝機量占據了高達 58.2%的市場份額。作為第一家自主研發(fā)、生產車用 IGBT 芯片的國內公司，比亞迪半導體成為國內市場上最有能力挑戰(zhàn)英飛凌的本土廠商，但目前其市場份額為18%，仍比英飛凌低40%。斯達半導為IGBT 行業(yè)國內龍頭，深耕于工業(yè)級 IGBT， 但其在車規(guī)級 IGBT 領域處于起步階段，市占率僅 1.6%。