【1. IGBT：电力电子行业中的核心器件】
在电力电子行业里，IGBT被称作「CPU」。
IGBT的综合性能很优秀。IGBT的全名叫绝缘栅双极型晶体管，是由绝缘栅型场效应管和双极型三极管这两部分组成的。它有MOSFET输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快，还有BJT通态电流大、导通压降低、损耗小等优点，是功率半导体今后主要的发展方向之一。
IGBT性能优异，下游应用很广泛。
IGBT有高功率密度、驱动电路简单、安全工作区宽等特点，所以成了中大功率、中低频率电力电子设备的首选。在工作频率不到105Hz时，硅基IGBT是功率半导体器件的首选，功率在几千瓦到十兆瓦之间，一般用在工业控制（像变频器、逆变焊机、不间断电源这些）、新能源汽车（主电驱、OBC、空调、转向等方面）、新能源发电（光伏逆变器、风电变流器）、变频白电（IPM）、轨道交通（牵引变流器）、智能电网等领域。
IGBT技术的发展走向
从正面栅极结构来讲，它的结构有一个演化过程，是从平面栅发展到沟槽栅，再到最新的微沟槽栅，现在市场上主流的IGBT芯片大多是沟槽栅结构的。栅极结构从平面发展成沟槽这种变化，对提高电流密度有好处，还能让导通压降降低，元胞尺变小，制造成本也能降低。
从体结构方面看，它经历了三代的演变，分别是穿通型（PT，Punch Through）、非穿通型（NPT，Non - Punch Through）和场截止型（FS，Field Stop）。
IGBT芯片凭借持续的技术迭代，各项性能指标持续优化。从最初的平面穿通型（PT）发展到2018年的精细沟槽栅场截止型，芯片面积、工艺线宽、导通压降、关断时间以及功率损耗等各项技术指标一直在不断优化。
英飞凌IGBT芯片的迭代经过。
英飞凌的IGBT芯片技术已经迭代到了第七代，从最开始的平面穿通型IGBT发展到微沟槽场截止IGBT。（这里没把仅有单管封装产品的IGBT芯片列出来）。
【2.空间：新能源等驱动IGBT需求持续增长】
全球IGBT市场的规模已经突破了66亿美元。
全球IGBT的市场规模一直在增长，现在已经超66亿美元了。研究机构Omdia的数据显示，在过去差不多十年里，全球IGBT市场规模持续扩大，2012年是32亿美元，到2020年就变成66亿美元了，这八年的复合增长率大概是10%。从全球范围来说，工控和新能源汽车是IGBT下游需求占比最大的两个领域。从下游需求来看（数据是2017年的），工控是IGBT目前需求最大的市场，占比达到37%；新能源汽车是第二大市场，需求占比为28%；接下来是新能源发电和变频白电市场，它们的需求占比分别是9%和8%。
全球IGBT市场里，中国市场规模占了将近四成，而且增长速度还更快。
中国IGBT市场规模涨得特别快，2019年就已经超150亿元了。智研咨询的数据显示，中国IGBT市场规模增速很快，2012年是60亿元，到2019年就变成155亿元了，复合增长率在15%上下，比全球IGBT市场规模的增速要高。
工控是IGBT需求的基本盘，以后会稳步增长。
IGBT可是变频器、逆变焊机、UPS电源、电磁感应加热这些传统工业控制和电源行业里的核心元器件。就拿工控领域里最常用的变频器来说吧，变频器就是把固定的电压和频率转变成电压与频率都能变化的设备，一般是由整流、滤波、逆变、制动、驱动和检测这些电路组成的。IGBT一般用在变频器的逆变电路和制动电路里，主要是用在逆变电路。变频器靠内部IGBT的开合来调整输出电源的电压和频率。
IGBT最重要的增量市场：新能源汽车
在新能源汽车里，IGBT可是核心元器件呢。这IGBT在新能源汽车中被广泛运用，整车性能受它的影响很大。新能源汽车中，电机控制器、车载充电器（OBC）、车载空调，还有给新能源汽车充电的直流充电桩，这些地方都主要用到了IGBT。
在新能源发电方面，IGBT在光伏和风电行业里被广泛运用。
光伏发电得经过光伏逆变器才能并入电网，而IGBT是光伏逆变器的核心部件。光伏逆变器在太阳能光伏发电系统里属于关键设备，它能把光伏发电产生的直流电转变成符合电网电能质量要求的交流电，IGBT是光伏逆变器的核心部件。
变频白电，IGBT有个重要的应用领域，那就是变频家电。
在我国，变频白色家电的渗透率一直在不断提高。我国白色家电里的三大品类，它们的销量这几年稳定在大概3亿左右。而且，由于节能减排的要求越来越高，我国白色家电的变频化比率也在持续上升。产业在线的数据显示，2021年的时候，空调、冰箱和洗衣机的变频化率分别是68%、34%和46%，以后这个比率还会进一步提高。
轨道交通里，IGBT在轨道交通牵引方面是个核心器件。
交流传动技术是现代轨道交通牵引传动方面的主要选择，也是核心技术。交流传动是这么个原理：车辆通过受电弓从接触网获取单相交流的高压电，把这电传给车载牵引变压器降压，接着用整流器把它变成直流电，再让逆变器把直流电转变成调频调压的三相交流电，最后给到交流牵引电机，这一整个过程有交 - 直 - 交的转换。交流传动有这些优势：（1）牵引和制动性能不错；（2）功率因数高，产生的谐波干扰小；（3）电机功率大，体积小，重量轻，运行起来可靠性高；（4）动态性能和粘着利用的效果好。
【3.格局：外资垄断集中度高，国产替代持续加速】
IGBT这个行业，进入的壁垒特别高。
技术壁垒：IGBT的技术涉及IGBT芯片、模组的设计与制造。（1）IGBT芯片得在大电流、高电压、高频率环境里工作，这对芯片可靠性要求很高；芯片设计还得让开通关断、抗短路能力、导通压降达到均衡。所以IGBT芯片自主研发要求特别高，设计和参数的调整优化既特殊又复杂，需要积累很多行业经验（know how）。（2）IGBT芯片制造环节难度也不小，一是IGBT芯片背面工艺难，二是IDM模式自己建产能要投入大量资金，Fabless模式得和代工厂在技术和工艺上深度磨合。（3）在模块这块，因为模块集成度高，又在大电流、高电压、高温等恶劣环境下工作，所以在模块设计和制造工艺时得同时考虑绝缘、耐压、散热、电磁干扰等很多因素。要让IGBT模块产品有高可靠性、稳定性和一致性，也得长时间积累行业经验。
市场壁垒：IGBT作为下游应用产品的关键器件，其性能、可靠性与稳定性会直接影响下游产品的性能。所以，客户引入IGBT时，验证测试周期很长，替换成本也高。这样一来，客户挑选IGBT时往往比较保守谨慎，而且选定之后，想要更改和替换的意愿都很弱。
IGBT的壁垒很高，所以就形成了一种格局，这种格局就是被少数外资垄断。
全球IGBT市场现在被德国、日本和美国的企业垄断着。IGBT行业的进入门槛挺高的，外资厂商开展业务又早，先发优势很显著（英飞凌第一代IGBT产品1988年就有了），所以就形成了现在这种德日美等国企业垄断IGBT市场的情况。当前全球IGBT排名前五的厂商是英飞凌、三菱、富士电机、安森美和赛米控。英飞凌、三菱、富士电机和安森美都是IDM模式，把产业链的上中下游垂直整合起来了，构建起很强大的竞争优势。
格局有了变化：国产不断进步，再加上供应链安全这一因素，国产替代就换挡提速了。
国产替代加速有内在原因：（1）IGBT属于功率半导体器件，技术迭代慢、周期长，一代产品能用很久，超十年。而且客户大多看重IGBT产品的稳定性和可靠性，不太想追求新技术（英飞凌2007年推出的第四代IGBT芯片现在还是行业主流产品）。所以，尽管国内IGBT厂家起步晚，但行业给了本土厂家足够的发展和追赶时间，现在国内IGBT厂商技术发展快，已经有产品能大量满足下游客户需求了。（2）本土IGBT企业服务更到位，能很快回应下游客户需求，产品价格比外资企业有优势，有助于下游客户降低成本。（报告来源：未来智库）
【4.国内车规级IGBT产业链梳理】
国内车规级IGBT的产业链。
车规级IGBT产业链主要有四个环节：一是芯片设计，二是晶圆制造，三是模块封装，四是下游的电控系统应用。
本土企业里，时代电气和比亚迪在业务上是垂直整合的，从IGBT芯片设计一直到最末端的电控系统都有涉及；士兰微是IDM大厂，业务也完整涵盖芯片设计、晶圆制造和模块封装；斯达和宏微都是Fabless模式，一心扑在芯片设计和模组封装方面，晶圆制造外包给晶圆代工厂来做；智新半导体和青蓝半导体只专注于模组封装这一块；华虹、积塔和中芯绍兴专门做IGBT晶圆代工的活儿。
斯达半导的营收在稳定增长，新能源所占的比例也在不断提升。
公司的营业收入一直在稳定增长，过去五年的复合增长速度达到了41.5%，在营收方面呈现出稳定的增长性。由于公司下游的工业控制、新能源汽车、新能源发电和变频白电等行业发展得很快，再加上公司IGBT产品的进口替代比例不断提高，公司营业总收入从2016年的3.01亿元增加到了2021年的17.07亿元，五年间的复合增长率达到了41.5%这么高。
比亚迪半导体可是车规级IGBT方面的领先企业呢。
这家公司在国内车规级半导体企业里处于领先地位。它以前是比亚迪半导体事业部（第六事业部），现在主要做功率半导体（IGBT、碳化硅器件）、智能控制IC（MCU芯片、电源IC）、智能传感器和光电半导体的研发、生产与销售工作。
时代电气：高压IGBT领域的龙头要进军车规级市场了。
轨交装备的龙头企业一直在拓展新兴装备业务。这家公司主要做轨道交通装备产品的研发、设计、制造、销售和相关服务，像轨道交通电气装备、轨道工程机械、通信信号系统这些都在其产品范围内。同时呢，这个公司也不断在拓展轨道交通以外的新兴业务，像功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器和海工装备等都是。
【5.碳化硅——第三代半导体功率器件大有可为】
碳化硅材料的性能很优越。
像硅、锗这样的元素半导体，还有砷化镓、碳化硅、氮化镓之类的化合物半导体材料，在半导体里是比较常见的。按照研究和大规模应用时间的先后顺序，在业内一般会把半导体材料分成三代：
第一代半导体材料的代表是硅和锗，集成电路是其典型应用。在半导体材料里，硅基的产量最大，应用范围也最广。
第二代半导体材料以砷化镓为代表。砷化镓的电子迁移率是硅的6倍还多，它的器件有着高频、高速的光电性能，所以在光电子和微电子领域被广泛运用。
第三代半导体材料以碳化硅和氮化镓为代表。跟前两代半导体材料比起来，碳化硅禁带宽度大、击穿电场强度高、热导率高、电子饱和速率高，抗辐射能力也强。这些特性让它适合在高压、高频、高温的环境里使用，在电力电子领域制造高功率半导体器件时特别适用。
碳化硅器件在性能上也比硅基器件要好。
碳化硅材料有很棒的特性，以它为基础制成的碳化硅功率器件在电气性能方面很优越：
碳化硅材料的击穿电场强度是传统硅基材料的十倍呢，所以碳化硅功率器件的耐高压性能可比同规格的硅基功率器件强多了。
耐高温这方面呢，碳化硅有两个优势。其一，碳化硅的热导率是硅材料的三倍还多。在功率一样的时候，它散热能力更好，温度能更低，这样一来，在器件散热设计上要求就没那么高了，有助于提高集成度，让器件朝着小型化发展。其二，碳化硅的禁带宽度是硅基的三倍还不止呢。禁带宽度越宽，器件能承受的极限工作温度就越高（半导体器件在高温下会出现载流子本征激发现象，这会让器件没法用了），所以碳化硅功率器件的极限工作温度能超过600℃，但现在硅基的IGBT工作温度通常是175℃。
碳化硅饱和电子漂移速度超硅两倍多，这样一来，碳化硅器件导通电阻就更低，导通时损耗小。而且碳化硅器件没有电流拖尾的情况，开关损耗也比硅基器件低，还能实现更高的开关频率。
碳化硅产业会快速发展起来。
新能源汽车的应用带动了碳化硅器件市场的高速增长。Yole预测，因为碳化硅在新能源汽车、工业和能源等方面的需求在增加，全球碳化硅器件市场会从2021年的10亿美元增长到2027年的60多亿美元，复合增长率能达到34%。汽车碳化硅器件市场呢，会从2021年的6.85亿美元增长到2027年的大概50亿美元，复合增长率高达40%，到2027年的时候，汽车碳化硅器件市场规模会占碳化硅器件市场总规模的80%上下。
【报告节选：】
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。要是想使用相关信息，请查看报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站
