一、功率半導體
功率半導體器件是電力電子裝置實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換、電路控制的核心器件，主要用途包括變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制等，廣泛應用于通訊、消費電子、工控、新能源、軌交、發(fā)電配電等領域。
功率半導體可分為功率二極管、功率晶體管及功率晶閘管，其中功率晶體管又分為MOSFET/IGBT/BJT，2021年功率器件國內(nèi)市場規(guī)模約159億美元（1000億人民幣），其中MOSFET市場規(guī)模約277億元，IGBT約259億元。
二、MOS與IGBT
MOS更強調(diào)工作頻率，IGBT是工作功率與頻率兼具。MOS應用場景較低端，適用于消費電子、家電等中功率高頻率市場，適用電壓500-800V，五菱宏光低端新能源車用MOS管并聯(lián)做驅(qū)動。
IGBT是個開關，透過開關控制改變電壓，結合了BJT和MOSFET的優(yōu)點，既有MOSFET的輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、開關速度快、開關損耗小的優(yōu)點，又有BJT導通壓低、載流能力大、耐壓高的優(yōu)點，被稱為電力電子行業(yè)的“CPU”。到2025年國內(nèi)IGBT市場規(guī)模將達500億+，年復合增速19%以上。IGBT技術代際的核心是同樣面積能做到多大電流。
英飛凌、日本三菱和富士占據(jù)整個IGBT市場70%份額，英飛凌產(chǎn)品覆蓋全領域，三菱和富士集中在傳統(tǒng)工業(yè)應用商。國內(nèi)廠商和國外的差距更多體現(xiàn)在工藝水平和信賴性。國內(nèi)包括比亞迪半導、時代電氣、士蘭微、斯達半導等。比亞迪半導（IDM）全產(chǎn)業(yè)鏈都在做，其中新能源車市場份額占到18-20%，主要內(nèi)部消化。
三、IGBT分類
IGBT根據(jù)封裝形式可分為分立器件（單管和二極管組成）、IGBT模塊（多個IGBT芯片和二極管芯片等組成）和智能功率模塊（IPM），單管主要應用于小功率家用電器、分布式光伏逆變器及小功率變頻器，模塊主要應用于大功率工業(yè)變頻器、電焊機、新能源汽車（電機控制器、車載空調(diào)、充電樁）等領域，IPM模塊主要應用于變頻空調(diào)、變頻洗衣機等白色家電。2018年模塊、單管和IPM市場規(guī)模占比分別為52%、21%、27%。
IGBT根據(jù)使用電壓范圍分為低壓、中壓和高壓三大類。低壓（1200V以下）主要用于低消耗的消費電子（家用電器、白電，變頻）和光伏逆變器領域，家電領域占IGBT市場份額25%左右，國內(nèi)主要是士蘭微。光伏20%左右，主要是分布式光伏，國內(nèi)主要是新潔能，產(chǎn)品是以單管的形式。
中壓（1200V-2500V）主要用于新能源汽車、風力發(fā)電等領域，新能源汽車占IGBT整體30%左右市場份額，進入門檻很高，英飛凌占其中五成以上的份額。風電占整體11%左右。
高壓（2500V以上）主要用于高壓大電流的高鐵、動車、智能電網(wǎng)、工業(yè)電機等領域。
四、硅基與碳化硅基
功率器件按材料類型分為傳統(tǒng)硅基功率器件及寬禁帶材料（SiC、GaN）功率器件。
碳化硅器件相比硅基可支持更大功率密度、體積小、低損耗，提升了逆變效率。但成本更高，在中高端場景優(yōu)勢更明顯，特別是需要高壓、高能量密度應用場景，如充電樁、車載充電機及汽車電驅(qū)等。目前國內(nèi)的碳化硅二極管（SBD）產(chǎn)品較豐富，已經(jīng)是紅海市場。碳化硅MOS管落后很多，還處于送樣驗證階段，和國外差距5-8年，藍海市場。
碳化硅基器件價值量最大環(huán)節(jié)在于襯底，碳化硅襯底長晶速度慢，良率非常依賴工藝積累，國產(chǎn)碳化硅襯底產(chǎn)品目前主要應用在工業(yè)領域，非車規(guī)級，與國外差距5-8年，國際主流是6寸，4寸不做了，國內(nèi)2021年開始研發(fā)6寸，大批量出貨預計5年后。另外碳化硅外延工藝難度也很大。
碳化硅在車載量產(chǎn)導入節(jié)奏主要取決于碳化硅成本結構，五年時間碳化硅產(chǎn)品價格已經(jīng)降了一半，但目前同樣產(chǎn)品碳化硅成本仍是IGBT的2-3倍。碳化硅成本增加主要在內(nèi)阻，內(nèi)阻決定了效率輸出。未來碳化硅和IGBT長期共存。
碳化硅基未來會取代硅基的二極管和三極管，碳化硅SBD取代硅基FRD，碳化硅MOS取代硅基IGBT。
五、IGBT在新能源車中的應用
IGBT應用于汽車中的電池管理系統(tǒng)、電動控制系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等，主要功能是在逆變器中將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動三相電機的交流電，主逆變器負責控制電動機，車輛的最大行程與主逆變器的效率直接相關。IGBT是電動汽車逆變器的核心電子器件，在電動車動力系統(tǒng)半導體價值量中占比52%，占整車成本8-9%。另外跟電動車配套的直流快充充電樁，IGBT成本占到15-18%。新能源車功率器件價值量是傳統(tǒng)車的20倍，模塊多可實現(xiàn)更大功率，加速快。斯達半導、時代電氣是國產(chǎn)突破最快的廠商。
不同于消費電子、光伏等領域，IGBT在車軌領域?qū)敕浅碗s且嚴苛，IGBT廠商需通過下游電控廠及整車廠長達1-2年左右的驗證周期，通過認證門檻后IGBT廠商還需與汽車廠商或Tier1供應商進行2-3年的車型導入測試驗證。測試驗證完成后，汽車廠商也往往不會立即切換，而是要求供應商以二供或三供的身份供貨，再逐步提高裝機量。
新能源車領域純設計商很難進入，主機廠對車載應用的一致性、可靠性、壽命要求非常高，包括產(chǎn)出、產(chǎn)線的固定，行業(yè)內(nèi)IDM是主流，國際大廠如英飛凌、ABB、三菱、富士電機等都是這種模式。
六、標的
�。ㄒ唬⿻r代電氣
央企，IDM廠商，背靠中車集團，08年通過收購英國丹尼克斯介入IGBT領域，產(chǎn)品覆蓋650-6500V，高壓領域市占率全球前五，產(chǎn)品主要供給系統(tǒng)內(nèi)的軌道應用，包括地鐵、輕軌或高鐵，這塊業(yè)務營收占85%。18年開始發(fā)力智能電網(wǎng)、汽車領域。汽車領域核心產(chǎn)品是IGBT模塊，具備提供750V-1200V產(chǎn)品能力，a級車、b級車不同配置都有，客戶主要是一些老國資背景的主機廠，包括一汽、紅旗、廣汽等，通過匯川進入物流車、大巴車及理想、小鵬等造車新勢力。公司與武漢東風、廣汽成立合資公司，公司提供芯片，合資公司負責模組封裝。英飛凌也是采用這種合作方式。
時代電氣已進入高壓輸電領域，主要應用在換流閥，占國網(wǎng)50%份額，南網(wǎng)60%份額。之前這塊主要掌握在國外主流廠家手里。風電變流器模塊進入國內(nèi)大部分主流客戶，海上風電公司有IGBT和10MWIGCT，IGCT也是重要器件，用來做斷路器。
公司兩期8英寸IDM產(chǎn)線，一期年產(chǎn)12萬片、100萬只IGBT模塊封測能力，滿產(chǎn)，以軌道、電網(wǎng)等高壓為主。二期年產(chǎn)24萬片，約240萬只模塊封測能力，以汽車、光伏、儲能等中低壓為主，若全部折算成新能源汽車，可滿足國內(nèi)240萬輛新能源車需求，二期在逐漸釋放產(chǎn)能，到22年底滿產(chǎn)。產(chǎn)線24小時運轉(zhuǎn)，在計劃三期產(chǎn)線。公司還有一條碳化硅產(chǎn)線，在軌交領域已經(jīng)驗證了四五年時間。
2021年前三季度新興裝備產(chǎn)品收入14.89億，同比增28.52%，其中功率半導體7.27億收入，同比增46.69%，不包括對內(nèi)供應軌交、汽車等，新能源汽車業(yè)務收入2.84億，同比增257%。
公司持續(xù)加大研發(fā)投入，每年超過10%的收入用作研發(fā)，2021年前三季度研發(fā)投入10.78億。光研發(fā)投入這塊就是國內(nèi)其他企業(yè)難以望其項背的。公司在英國有研發(fā)平臺，林肯和伯明翰兩個研發(fā)中心。公司核心員工對標市場薪酬
（二）斯達半導
斯達半導專注于IGBT領域，產(chǎn)品覆蓋600-3300V，15年趁英飛凌收購美國IR公司的時候公司收了IR公司功率器件的研發(fā)團隊，起點較高，IGBT全球3%市場份額。
收入構成方面，工控變頻器、UPS電源等收入占70%，工控領域已做到中高端，國產(chǎn)替代邏輯，英飛凌、富士仍然占國內(nèi)大頭；新能源包括電動車、風電、光伏、儲能等，增速很快，營收占30%+。公司08年進入電動車領域，通過匯川在宇通的車上大規(guī)模應用，在大巴車的滲透率比較強。21H1新能源汽車累計裝車量20萬+，全年50萬，其中A級車20%左右，22年計劃100萬，A級車比例會更高。公司產(chǎn)品配套雙電控混動系統(tǒng)、純電動車型和碳化硅系統(tǒng)800V系統(tǒng)主電機控制芯片�；靹�21年已獲得定點，23年開始供貨。公司有車規(guī)級碳化硅產(chǎn)品，主做模塊，20年獲得定點，最快22年H2開始放量乘用車，另外商用車也在22年上量。
碳化硅芯片也在布局，21年底募資35億，用于投資功率芯片和碳化硅芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目，建設周期3年，達產(chǎn)后將形成年產(chǎn)30萬片6英寸晶圓高壓功率芯片、6萬片6英寸碳化硅芯片及400萬片功率半導體模塊生產(chǎn)能力。
斯達的劣勢在于不是IDM，沒有自己的晶圓產(chǎn)能，由華虹代工，只能綁定Tier1出貨。
�。ㄈ┦刻m微
士蘭微，IDM廠商，綜合性半導體公司，產(chǎn)品除了功率器件，還有電源管理、MCU、LED等，IGBT產(chǎn)品電壓覆蓋范圍600-1350V，1200/1300/1700V在開發(fā)，主要應用領域包括車載、工控、家電、光伏，其中IPM（應用在變頻家電）已經(jīng)做到全球10%份額，在擴產(chǎn)。光伏IGBT在導入，當前主要是單管。公司功率器件產(chǎn)品中MOS管較多，在往IGBT發(fā)展，IGBT方面當前主要是單管。公司目前車載IGBT客戶包括零跑、菱電、比亞迪、匯川系（小鵬、理想）、上汽、一汽。
當前8寸6萬片產(chǎn)能，未來會擴產(chǎn)，12寸產(chǎn)能爬坡階段，主要用在光伏和新能源車，21年底到4萬片。正在準備投入二期設備，預計到22年底產(chǎn)能再擴2萬片，12寸2萬片相當于8寸4.5萬片，產(chǎn)出要根據(jù)市場節(jié)奏。12寸的產(chǎn)品規(guī)劃以功率器件為主。到22年IGBT模塊產(chǎn)能做到4萬顆/月。
碳化硅有條中試線，在做碳化硅MOS和車軌模塊研發(fā)，22年可以少量供貨。
公司在新能源車領域起點相比時代電氣和斯達半導低些，但優(yōu)勢在一是IDM廠商，二是有浙江省及杭州市政府重視支持。
圖解IGBT
圖解IGBT
