功率半導體IGBT行業(yè)研究：新能源驅動成長國產化率加速攀升

功率半導體IGBT行業(yè)研究：新能源驅動成長，國產化率加速攀升一、市場篇：新能源助力IGBT高增長，缺貨推動國產化加速1.功率半導體市場穩(wěn)健增長，IGBT增速領先功率半導體是電子裝臵中電能轉換與電路控制的核心，是能夠支持高電壓、大電流的半導體，主要用于改變電壓、頻率、電力轉換（將直流（DC）轉換為交流（AC），將交流（AC）轉為為直流（DC））。功率半導體主要產品包括功率器件（二極管、IGBT、MOS、BJT）、功率IC，二極管、晶閘管、BJT屬于第一代功率半導體器件，MOS、IGBT屬于第二代功率半導體器件，附加值更高。2020年全球功率半導體市場規(guī)模達452億美元，中國市場占比約為40%，功率IC市場規(guī)模達243億元

（占比54%），功率器件&模塊市場規(guī)模達209億美元（占比46%）、2016~2020年CAGR達7%，從市場規(guī)模占比來看，整流器、MOSFET、IGBT是最重要的功率器件，市場占比達19%、41%、31%，從成長性來看，IGBT成長性最佳、2016~2020年CAGR達14%。二極管：是不可控型功率半導體器件，主要用于將交流電轉換為直流電，功能類似于機械單向閥，在一個方向上以最小的電阻傳導電流，稱為正向，同時防止電流流向相反的方向。優(yōu)點在于結構和原理簡單，缺點在于無法控制通斷且電流只能正向流通。晶閘管：又稱為可控硅整流器，是一種大功率開關型半導體器件能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。MOS（絕緣柵型場效應管）：金氧半場效晶體管，是一種全控型電壓驅動器件，依照其工作載流子的極性不同可分為“N型”和“P型”，正持續(xù)柵極電壓控制開通，負持續(xù)柵極電壓控制并保持關斷，具有開關頻率高速度快、輸入阻抗高、抗擊穿性好、驅動功率小、驅動電路簡單、開關速度快等優(yōu)點，主要缺點在于通態(tài)壓降大，電流、電壓額定低等。MOSFET主要運用于消費電子、通訊、工業(yè)、汽車電子等領域的中小功率場合例如電腦電源、充電樁等。2020年MOS市場規(guī)模為81億元，2016~2020年CAGR達9%。BJT（雙極型晶體管）：是一種全控型電流驅動器件，具有三個引腳（基極、集電極和發(fā)射極）和兩個結（P結和N結），晶體管中的電荷流動主要由于載流子在PN結處的擴散作用和漂移作用。雙極性晶體管能夠放大信號，同時具有通態(tài)壓降小、通態(tài)損耗小的優(yōu)點，適合給可預測電流消耗的設備供電，被用于構成放大器電路、驅動揚聲器和電動機等設備，并廣泛運用于航天航空、醫(yī)療機械和機器人等領域。BJT的主要缺點在于驅動功率大，頻率低，在高電壓工作條件下電流增益很低。IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）：是由MOS、BJT組成的復合全控型功率半導體，兼具MOS輸入阻扛高、BJT導通電壓低的兩大優(yōu)勢，驅動功率小且飽和電壓低，適用于高壓、大電流領域，是電力電子裝臵的CPU。2.需求端：新能源驅動成長，全球/中國十年CAGR達13%/15%2020年全球IGBT市場規(guī)模達66.5億美元，2016~2020年CAGR達14%。中國市場約占全球市場的40%。從產品類型來看，IGBT可分為單管、IPM、模塊，2020年單管、IPM、模塊市場規(guī)模占比為24%、22%、55%。IGBT單管主要應用于小功率家用電器、分部式光伏逆變器、小功率變頻器，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。2020年市場規(guī)模達15.9億美元，2016~2020年CAGR達14%。IPM模塊應用于白色家電中的變頻空調、變頻洗衣機，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。2020年市場規(guī)模達14億美元，2016~2020年CAGR達5%。IGBT模塊應用于大功率變頻器、電焊機、新能源車、集中式光伏等領域，制造工藝為灌膠工藝。2020年市場規(guī)模達36億美元，2016~2020年CAGR達18%。從電壓等級來劃分，600V以下的低壓IGBT主要應用于消費電子領域，600V~1200V的中壓IGBT主要應用于新能源車、光伏、家電、工業(yè)（電焊機、UPS）領域，1700V以上的超高壓IGBT主要應用于軌交、風電、智能電網領域。從下游應用來劃分，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年工業(yè)、家用、電動車、軌交、光伏、其他行業(yè)市場規(guī)模占比為31%、24%、9%、6%、4%。根據(jù)我們估算，我們預計2025年全球IGBT市場規(guī)模達954億元、2020~2025年CAGR為16%，中國IGBT市場規(guī)模達458億元、2020~2025年CAGR達21%。2030年全球IGBT市場規(guī)模達1609億元、2020~2030年CAGR達13%，中國IGBT市場規(guī)模達732億元、2020~2030年CAGR達15%。其中新能源車、光伏&儲能貢獻了最大增量。2.1

新能源車：IGBT最大增量市場，國內英飛凌、比亞迪、斯達三分天下新能源車市場是IGBT的最大增量，預計2025年全球新能源車IGBT市場規(guī)模達383億元、2020~2025年CAGR達48%，2030年全球新能源車IGBT市場規(guī)模達765億元，2020~2030年CGAR達31%。IGBT主要應用在新能源車的電機控制系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、車載充電機，在主逆變器中IGBT將高壓電池的直流電轉換為驅動三相電機的交流電，在車載充電機中IGBT將220V交流電轉換為直流電并為高壓電池充電，在DC-DC變換器中IGBT將高壓電池輸出的高電壓轉化成低電壓后供汽車低壓供電網絡使用；此外，IGBT也廣泛應用在PTC加熱器、水泵、油泵、空調壓縮機等輔逆變器中，完成小功率DC-AC轉換。我們估算單車IGBT價值量維持1700元。1）IGBT一般占新能源車

BOM成本的5%。根據(jù)StrategyAnalytics，48V輕混車功率半導體單車價值量為90美元，純電動車功率半導體單車價值量達330美元（折合人民幣2100元）。2）一般A00乘用車IGBT單車價值量為800元，A級電動車IGBT單車價值量為2000元，2019~2021年新能源車中A00車占比為20%~25%，我們估算新能源車IGBT單車價值量為1700元。3）目前部分高端車型采用四驅系統(tǒng)（如理想one），四驅系統(tǒng)采用兩個電控模塊，我們估算四驅車型IGBT單車價值量達3200元，預計未來伴隨四驅車型滲透率持續(xù)提升，IGBT單車價值量持續(xù)提升，我們假設2025年四驅車型滲透率達15%，對應2025年新能源車IGBT單車價值量達1980元，四年CAGR為4%，考慮正常年份下IGBT采購年降的影響，預計新能源車IGBT單車價值量維持在1700元。2021年全球新能源車銷量達650萬輛，對應IGBT市場規(guī)模達111億元，中國新能源車銷量達350萬輛，對應IGBT市場規(guī)模達60億元，考慮汽車電子價格正常年降、伴隨A級車占比、四驅車占比提升，預計新能源車IGBT單車價值量維持在1700元，假設2025、2030年全球新能源車銷量達2250萬輛（滲透率25%）、4500萬輛（滲透率50%），對應IGBT市場規(guī)模達383億元、765億元，2020~2025年CAGR達48%、2020~2030年CAGR達31%；假設2025、2030年中國新能源車銷量達1200萬輛（滲透率40%）、1800萬輛（滲透率60%），對應IGBT市場規(guī)模達204億元、306億元，2020~2025年CAGR達54%、2020~2030年CAGR達29%。2.2光伏&儲能：IGBT第二增量市場，國產化率有待提升預計2025年全球光伏&儲能IGBT市場規(guī)模達108億元、2020~2025年CAGR達30%，2030年全球光伏&儲能IGBT市場規(guī)模達280億元，2020~2030年CGAR達25%。IGBT是光伏逆變器、儲能逆變器的核心器件，集中式光伏主要采用IGBT模塊，分部式光伏主要采用IGBT單管或模塊（單相一般采用IGBT單管，三相可選擇IGBT單管或模塊）。光伏的功率半導體單MW價值量為2000~5000歐元，儲能功率半導體單MW價值量為2500~3500歐元，估算IGBT的單價為3000歐元/MW（折合2100萬元/GW）。根據(jù)固德威、錦浪科技的招股說明書，IGBT占原材料采購成本的11%~12%，原材料成本占營業(yè)成本的93%~94%，過去三年毛利率平均值為35%，我們推算IGBT價值量占逆變器市場規(guī)模的7%。2.3傳統(tǒng)領域：家電、工業(yè)及其他市場穩(wěn)健增長白電領域：IGBT主要應用于變頻空調、變頻冰箱、變頻洗衣機，主要產品為IPM和IGBT單管。2020年中國家用變頻空調出貨量為8337萬臺、滲透率為58%，中國變頻洗衣機銷量達2627萬臺、滲透率為42%，中國變頻冰箱銷量達2506萬臺、滲透率為30%，假設未來每年變頻空調、變頻洗衣機、變頻冰箱滲透率提升3%，變頻空調單臺IGBT價值量為40元，變頻冰箱、變頻洗衣機單臺IGBT價值量為10元，對應2020、2025、2030年中國白電IGBT市場規(guī)模達54、70、85億元，2020~2025年CAGR達5%，2020~2030年CAGR達5%?？紤]中國空調產量占比達80%、冰箱產量占比達60%、洗衣機產量占比達40%，對應2020、2025、2030年全球白電IGBT市場規(guī)模達73、94、115億元。工業(yè)及其他領域：2020年全球IGBT市場規(guī)模達67億美元（折合人民幣459億元），中國IGBT市場規(guī)模達26億美元（折合人民幣179億元），扣除新能源車、光伏儲能、白電領域市場需求，我們估算其他領域（主要包括工業(yè)、軌交、電源等領域）全球市場規(guī)模達303億元、中國市場規(guī)模達81億元，預計未來全球、中國其他領域以4%、6%的增速穩(wěn)健增長，對應2025、2030年全球市場規(guī)模達369、449億元，中國市場規(guī)模達109、146億元。工控領域：主要應用領域涵蓋變頻器、逆變焊機、UPS。我們根據(jù)相關上市公司的采購成本構成估算變頻器、逆變焊機、UPS中IGBT價值量占比為11%、5%、12%。預計2025、2030年全球工控IGBT市場規(guī)模達266、322億元，五年、十年CAGR達4%、4%。2.4SiC：優(yōu)勢突出，預計未來六年CAGR超34%第三代半導體材料逐漸成為半導體技術升級的重點方向。第一代半導體材料以硅（Si）、鍺（Ge）等為代表，第二代化合物材料以砷化鎵（GaAs）等為代表，第三代寬禁帶材料以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為代表。SiCMOSFETS優(yōu)勢突出，更適合高壓領域。相對于Si基材料，SiCMOSFETS具有低導通損耗、低開關損耗、高開關頻率、高功率密度等優(yōu)點，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，適用于新能源車、風電光伏等高壓領域，在800V高壓平臺的電動汽車可以充分體現(xiàn)快充、節(jié)能的優(yōu)勢。預計2025、2030年新能源車

SiC模塊市場達218、478億元，五年、十年CAGR達72%、42%。目前SiC模塊主要應用于高性能四驅車的后驅，特斯拉、比亞迪、小鵬均采用該方案，我們假設2025、2030年SiC模塊滲透率提升至15%、25%，考慮SiC模塊價格持續(xù)下降，預計2025、2030年新能源車SiC模塊市場達218、478億元，五年、十年CAGR達72%、42%。考慮SiC模塊對IGBT的替代效應，預計2025、2030年新能源車IGBT市場達325、574億元，五年、十年CAGR達45%、28%。目前國內功率企業(yè)積極布局SiC市場，其車載潛在市場空間更大。3.供給端：缺貨漲價潮助力國產替代加速，2022年國產化率有望達38%3.1行業(yè)國產率較低，2019年僅12%從全球IGBT競爭格局來看，行業(yè)較為集中，根據(jù)Yole，2020年行業(yè)CR3達50%，英飛凌是行業(yè)絕對龍頭、市占率達27%。分產品類型來看：IGBT單管主要應用于小功率家用電器、分部式光伏逆變器、小功率變頻器，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。2020年行業(yè)CR3達53%，英飛凌是行業(yè)絕對龍頭、市占率超29%，國內士蘭微市占率達2.6%、位居第十名。IPM模塊應用于白色家電中的變頻空調、變頻洗衣機，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝。2020年行業(yè)CR3達62%，三菱是行業(yè)絕對龍頭、市占率達33%，國內士蘭微市占率達1.6%、位居第九名，華微電子市占率為0.9%、位居第十名。IGBT模塊應用于大功率變頻器、電焊機、新能源車、集中式光伏等領域，制造工藝為灌膠工藝。2020年行業(yè)CR3達58%，英飛凌是行業(yè)絕對龍頭、市占率達36%，國內斯達半導市占率達2.8%、位居第六名。行業(yè)國產化率較低，2019年僅12%。根據(jù)Yole，從產量來看，2015年國內自給率為10%、2019年國內自給率僅12%，行業(yè)自給率緩慢提升。考慮海外產品規(guī)格更高、預計從市場規(guī)模口徑來看國產化率更低。分行業(yè)來看：新能源車國產率較高，光伏國產化率接近于0。1）新能源車：

得益于近年來中國新能源車市場蓬勃發(fā)展，帶動國內IGBT廠商快速成長，新能源車國產化率相較較高，2019年比亞迪、斯達市占率達20%、17%。2020年斯達半導生產的汽車級IGBT模塊合計配套超過20萬套新能源車汽車、市占率達15%。2）光伏&儲能：2020年國內該領域國產化率接近為0。根據(jù)固德威

2021年年報，“IGBT元器件國內生產商較少，與進口部件相比，產品穩(wěn)定性、技術指標存在一定差異。目前，國產IGBT元器件、IC半導體的性能穩(wěn)定性及相關技術指標未能完全滿足公司產品的技術要求，預計短期內不能完全實現(xiàn)進口替代?！?）工業(yè)：斯達半導是國內工控IGBT龍頭，2019、2020年斯達工控和電源行業(yè)收入達6、7億元，對應市占率約為7%、9%，工控行業(yè)國產化率較低。3.2缺貨漲價潮助力國產替代加速，2022年行業(yè)國產化率有望達38%2020年以來，需求端得益于新能源車、光伏需求爆發(fā)，供給端海外疫情反復限制海外產能，IGBT供需失衡，海外大廠交期持續(xù)上升，價格持續(xù)上升。得益于缺貨漲價潮，IGBT行業(yè)國產化率快速提升。1）2021年英飛凌功率半導體業(yè)務收入同增20%，國內上市公司斯達半導體IGBT收入同增75%，士蘭微

IGBT業(yè)務收入實現(xiàn)翻倍增長，比亞迪半導功率半導體收入同增152%，中車時代功率半導體收入同增33%，新潔能

IGBT收入同增529%。2）我們估算2020、2021年國內上市公司IGBT收入達31、57億元，同增59%、88%，國產化率達為17%、25%，提升5pct、8pct。分行業(yè)來看：新能源車、新能源發(fā)電、工控、白電領域國產化率快速攀升。1）新能源車：2021年比亞迪半導、斯達半導、時代電氣車載IGBT收入約為13、5、2億元，同比均實現(xiàn)翻倍增長，國產化率超30%。2）工業(yè)：

斯達半導是國內工控IGBT龍頭，士蘭微、華潤微、宏微科技等企業(yè)亦有出貨。2021年斯達半導工控和電源IGBT收入約為11億元、同增51%、市占率約為12%，國產化率進一步提升。3）白電：士蘭微是國內IPM龍頭，新潔能、揚杰科技等企業(yè)亦有出貨。2021年士蘭微IPM收入達8.6億元，白電領域IPM模塊出貨量超3800萬顆，同比實現(xiàn)翻倍增長，出貨量市占率達20%，國產化率快速攀升。4）2021年斯達半導、時代電氣、揚杰科技、新潔能光伏IGBT收入均為幾千萬，且處于快速放量階段。展望2022年，供需失衡貫穿全年。1）5月英飛凌公告財年二季報，公司積壓訂單達370億歐元（2021年公司收入為111億歐元，預計2022年收入為130~140億歐元），且80%需求集中于12個月交付，2月英飛凌向經銷商向經銷商發(fā)布通知函、表示2022年供需失衡貫穿全年，或醞釀新一輪產品提價。2）5月安森美內部人士稱2022年、2023年車用IGBT訂單已滿且不再接單。3）1月逆變器龍頭企業(yè)錦浪科技預計2022年四季度前芯片供給難有大改善。4）海外廠商擴產普遍謹慎，主要的增量貢獻是英飛凌投資16億歐元在奧地利菲拉赫12寸產能，于2021年8月投產，預計通過4~5年產能爬坡后貢獻增量收入20億歐元，增量有限。3.3SiC行業(yè)壁壘更高，國內企業(yè)積極布局SiC行業(yè)壁壘更高，競爭格局更優(yōu)，國內企業(yè)積極布局。1）SIC行業(yè)研發(fā)周期長、制造難度高、資金投入高。①產業(yè)鏈涵蓋襯底→外延→設計→制造→封裝，其中襯底、外延、制造、封裝占晶片加工成本的50%、25%、20%、5%，其中SiC單晶生長過程幾乎是黑箱操作、難以觀測、難度極高。②英飛凌1992年開始進行碳化硅材料布局，直至近兩年方開始大規(guī)模建廠擴產，2022年2月英飛凌宣布將投資20億歐元擴充第三代半導體產能，預計項目達產貢獻增量收入達20億歐元。2）SiC襯底、外延片集中度最高，Wolfspeed市占率達50%，羅姆、II-VI市占率達35%，三家公司長晶爐均為自己設計。SiC功率器件的主要玩家包括意法半導體、英飛凌、Wolfspeed、羅姆、安森美、三菱，2021年CR3達76%。3）國內企業(yè)紛紛布局SiC領域，其中2020年比亞迪半導作為全球首家、國內唯一實現(xiàn)SiC模塊在電機驅動控制器中大批量裝車。2022年時代電氣投資4.6億元將現(xiàn)有4英寸SiC芯片年1萬片產能提升至6英寸SiC芯片年2.5萬片。2021年斯達半導募資5億元擬投產年產6萬片的6寸SiC芯片，截至2021年9月斯達半導已獲得3.4億車規(guī)級SiCMOSFET模塊訂單。2021年H1

士蘭微

SiC功率半導體中試線已成功通線，預計于2022年三季度投產。二、壁壘篇：技術壁壘+客戶壁壘+資金壁壘高，行業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯1.技術壁壘：芯片設計+芯片制造+模塊封裝IGBT核心技術為IGBT芯片的設計和制造以及IGBT模塊的設計、制造和測試。芯片設計端，芯片參數(shù)優(yōu)化對工程師的知識儲備和經驗積累要求極高；芯片制造端，生產流程長、生產設備多、工藝流程要求高；模塊封裝端，工程師需要對針對不同客戶需求對封裝進行細微調整；IGBT行業(yè)對人才、設備要求極高。1.1IGBT芯片技術升級趨勢IGBT芯片的結構設計包括元胞結構、柵極結構、縱向結構、終端結構等。其中主要迭代對象為柵極結構和縱向結構，IGBT芯片的不同代系通常以

“柵極結構+縱向結構”來命名。IGBT芯片的柵極結構主要包括平面柵（PlanarGate）、溝槽柵（TrenchGate），其中溝槽柵又進一步衍生為精細化溝槽柵、微溝槽柵。IGBT芯片的縱向結構逐步由穿通型（PunchThrough）演變?yōu)榉谴┩ㄐ?/p>

（NonPunchThrough），而后向場截止型（Field-Stop）方向發(fā)展。1.早期設計：穿通型（PT，PunchThrough）：使用重摻雜的P+襯底作為起始層，在此之上依次生長N+buffer，N-base外延，最后在外延層表面形成元胞結構。它因為截止時電場貫穿整個N-base區(qū)而得名。工藝復雜，成本高，而且需要載流子壽命控制，飽和壓降呈負溫度系數(shù)，不利于并聯(lián)，于80年代后期被逐漸取代。2.IGBT2：平面柵（Planar）+非穿通型（NPT，NonPunchThrough）：

相比PT，NPT使用低摻雜的N-襯底作為起始層，先在N-漂移區(qū)的正面做成MOS結構，然后用研磨減薄工藝從背面減薄到IGBT電壓規(guī)格需要的厚度，再從背面用離子注入工藝形成P+collector。在截止時電場沒有貫穿N漂移區(qū)，因名非穿通型。部分IGBT2產品在高頻開關應用領域仍有一定銷量。3.IGBT3：溝槽柵（Trench）+場截止（Field-Stop）：1）柵極結構變?yōu)闇喜坌?，電子溝道垂直于硅片表面，消除了JFET結構，增加了表面溝道密度，提高近表面載流子濃度，性能更加優(yōu)化。2）縱向結構方面，場截止的起始材料和NPT相同，都是低摻雜的N-襯底；場截止在背面多注入了一個Nbuffer層，它的摻雜濃度略高于N-襯底，因此可以迅速降低電場強度，使整體電場呈梯形，使所需的N-漂移區(qū)厚度大大減??；Nbuffer還可以降低P發(fā)射極的發(fā)射效率，從而降低了關斷時的拖尾電流及損耗。在中低壓領域基本已經被IGBT4取代，但在高壓領域依然占主導地位，比如3300V，4500V，6500V的主流產品仍然在使用IGBT3。4.IGBT4：溝槽柵+場截止+薄晶圓：和IGBT3一樣，都是場截止+溝槽柵的結構，但IGBT4優(yōu)化了縱向結構，漂移區(qū)厚度更薄，背面P發(fā)射極及Nbuffer的摻雜濃度及發(fā)射效率都有優(yōu)化。IGBT4是目前使用最廣泛的IGBT芯片技術，電壓包含600V，1200V，1700V，電流從10A到3600A具有涉及。5.IGBT5：溝槽柵+場截止+表面覆銅：使用厚銅代替了鋁，銅的通流能力及熱容都遠遠優(yōu)于鋁，因此IGBT5允許更高的工作結溫及輸出電流。同時芯片結構經過優(yōu)化，芯片厚度進一步減小。銅的成本高于鋁，IGBT5未得到廣泛應用，目前只封裝在PrimePACK?里，電壓也只有1200V，1700V。6.IGBT6：溝槽柵+場截止：器件結構和IGBT4類似，但是優(yōu)化了背面P+注入，從而得到了新的折衷曲線。IGBT6未得到廣泛應用，只有單管封裝的產品。7.IGBT7：微溝槽柵+場截止：IGBT7作為最新一代技術，其溝道密度更高，元胞間距也經過精心設計，并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù)，從而實現(xiàn)5kv/us下的最佳開關性能。目前，IGBT7尚未得到廣泛應用，但發(fā)展前景廣闊。英飛凌的相關產品中，T7用于電機驅動器，E7應用于電動商用車主驅，光伏逆變器等。隨著光伏產業(yè)、新能源汽車產業(yè)的發(fā)展，IGBT7有望進一步推廣。1.2IGBT芯片設計壁壘：難點在于不同參數(shù)的均衡取舍IGBT芯片由于其工作在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下，對芯片的可靠性要求較高，同時芯片設計需保證開通關斷、抗短路能力和導通壓降（控制熱量）三者處于均衡狀態(tài)，芯片設計與參數(shù)調整優(yōu)化十分特殊和復雜。1.3IGBT芯片制造壁壘：難點在于減薄工藝、背面工藝IGBT芯片工藝難度較高，難點主要在于薄片工藝和背面工藝。IGBT芯片工藝可以按流程分為正面工藝、減薄工藝、背面工藝三個階段。減薄工藝需克服8英寸以上的硅片減薄至一定程度后極易翹曲、破碎的技術難題。芯片減薄可以顯著提升散熱效率、減小芯片體積、提高器件性能。對于特定IGBT器件，芯片厚度需要減薄到100um的量級，后續(xù)的加工處理非常困難，硅片極易破碎和翹曲。背面工藝需解決離子注入、背面激光退火難的問題。在對已減薄的硅片進行離子注入的過程中，需要借助激光退火技術來精確控制硅片面的能量密度。因正面金屬熔點限制，背面退火難度較大。背面離子注入需要用到離子注入設備，該設備技術難度極高，通常需通過國外采購，每臺價格接近1億元，會受到進口限制。1.4IGBT模塊封裝壁壘：難點在于高可靠性IGBT模塊的封裝技術難度高，高可靠性設計和封裝工藝控制是其技術難點。IGBT模塊具有使用時間長的特點，汽車級模塊的使用時間可達15年。因此在封裝過程中，模塊對產品的可靠性和質量穩(wěn)定性要求非常高。高可靠性設計需要考慮材料匹配、高效散熱、低寄生參數(shù)、高集成度。封裝工藝控制包括低空洞率焊接/燒結、高可靠互連、ESD防護、老化篩選等，生產中一個看似簡單的環(huán)節(jié)往往需要長時間摸索才能熟練掌握，如鋁線鍵合，表面看只需把電路用鋁線連接起來，但鍵合點的選擇、鍵合的力度、時間及鍵合機的參數(shù)設臵、鍵合過程中應用的夾具設計、員工操作方式等等都會影響到產品的質量和成品率。2.客戶壁壘：認證周期長，先發(fā)企業(yè)優(yōu)勢明顯IGBT產品取得客戶認可的時間較長。由于其穩(wěn)定性、可靠性方面的高要求，客戶的認證周期一般較長，態(tài)度偏向謹慎，在大批量采購前需要進行多輪測試。新進入者很難在短期內獲得下游客戶認可。以汽車級IGBT為例，認證全周期可達2-3年。IGBT廠商進入車載市場需要獲得AEC-Q100等車規(guī)級認證，認證時長約12-18個月。通過后，廠商還需與車廠或Tier1供應商進行車型導入測試驗證，這一過程可能持續(xù)2-3年。在測試驗證完成后，供應商通常會先以二供或者三供的身份供貨，再逐步提高量。而在需求穩(wěn)定的情況下，車廠出于供應鏈安全考慮，更傾向于與現(xiàn)有供應商保持合作，新IGBT供應商可能無法得到驗證機會。3.資金壁壘：制造端屬于重資產行業(yè)，新建項目投資高昂IGBT制造屬于資本密集型行業(yè)，其產業(yè)鏈較長，包括芯片設計、芯片制造、模塊制造、測試等環(huán)節(jié)；部分設備依賴進口，成本高昂。產品研發(fā)階段亦需要較長研發(fā)時間和較高研發(fā)成本。三、財務篇：國內企業(yè)成長性更佳，海外龍頭毛利率、研發(fā)費率更高我們選取國外頭部廠商英飛凌、安森美，以及國內廠商時代電氣、斯達半導、士蘭微、華潤微、宏微科技、揚杰科技、新潔能進行財務對比。從成長性來看，得益于國產化率提示，過去五年國內企業(yè)成長性優(yōu)于海外大廠，其中斯達半導2016~2021年收入、歸母凈利五年CAGR達42%、79%，領先行業(yè)。2022年Q1斯達半導收入、歸母凈利同增67%、102%，領先行業(yè)。從ROE來看，各家企業(yè)ROE波動較大，2021年九家企業(yè)ROE均高于10%，其中士蘭微最高、達30.8%，新潔能次之、達30.5%。2021年多家企業(yè)ROE大幅提升主要系功率半導體缺貨漲價潮下盈利能力大幅提升。海外龍頭毛利率更高且穩(wěn)定性更強，受價格周期影響國內部分企業(yè)盈利能力波動性較大。從凈利率、毛利率來看，受益于功率半導體行業(yè)缺貨漲價潮，近兩年各企業(yè)盈利能力明顯提升。海外龍頭英飛凌、安森美毛利率較高且較為穩(wěn)定，2021年英飛凌、安森美毛利率達39%、40%，國內斯達半導毛利率達36%、且呈現(xiàn)穩(wěn)步提升，新潔能、士蘭微毛利率波動性較大，宏微科技毛利率顯著低于同業(yè)，但周期性明顯。國內企業(yè)費率更低，凈利率明顯優(yōu)于海外企業(yè)，受益于毛利率提升、規(guī)模效應，斯達半導凈利率持續(xù)提升、2021年達23%，新潔能、士蘭微凈利率波動性較大。從固定資產率來看，IDM模式中尚處于前期投入期的企業(yè)較低，士蘭微、華潤微2021年固定資產周轉率僅1.7、1.9次；采用Fabless的新潔能固定資產周轉率最高、2021年達8次。從應收賬款周轉天數(shù)來看，海外大廠賬期普遍較短，2021年英飛凌、安森美應收賬款率達8.6、7.9次，國內企業(yè)華潤微最佳、僅7.6次，但賬期普遍拉長。四、投資分析1.斯達半導：國內IGBT模塊龍頭，新能源業(yè)務快速放量公司主營為IGBT模塊，2021年IGBT模塊收入達16億元、收入占比達93%，公司下游主要為工控和電源、新能源，收入占比為62%、33%。主要客戶包括英威騰、匯川技術等企業(yè)。目前公司采用Fabless模式，代工廠為上海華虹、上海先進等。國內IGBT模塊龍頭自建晶圓廠，由Fabless走向IDM。1）公司成立于2005年，是國內首批IGBT公司，2011年，公司研發(fā)出工業(yè)級中等功率模塊；2012年公司研發(fā)出第一代自研芯片NPT型IGBT芯片，2015年公司對標英飛凌主流第四代IGBT芯片的FS-Trench芯片成功研發(fā)，并于2016年實現(xiàn)量產。2020年公司IGBT模塊排名全球第六，較2019年提升一名，全球市占率達2.8%，是國內唯一進入全球IGBT模塊前十的公司。2）2021年末公司定增募資35億元自建晶圓廠，預計達產后形成6寸高壓功率芯片30萬片/年、6寸SiC芯片6萬片/年，功率半導體模塊400萬片/年。新能源業(yè)務快速增長。1）2021年公司新能源行業(yè)收入達5.7億元、同增166%，公司應用于主電機控制器的車規(guī)級IGBT模塊持續(xù)放量，合計配套超過60萬輛新能源汽車、其中A級車超15萬輛，應用于主電機控制器的車規(guī)級IGBT模塊開始大批量配套海外市場，預計2022年海外市場份額將會進一步提高。2）截至2021年9月公司已獲得3.4億車規(guī)級SiCMOSFET模塊訂單，交貨周期為2022~2023年。2.比亞迪半導體：國內新能源車IGBT模塊龍頭，SiC全球首家批量上車公司主營業(yè)務為車規(guī)級半導體，產品涵蓋功率半導體（IGBT模塊、SiC器件、IPM）、智能控制IC（MCU）、智能傳感器（CMOS）等業(yè)務，2021年公司功率半導體收入達13.5億元、收入占比43%。公司功率半導體業(yè)務采用IDM模式，是國內新能源車IGBT模塊龍頭。1）公司于2005年組建IGBT團隊，2007年組建IGBT模塊產線，2008年公司收購寧波中緯半導體、建立6寸晶圓生產線，2009年自研成功IGBT1.0芯片，標志中國IGBT芯片實現(xiàn)0突破。2）2019年公司在中國新能源乘用車電機驅動控制器用IGBT模塊廠商中位列第二、僅次于英飛凌、占比達19%。3.士蘭微：國內功率IDM大廠，MOS、IPM模塊國內市占率領先公司業(yè)務涵蓋分立器件、集成電路及發(fā)光二極管三大板塊，2021年收入占比達53%、32%、10%。分立器件覆蓋MOSFET、IGBT、PIM、FRD、SBD等產品，集成電路板塊覆蓋IPM、MEMS、AC/DC、DC/DC、MCU、PMIC等產品。2021年公司IGBT收入達13億元，收入占比為18%。其中IPM模塊收入達8.6億元，實現(xiàn)翻倍增長，變頻白電IPM模塊銷量達3800萬顆，我們估算在變頻白電IPM市占率達20%；工控IGBT單管批量供貨，車規(guī)IGBT產品通過部分汽車廠商測試，開始小批量供貨；光伏IGBT單管已在國內部分光伏客戶逐步上量。2020年公司IPM模塊全球市占率達1.6%、排名第九，IGBT單管全球市占率達2.6%、排名第十，MOSFET全球市占率達2.2%、排名第十。4.時代電氣：軌交裝備龍頭，軌交電網IGBT龍頭，新能源IGBT快速放量公司是主營為軌道交通裝備產品，2021年公司總收入達151億元，軌交業(yè)務收入占比達81%，新興裝備（功率半導體、工業(yè)變流器、海工裝備、傳感器件、新能源車電驅）收入占比17%。公司功率半導體業(yè)務采用IDM模式，2021年公司8英寸IGBT晶圓月產能達36萬片/年。1）2008年10月公司通過收購英國Dynex75%股權正式將業(yè)務拓展進入高壓IGBT領域，2009年公司建成國內首條高壓IGBT模塊封裝線，2014年公司建成國內首條、全球第二條8寸IGBT晶圓產能，產能達12萬片/年，2017年公司高壓IGBT模塊成功應用于電力系統(tǒng)領域，并研制出世界最大容量壓接型IGBT。2020年公司建成8寸IGBT晶圓二期項目，設計產能24萬片/年，目前處于產能爬坡階段。2）2022年公司投資4.6億元將現(xiàn)有4英寸SiC芯片年1萬片產能提升至6英寸SiC芯片年2.5萬片。5.華潤微：國內功率IDM大廠、MOSFET龍頭公司主營業(yè)務包括產品與方案（功率器件、集成電路）、制造與服務（代工、封測），公司是中國本土領先的以IDM模式為主經營的半導體企業(yè)，同時也是中國本土最大的功率器件企業(yè)之一。2021年公司總收入達92億元，其中功率半導體收入達38億元，MOSFET收入達26億元，IGBT收入約2億元。2020年，公司占全球MOSFET分立器件市場份額的3.9%，位居世界第八。2021年末公司6英寸晶圓制造產能