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推荐精品新能源汽车功率半导体IGBT芯片行业分析报告

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2016年4月

目录

一、功率半导体，未被挖掘的金矿3

1、功率半导体，渗透人类生活方面3

2、IGBT，功率半导体“皇冠上的明珠”6

3、功率半导体行业竞争格局10

二、新能源汽车爆发，带动功率器件百亿新需求12

1、新能源汽车半导体用量翻番，功率半导体成最大需求12

2、新能源汽车和充电桩带动百亿新需求15

三、大国重器助力IGBT国产化16

1、高铁动车组大量使用IGBT模块16

2、从发电端到用电端，IGBT在智能电网中应用广泛17

3、军工电子化进程推动IGBT在武器装备的应用18

四、国产化趋势明确，爆发时点已到18

1、IGBT芯片进口比例超九成，市场替代空间大19

2、国内已形成完整产业链19

3、IGBT国产化爆发时点已到20

五、主要风险20

六、重点企业：

台基股份20

功率半导体是半导体行业一个重要的分支，在新能源汽车和充电桩的带动下，以IGBT为代表的功率半导体行业迎来了新的成长机遇，国产化进程有望加速，首次覆盖给予“增持”评级。

新能源汽车进入爆发期，功率半导体迎来春天。

功率半导体占到新能源汽车新增半导体用量的76%，新能源整车半导体用量的50%。

IGBT模块是新能源汽车电控系统和直流充电桩的核心器件，成本占到新能源整车成本的10%，占到充电桩成本的20%。

未来几年是新能源汽车及充电桩市场将进入爆发期，IGBT作为其核心器件也将迎来黄金发展期，我们预计未来5年国内新能源汽车和充电桩市场将带动200亿IGBT模块的需求。

高铁、军工、智能电网，大国重器推动IGBT国产化。

1）高铁等轨道交通使用的IGBT模块，每列动车组需要使用超过100个IGBT模块，目前几乎全部依赖进口；2）在智能电网中，从发电端（光伏发电、风力发电）、输电端（高压直流输电、柔性输电）到用电端（变频空调、洗衣机、冰箱）都离开IGBT的应用；3）功率半导体是现代军事和武器装备的核心器件之一，军工国产化、电子化进程助力IGBT国产化。

国产化趋势明确，爆发时点已到。

IGBT芯片进口比例超九成，市场替代空间大，国内已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链。

我们认为未来三大动力助力IGBT国产化：

1）政策上，国家意志推动半导体行业崛起，作为高铁、军工中关键的功率半导体器件，国家会给予政策和资金上的支持；2）资金上，功率半导体采用特色工艺，属于超越摩尔定律范畴，不追求先进制程，资金投入仅为集成电路的1/10，国内厂商可以利用资本优势获得先进工艺，快速追赶海外巨头；3）技术上，国内企业从低端功率器件起家，积累多年开始向高端器件进军，以南车、比亚迪为代表的厂商已实现技术突破，成功实现国产化IGBT在高铁和新能源汽车中的应用，未来会有更多的国内功率器件厂商切入这一蓝海市场。

一、功率半导体，未被挖掘的金矿

1、功率半导体，渗透人类生活方面

集成电路处理的是信息，而功率半导体处理的是能量。

半导体有两个大的分支：

一是以大规模集成电路为核心的微电子技术，实现对信息的处理、存储与转换；另一个是以功率半导体为核心的电力电子技术，实现对电能的处理和变换。

功率半导体器件是实现电能处理和变换的开关器件，是弱电控制强电的桥梁，可以实现用数十伏电压来控制上万伏上千安电流的开关状态。

功率半导体包括功率分离器件和功率集成电路，用于对电流、电压、频率、相位、相数等进行变换和控制，以实现整流（AC/DC）、逆变（DC/AC）、斩波（DC/DC）、开关、放大等各种功能。

根据开关特性不同，功率半导体器件可以分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件，不可控型器件以功率二极管为代表，半控型器件以SCR（晶闸管）为代表，门极信号只能控制导通而不能关断，全控型器件包括GTR、IGBT、GTO、IGCT等，通过门极信号可控制导通和关断。

从消费电子到高铁，功率半导体渗透到人类生活的方方面面。

功率半导体主要用在使用在整流器、变频器、逆变器等电力变换装臵中，小到手机、白电，大到高铁、输电站都离不开功率半导体的应用。

随着电力电子技术的发展，以及国际社会对于绿色低碳环保的重视，功率半导体的应用也从传统的工业控制和3C产业（计算机、通信、消费电子），扩展到空调、冰箱、洗衣机等变频家电行业，混合动力汽车和电动汽车等新能源汽车行业，光伏发电、风力发电以及智能电网等电力行业、高铁、轨道交通等电气化铁道行业。

功率半导体市场规模达千亿。

ICInsights数据显示，2015年全球功率半导体营收规模140亿美元，增长6%，其中功率分离器件产值占总体市场将近2/3比重，功率模组产值占比1/3。

ICInsights预计2016年功率半导体的营收规模将达到153亿美元，增速超过9%，增速将超过集成电路。

2、IGBT，功率半导体“皇冠上的明珠”

IGBT是技术最为先进的功率半导体器件之一。

从器件结构来看，IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）是由BJT（双极型三极管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动型功率半导体器件。

性能上，IGBT兼具了MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT芯片诞生于1982年，由GE公司和RCA公司首先宣布。

一经发布引起了世界许多半导体厂家和研究者的重视，国际上各大半导体公司都投入巨资开发IGBT芯片。

自IGBT研制成功以来，随着工艺技术不断改进和提高，电性能参数和可靠性日趋完善。

IGBT芯片的发展已经从第一代的平面栅穿通（PT）型发展到了第六代沟槽珊场截止型。

IGBT芯片发展的四大趋势是：

薄片工艺，目的是减少热阻；小管芯，主要是提高器件的电流密度；大硅片，主要是减少成本，Infineon已经成功开发出12寸的IGBT芯片晶圆；新材料，主要以SiC和GaN宽禁带半导体材料为代表。

IGBT是功率半导体中应用极为广泛，而且正在取代其他功率器件成为主流。

与MOSFET等功率器件相比，IGBT可以实现大功率和低功耗的最佳平衡，因此应用也最为广泛，其电压区间从300V到6500V，应用场景可以从到微波炉、空调到高铁、飞机等。

从产品形式来看，IGBT又分为单管和功率模块，单管是由单个IGBT芯片封装而成，适用于变频空调冰箱洗衣机等小功率场景，功率模块是由多个IGBT芯片和FRED芯片（一种功率二极管芯片）组成电路封装而成，适用于新能源汽车、高铁等中大功率场景。

IPM智能功率模块是一种改进版的IGBT模块，它在IGBT模块的基础上加入了一些智能控制、温度检测等控制器、传感器。

IGBT百亿市场空间，新能源车成最大成长动力。

2014年全球IGBT的市场规模达到了35亿美元，占到了整个功率器件市场的1/3。

新能源车市场给IGBT市场带来了新的成长动力，根据Yole的预测，2020年全球IGBT器件市场将达到62亿美元，2014-2020年的复合增长率达到10%。

新能源汽车用IGBT器件市场是成长最快的市场，预计2020年市场规模将超过30亿美元，5年的复合增长率为25%。

3、功率半导体行业竞争格局

功率半导体与集成电路相同，采用的都是硅工艺，上游为材料设备厂商，下游为应用厂。

不同的方面有：

1、在功率半导体领域是以IDM为主，集设计制造封装为一体，国际主流厂商Infineon、Fuji等大部分采用IDM模式；2、功率半导体制造属于特色工艺，不追求先进制程，属于超越摩尔定律范畴，目前部分采用的8英寸晶圆和018um工艺制造。

功率半导体的工艺流程技术含量高，制造难度不亚于大规模集成电路，目前国内与国外先进水平仍存在较大差距，主流技术与国外相差两代以上，国内产品以中低端为主，很多中高端功率半导体器件依赖进口。

全球功率半导体主流厂商主要集中在欧洲、美国、日本，且大部分属于IDM厂商。

Infineon（英飞凌）是全球最大的功率半导体厂商，引领着全球IGBT等功率半导体技术的变革。

半导体进入国际大并购时代，功率半导体行业合并也是风起云涌。

2014年英飞凌30亿美元收购IR（国际整流器），继续稳固其在功率半导体行业霸主地位，全球市占率超过20%，近期ONsemiconductor（安美森）出资24亿美元收购Fairchild（仙童），成为全球第三大功率半导体厂商。

我国是全球最大的功率半导体市场，消耗了全球市场30%的功率器件，但是我国功率半导体产业发展相对滞后，主要凭借着劳动力优势进入低端功率半导体器件市场，高端大功率器件几乎全部依赖进口。

经过多年的技术研发和经验积累，我国功率半导体厂商开始向高端器件市场突破，逐步实现进口替代。

二、新能源汽车爆发，带动功率器件百亿新需求

1、新能源汽车半导体用量翻番，功率半导体成最大需求

功率半导体占到新能源汽车中半导体用量的50%。

新能源汽车动力总成系统电气化，使每辆汽车半导体元器件用量大幅提升。

StrategyAnalytics数据显示，纯电动汽车（EV）半导体元器件用量达到673美元，相较于传统汽车297美元的半导体用量增加了127%，其中大部分新增用量的是功率半导体器件。

以HEV为例，新增的半导体元器件用量367美元，其中76%是功率半导体器件，新增的功率半导体用量达到了279美元，已经接近于传统汽车半导体元件总用量。

电气化是汽车行业发展的大趋势，尤其是政策推动下，新能源车的高速渗透加速了这一进程。

随着新能源汽车渗透率的大幅提升，功率半导体作为新能源汽车的核心器件，将迎来新的爆发机遇，而国内相关厂商有望分享这一盛宴。

IGBT是电控系统的核心器件，约占新能源整车成本10%。

电机控制系统主要由逆变器、逆变器驱动器、电源模块、中央控制模块、信号检测模块、软启动模块、保护模块、机械结构、散热系统等构成。

电控的核心器件是逆变器，是由功率半导体（多个IGBT芯片和FRED芯片）组成的模块，主要功能是实现蓄电池提供的直流电与驱动电机的交流电之间的变换。

从成本结构来看，IGBT模块约占新能源车电机控制系统成本40%~50%，根据StrategyAnalytics数据显示，逆变器成本分别占到HEV、PHEV、EV核心电动系统（电池、电机、逆变器、充电系统）总成本的30%、10%、7%。

除此之外，IGBT也是车载空调控制系统和充电系统的核心器件之一。

IGBT是充电桩的核心器件，成本占直流充电桩成本的20%以上。

充电桩分为直流充电桩（快充）和交流充电桩（慢充）。

直流充电桩一般由处理运算单元、执行单元、数据采集、电源管理、总线单元组成，包含IGBT模块、MCU、门驱动光耦、MOSFET、电源管理芯片等器件。

直流充电桩的输入采用三相四线380V±15%电网交流电，频率为50Hz，经过整流器变为直流电，再经过PFC升压，而后经过DC-DC隔离转换输出可调直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。

由于IGBT等器件的高成本，直流充电桩成本是交流充电桩成本的5~7倍，但其快速充电性能决定其成为行业大趋势，国家电网近期招标中对直流充电桩的投资比重已远超交流充电桩。

2、新能源汽车和充电桩带动百亿新需求

未来几年将是新能源汽车及充电桩行业爆发时期，IGBT作为其核心器件也将迎来黄金发展期。

2015年1月~10月月份我国新能源汽车累计销量为17万辆，同比增长290%。

根据国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，到2020年，我国纯电动车和插电式混合动力汽车生产能力要达到200万辆，累计销量超过500万辆。

《电动汽车充电基础设施建设发展规划》提出，到2020年我国充电桩要达到450万个，充电站达到12万座。

IGBT模块作为HEV/EV、充电桩的核心部件，存在巨大的市场空间。

新能源汽车和充电桩将带动200亿IGBT模块市场。

新能源汽车用IGBT模块规格一般为600V~1200V/200A~800A，充电桩需要的IGBT模块功率相对要小。

不同功率、不同电机数量的新能源汽车所需的IGBT模块差别较大，我们按照均价来计算，保守预计未来5年新能源汽车和充电桩将带动我国IGBT模块200亿的市场需求。

三、大国重器助力IGBT国产化

1、高铁动车组大量使用IGBT模块

IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。

交流传动技术是现代轨道交通技术装备的核心技术之一，在交流传动系统中牵引变流器是关键部件，而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一。

鉴于IGBT对交流传动技术的巨大促进作用，西门子、庞巴迪、阿尔斯通、三菱等拥有先进交流传动系统技术的国外公司都有紧密的IGBT制造企业为之配套，它们投入大量资金，有效组织电力电子和微电子业界的专门人才进行联合开发，一直占据着高压大电流IGBT器件研发的制高点。

随着应用的发展，IGBT技术的发展重点转到模块技术上来。

IGBT模块多以超大功率IGBT模块与IGBT-IPM智能功率模块为主。

IGBT-IPM是以IGBT芯片为基体，内含接口、传感、保护和功率控制等功能电路的智能功率模块。

在轨道交通牵引应用领域中，经过市场的磨合，IGBT模块的主要厂商集中到Infineon、MITSUBISHI、ABB与TOSHIBA上。

大功率IGBT模块是电力机车和高速动车组的必需组件。

电力机车一般需要500个IGBT模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50-80个IGBT模块。

我们目前有近1500列动车组，每列动车组需采用80~150个IGBT模块，常用模块等级为3300V/1200A和6500V/600A，几乎全部依赖进口。

2、从发电端到用电端，IGBT在智能电网中应用广泛

对于智能电网来说，从发电端、输电端、变电端到用电端都离不开IGBT的应用。

从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。

从输电端来看，特高压直流输电、FACTS柔性输电技术同样需要大量使用IGBT等功率器件。

从变电端来看，IGBT是电力电子变压器（EPT、PET）的关键器件。

从用电端来看，变频空调、冰箱、洗衣机、微波炉、LED照明驱动等都对IGBT等功率半导体形成了大量的需求。

3、军工电子化进程推动IGBT在武器装备的应用

功率器件大量运用到军工装备中，并且受益于军工装备电气化电子化浪潮。

以舰艇为例，20世纪70年代后，具有代表性的几种功率电子器件逐步应用到了舰艇上，彻底改变了舰艇能量变换的面貌。

进入21世纪后，各国海军纷纷开始策划为本国的新一代水面主力作战舰艇配备全电推进系统，典型的如英国海军的45型防空驱逐舰和美国海军建造的DDG1000驱逐舰，前者成为世界上第一种全电推进的水面作战舰艇，其核心为燃气轮机电力推进系统，而后者的核心则是综合电源系统模块。

真正意义上的全电推进系统（AES）由荷兰海军于2001年提出，是更为先进的面向未来的系统，即除了推进系统外，舰艇上所有的阀门、绞盘以及方向舵等目前采用液压系统或者压缩空气系统控制的机械设施也将采用电驱动，成为真正意义上的全电战舰。

出色的电能分配系统对于全电推进舰船至关重要，全电系统的配电网络中关键技术之一就是变频技术。

交流推进电机应用于船舶推进，其关键是要解决交流电机的调速控制问题，而交流调速系统的核心器件就是IGBT等功率器件。

四、国产化趋势明确，爆发时点已到

1、IGBT芯片进口比例超九成，市场替代空间大

中国是制造业大国，每年消耗大量的功率半导体器件，全球超过30%的功率器件是销往中国大陆的。

2014年中国IGBT市场规模约为70亿元，随着物联网、新能源、节能环保、智能电网以及高铁等产业的发展，对功率半导体器件需求将更加迫切。

但是从产业链来看，IGBT等高端功率器件核心技术和市场被英飞凌、三菱等欧美及日本企业高度垄断。

有数据显示国内市场90%以上的IGBT芯片依赖进口，可见国内在高端功率器件上的空白。

功率器件不仅关系到国计民生的问题，也是国防军事的重中之重。

加快发展我国功率半导体行业，实现进口替代，是我国半导体行业崛起的关键环节，也为国内企业带来巨大市场机会。

目前IGBT是一个相对成熟的市场，国外品牌占据垄断地位。

从地域来看，欧美品牌的产品主要用在电力和通讯行业，而日本的品牌主要用于电磁炉、变频空调、冰箱、洗衣机等家电类居多。

从公司来看，英飞凌是全球IGBT器件龙头，通过收购IR，公司在IGBT市场占有率达到20%。

日本三菱的IGBT模块在高电压大功率方面具有技术优势，也开始大量应用于军工、电力电子等行业。

Semikron主要从事IGBT模块的后端封装工作，其IGBT芯片主要使用的是Infineon、ABB产品。

国内IGBT技术相对落后，有部分厂商从事IGBT后端模块封装制造。

2、国内已形成完整产业链

与国外主要是IDM模式不同，国内IGBT产业链包括IDM模式和代工模式，IDM模式厂商包括南车时代电气、北车永济、比亚迪、华微电子、士兰微等，代工模式厂商包括做芯片制造的先进半导体、华虹宏力、华润微电子等，做单管封装的长电科技等，做模块封装的嘉兴斯达、南京银茂、宏微科技等。

南车时代电气：

公司是我国最早开发大功率半导体器件的单位之一，也是我国铁路机车大功率半导体器件研究开发及生产基地。

公司已掌握IGBT芯片技术研发、模块封装测试和系统应用，国内IGBT行业的领军企业，。

公司于2008年收购了英国IGBT芯片厂商Dynex，投资15亿元建设了国内首条８英寸IGBT芯片生产线，产线已于2014年开始投入生产，预计16年将实现年产12万片8英寸IGBT芯片晶圆，配套生产100万只IGBT模块。

北车永济电机：

我国最大的轨道交通电机电器生产企业之一，具备国际水平的高压大功率IGBT封装制造能力，研制成功具有世界先进水平的最高电压等级6500V级、最高电流等级3600A级IGBT产品。

公司的IGBT产品已装车3万支并实现出口。

比亚迪：

公司最开始是通过购买Infineon、ABB等公司的IGBT芯片，并在比亚迪微电子的深圳工厂完成封装，生产IGBT产品。

2008年公司以171亿元收购宁波中纬6英寸产线，开始研发电动车用IGBT芯片，现在开始部分使用自己的IGBT芯片。

近期公司与上海先进半导体制造公司签署战略产业联盟协议，双方将实现优势互补，共同打造IGBT国产化产业链，致力于将国产IGBT芯片会大规模应用在比亚迪新能源汽车之中。

先进半导体：

上海先进半导体制造股份有限公司经过20多年引进消化，逐渐掌握了多项先进的半导体制造技术，特别是在IGBT、汽车电子、MEMS等特定的半导体制造工艺技术领域处于国内领先地位，是国内生产IGBT芯片最多的公司，至今累计生产IGBT芯片超过80万片。

公司已经与中国中车、比亚迪、上汽、国家电网合作，推动新能源汽车、电网、高铁IGBT芯片的国产化。

嘉兴斯达：

国内IGBT模块封装领先企业，产量以及销量位列国内IGBT行业第一。

公司是由沈华博士（MIT电子材料博士，曾就职于infineon）于2005年创立，目前已形成年产100万只IGBT模块的生产能力。

3、IGBT国产化爆发时点已到

在功率半导体行业，国内发展一直比较滞后。

经过多年的追赶，随着国内半导体行业整体的崛起，功率半导体行业也迎来了新的转机。

新能源汽车带来功率器件新应用场景，国产厂商有望抓住机遇，打破国外垄断市场：

1）政策：

集成电路关系到国家的信息安全，而功率半导体关系到国家的国防安全，IGBT模块更是高铁、舰艇、电网行业关键器件。

早在1996年，当时的国家计委就把发展IGBT芯片及模块产业化作为重点项目，近年来更频频出台政策支持IGBT国产化项目，国家“863”项目、国家重大科技专项等一批“国字号”科研项目纷纷将IGBT技术的研制与产业化列为重大课题。

在政策支持下，南北车在IGBT国产化也取得很大的突破。

2）资金：

功率半导体属于超越摩尔定律范畴，不追求先进制程，建设产线的投资规模远仅占先进制程集成电路产线的1/10甚至更低。

南车收购Dynex75%股权的价格为一亿元人民币，可见国内厂商完全可以利用资本优势投建产线或者海外收购，实现快速追赶国外巨头。

3）技术：

经过多年的积累，南车时代、北车永济、比亚迪、先进半导体已取得很大的技术进步，中车已自主研发了6500V/3600A的IGBT模块。

国内厂商与海外巨头之前的技术差距正在缩小，国产化进程正加速进行。

五、主要风险

1、我们计划到2020年实现新能源汽车保有量达到500万辆，充电桩建设450万台，如果新能源汽车销量和充电桩建设进展不达预期，可能会影响IGBT模块厂商业绩。

2、如果受到专利限制、关键设备进口受限等情况发生，IGBT国产化进程可能会出现放缓的风险。

六、重点企业：

台基股份

GBT模块封装产线已建成，看好公司IGBT业务前景。

公司目前产品为晶闸管等第一代功率半导体器件，下游主要应用在钢铁冶金等重工业，受宏观经济波动影响较大。

目前钢铁冶金行业收入占到公司总营收的一半，随着第二代功率半导体IGBT的投产，公司有望切入新能源汽车和充电桩等蓝海市场，实现客户结构的调整。

未来5年，我国新能源汽车保有量将达到500万辆，充电桩数量达到450万台，将带动200亿IGBT模块市场需求，公司在功率半导体行业积累多年，是国内大功率半导体行业的龙头企业之一，未来有望深度受益于IGBT模块市场的爆发。

有望受益军工电子化大趋势。

功率半导体是现代军事和武器装备的核心器件之一，拥有高端先进的电力电子技术成为强大国防力量的可靠保障。

随着军工领域的投资增长和军工电子化大趋势，国产功率半导体器件将会得到广泛应用和快速发展。

凭借着在大功率半导体行业龙头地位和军工领域的积极布局，公司有望受益于军工电子化浪潮。