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占電機驅動系統(tǒng)成本一半的IGBT

如今全球的汽車已經進入到智能化時代，汽車對于芯片的需求劇烈增加，以往一個傳統(tǒng)汽車需要的芯片數(shù)量是在五六百顆，到如今一臺具備L2駕駛級別的高配燃油車就需要1000顆以上的芯片，一個配置較好的新能源純電汽車更是需要2000顆以上芯片。而在眾多新能源汽車芯片中，IGBT芯片絕對稱得上“皇冠上的寶石”。

IGBT約占電機驅動系統(tǒng)成本的一半，而電機驅動系統(tǒng)占整車成本的15%-20%，也就是說IGBT占整車成本的7%-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率不僅電機驅動要用IGBT，新能源的發(fā)電機和空調部分一般也需要IGBT?，F(xiàn)如今IGBT單車價值量從過去的650元提升到了2000元，高端車型的價值量要達到4000元以上。

不僅是新能源車直流充電樁和機車（高鐵）的核心也是IGBT管，直流充電樁30%的原材料成本就是IGBT電力機車一般需要 500個IGBT 模塊，動車組需要超過100個IGBT模塊，一節(jié)地鐵需要50—80個IGBT 模塊。

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電子電力行業(yè)的“CPU”

在半導體產品中，功率半導體是包含了功率器件與功率IC兩大類，功率IC相對來說集成芯片的小功率、小電壓產品，功率IC集成度較高，是指將高壓功率器件與其控制電路、外圍接口電路及保護電路等集成在同一芯片的集成電路，主要應用于手機等小電壓產品。

功率器件包括二極管、晶體管和晶閘管三大類，其中晶體管市場規(guī)模最大，晶體管又細分為IGBT、MOSFET、雙極型晶體管等。功率器件是指體積較大，用來處理較大功率、大電壓的產品，IGBT屬于功率器件的一類產品。

資料來源：宏微科技招股說明書，東海證券研究所

IGBT是功率器件中的復合型器件，被稱為電子電力行業(yè)的“CPU”，其由是雙極型三極管（BJT ) 和絕緣柵型場效應管（ MOS ) 結合組成的，綜合了BJT高電流密度和MOS高輸入阻抗的特點，從而具有驅動功率小而飽和壓降低的顯著性能優(yōu)勢。通俗來講，其作用就是將繁雜不一的電力，處理為終端產品所需的規(guī)格。

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IGBT芯片主要用在哪兒

IGBT 應用領域極其廣泛，小到家電、數(shù)碼產品，大到軌道交通、航空航天，以及清潔發(fā)電.新能源汽車、智能電網等戰(zhàn)略性新興產業(yè)都會用到IGBT。

除熟悉的新能源汽車領域外，IGBT芯片更被稱為光伏逆變器的“心臟”，其中光伏逆變器是最主要的應用場景，新能源發(fā)電輸出的電能需要通過光伏逆變器將整流后的直流電逆變?yōu)榉想娋W要求的交流電后輸入電網，這種線路需要將IGBT 模塊性能的可用性實現(xiàn)最大化以保持電網的穩(wěn)定性。

光伏逆變器是IGBT芯片在光伏領域最主要的應用場景

此外，IGBT芯片在工業(yè)控制領域的應用范圍也較大，主要是在變頻器、UPS 電源以及逆變焊機等設備的使用，而白色家電中實現(xiàn)電能轉換均需要功率半導體，其中變頻家電中智能模塊（IPM）也會用到IGBT芯片。

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技術壁壘較高的細分賽道

自問世以來，IGBT不斷在技術迭代，主要向著降低開關損耗和創(chuàng)建更薄的結構方向改善和發(fā)展，其縱向結構、柵極結構以及硅片加工工藝方面不斷升級改進共經歷了七次大型技術演變，各項指標在演變中不斷優(yōu)化。目前，IGBT芯片已經迭代至第七代精細溝槽棚場截止型IGBT，但考慮成本后，應用最廣泛的仍是IGBT第四代產品。

IGBT產業(yè)大致可分為芯片設計、晶圓制造、模塊封裝、下游應用四個環(huán)節(jié)，其中設計環(huán)節(jié)技術突破難度略高于其他功率器件，制造環(huán)節(jié)資本開支相對大同時更看重工藝開發(fā)，封裝環(huán)節(jié)對產品可靠性要求高，應用環(huán)節(jié)客戶驗證周期長，綜合看IGBT屬于壁壘較高的細分賽道。

IGBT技術門檻較高

在IGBT自主國產化道路上，晶圓制造與晶圓DIE環(huán)節(jié)都是亟待突破的技術難關。半導體硅片（也就是晶圓）對純度和尺寸要求較高所以在技術上有著巨大的壁壘，由于起步較晚，目前中國硅片企業(yè)技術積累與國際巨頭存在一定差距，全球90%的半導體硅片市場被5大國際硅片廠商所瓜分，國內能夠商業(yè)化量產硅片的企業(yè)數(shù)量依然較少，且產品主要集中在6英寸以下，8英寸及12英寸產線的產能依然較為稀缺。

與此同時，晶圓DIE（在晶圓上形成的獨立模塊）也需要用到光刻機、光刻機等工具材料，同樣存在“卡脖子”問題。

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打破海外寡頭壟斷

全球IGBT 市場呈現(xiàn)出集中度高，海外廠商英飛凌、富士電機、三菱這 TOP3大企業(yè)占據了超過 50%的市場份額。國外巨頭英飛凌無論在單管還是模塊都處于絕對龍頭地位，而國內廠商市場份額較低，且只在某一產品上具備競爭優(yōu)勢。

國內廠商和國外廠商存在差距的原因主要在于國外廠商成立時間早、技術積累豐富，同時與海外汽車工控等大型企業(yè)合作十分緊密，進而在技術與生態(tài)上優(yōu)勢顯著。國內的幾大廠商進入IGBT領域時間較晚，除技術需要不斷之外，市場認可度及廠商關系也需要逐步建立。

經過多年不懈努力，但國內IGBT行業(yè)企業(yè)已經完成 0-1 的技術突破先從消費級、工業(yè)級中低端產品入手逐步打開市場，目前已經有一些企業(yè)帶來車規(guī)級高端產品市場，而從整個IGBT 的產業(yè)鏈來看，核心環(huán)節(jié)幾乎都是海外企業(yè)為主，但在每一個產業(yè)鏈環(huán)節(jié)，我國均有企業(yè)在積極布局。

根據中商產業(yè)研究院預計2023 年中國IGBT產量有望快速增長達到 3624 萬只，自給率也將達到 32.90%，近年來隨著我國 IGBT 技術的不斷更新迭代，國產廠商逐步突破產能受限問題，加速產能布局目前正處于國產替代的增長階段。