本文内容基于***息资料、产业科普资料、官方网站信息，以及文中所涉及的上市公司2020年年报和2021年半年报。仅为基于客观数据和信息的行业研究学习性分享，不构成任何直接投资建议。

正文：

从目前的市场发展来看，IGBT是半导体产业链中的一个重点分支，在国际上被公认为是电力电子技术第三次**中*具代表性的产品之一。从智能制造的行业地位来看，IGBT是工业控制及自动化领域的核心元器件，又被称为“电子电力行业的CPU”。

IGBT电路原理图

IGBT结构组成示意图

什么是IGBT？

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），即绝缘栅双极型晶体管，是一种金属-氧化物-半导体场效应管，由BJT（双极结型晶体管，即三极管）和MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）两种结构复合组成的全控型电压驱动式功率半导体器件。同时具备MOSFET输入阻抗高、开关速度快、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小以及 BJT 导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。

通过IGBT，装备设施能够根据对应装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控的目的。因此，IGBT被广泛应用于新能源、新能源汽车、电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子等领域。

功率半导体开关器件功率-频率分布及应用场景

IGBT适用于各类需要交流电和直流电转换及高低电压转换的应用场景。综合IGBT原理和作用，可将IGBT根据电压等级划分为低压、中压和高压IGBT：

IGBT模组或分立器件的核心是IGBT芯片。从1988年至今，IGBT从**代发展到了第七代。

**代为PT-IGBT，产品采用“辐照”手段，但由于体内晶体结构本身原因会造成“负温度系数”。**代采用“电场终止技术”，增加一个“缓冲层”，改进了PT-IGBT。第三代把沟道从表面变到垂直，因此又叫Trench-IGBT。第四代是NPT-IGBT，其不再采用外延技术，而是通过离子注入的技术来生成P+集电极（透明集电极技术）。第五代FS-IGBT，是第四代产品NPT-IGBT“透明集电区技术”与“电场终止技术”的组合。第六代FS-Trench-IGBT重新在第五代基础上改进了沟槽栅结构，是目前比较主流的产品。而第七代IGBT属于微沟槽电场场截止型，由三菱电机在2012年推出，具有明显降低的正向电压降以及优化的开关性能。

从未来发展来看，IGBT芯片的发展方向是取得一个功耗与功能的平衡，尽量在有限的功耗下，达到更多的功能；或在限定的功能需求下，尽量降低功耗。

我国是IGBT消费大国与生产大国。但是早期在技术方面明显以低端为主，在国家的一系列红利政策推动下，国产IGBT行业经历多轮技术升级和产品研发，已经开始在部分领域走向世界。

来源：HIS、Omdia、Fortune Business Insight、GGII、QYResearch、Yole等

其中，我国IGBT的主要突破口，或者说重大发展领域是新能源。我国的新能源领域IGBT技术和应用已经赶超日本和德国。不过在芯片设计制造、模块封装、封装测试等产业链核心技术上，与日本三菱电机和德国英飞凌仍有明显的差距。

全球功率半导体产业；来源：IHS Markit

株洲中车时代电气股份有限公司（以下简称“中车时代”）、比亚迪股份有限公司（以下简称“比亚迪”）、杭州士兰微电子股份有限公司（以下简称“士兰微”）、天津中环半导体股份有限公司（以下简称“中环股份”）等为代表的IGBT厂商，加快布局IGBT全产业链，形成了以IDM模式和代工厂商模式的IGBT完整产业链，推动了IGBT国产化进程的加快。

根据 IHS Markit数据，2018年全球功率半导体器件市场规模约为391亿美元，预计2021年市场规模将增长至441亿美元，年化增速4.1%。中国是全球*大的功率半导体消费国，在国家产业政策支持下国内市场机遇巨大，预计2021年中国功率半导体市场规模将达到 159 亿美元，年化增速达到4.8%，略高于全球增速。

排除2019至2020年的新冠疫情影响，IGBT市场规模一直处于增长趋势。根据Omdia等多方数据进行测算，2021年起整体需求或将迎来回升，在2021-2024年间，有望实现年化10%以上的复合增长。另据摩根士丹利（Morgan Stanley，“大摩”）预测，未来5年IGBT市场的主要增长动力来源于“变频家电”、“轨道交通”、“清洁能源”和“工业自动化”，5年市场能保持在一个整体11%的增速**。

1）家电变频渗透率提升。

在变频家电中，IGBT*大的市场需**变频空调和变频冰箱。根据英飞凌的数据，功率半导体作为家电变频的核心器件，在变频家电中的单机价值量为9.5欧元，相比普通家电中的0.7欧元提升了十倍以上。

2012-2020年中国变频家电销售情况；来源：Wind

我国变频家电渗透率持续提升；来源：产业在线

根据IHSMarkit预测，全球变频家电销量占比将从2017年的34%增长到2022年的65%。据产业在线数据，2020年我国家用空调产量达14,490.6万台，其中变频空调达8,336.3万台，渗透率达57.5%，至2021年上半年，该渗透率提升至66.1%。随着节能环保意识的不断增强，政策的不断推进，以及产品的升级迭代，未来的变频家电渗透率会持续提升。

2）城镇化率驱动高铁、轨交增长。

一辆动车的加速快慢、电耗高低、舒适度都取决于其 “牵引变流器”，而IGBT是轨交车辆牵引变流器及各种辅助变流器的核心器件。

高铁动力原理示意图

现代轨道交通装备的核心技术之一是交流传动技术，而在交流传动系统中，牵引变流器是关键器件，而电子电力器件中的IGBT则是牵引变流系统*核心的器件之一，是控制电能传输、转换的核心芯片，也是实现列车高速、重载的关键基础。动车组列车根据型号的不同，所需IGBT数量在80-150个之间。

动车组所需IGBT等级及数量；来源：中国铁道科学研究院

来源：国家铁路集团

2020-2025年在我国“新基建”建设涉及的七大产业领域中，城际高铁和轨道交通领域的总投资规模较大，累计带动投资超5.7万亿元。相关市场机构预测，在下游需求的拉动下，将保持5~8%的年均增长速度。

3）光伏及风电渗透率提升。

目前新能源发电以光伏和风力发电为主，二者的整流器和逆变器对IGBT有较大需求。

太阳能光伏发电的实质就是在太阳光的照射下，太阳能电池阵列(即PV组件方阵)将太阳能转换成电能，输出的直流电经由逆变器后转变成用户可以使用的交流电。逆变器是太阳能光伏发电系统中的关键部件，因为它是将直流电转化为用户可以使用的交流电的必要过程，是太阳能和用户之间相联系的必经之路。

太阳能光伏发电原理

以往光伏发电系统是采用MOSFET构成的逆变器，然而随着电压的升高，MOSFET会因其通态电阻过大而导致增加开关损耗，IGBT因其通态电流大、耐压高、电压驱动等特点，在中、高压容量的系统中更具优势，在实际项目中IGBT已逐渐取代MOSFET作为光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件。

据国际能源机构IEA数据显示，2019年全球光伏新增装机115GW。据中国光伏行业协会预测，2021年全球新增光伏装机约150-170GW。

全球光伏IGBT市场规模预估，来源：IEA

IGBT模块在升压斩波和逆变电路中起高频开关作用，IGBT模块占逆变器价值量约为10%-15%，是逆变器的核心器件。目前集中式光伏逆变器成本在0.16-0.17元/W，组串式光伏逆变器成本在0.2元/W左右，总体光伏逆变器成本在0.2元/W左右。根据行业调研数据，IGBT模块占光伏逆变器总成本平均比例约为10%，即光伏IGBT模块价值量约为0.02元/W。

要在2050年达到净零碳排放量所需的风机增长速度；来源：GWEC

根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council，GWEC）发布的《2021年全球风报告》显示，2020年全球风电装机量同比增长53%，总装机量高达93GW，其中陆上风机安装量为86.9GW，较2019年增加59%。GWEC预测，保持当前的全球主要经济体政策环境下，到2025年，全球将新增469GW装量，每年平均稳定增加94GW左右。相比于陆上风机0.3%的复合年化增长率，未来五年的海上风机年复合增长率将高达31.5%，即2020年当年海上总装量为6.1GW，而2025年当年海上总装量为70GW。至2025年年底，全球累计陆上和海上风电装机量将超过1TW