行业国产化率较低，2019 年仅 12%。根据 Yole，从产量来看，2015 年国 内自给率为 10%、2019 年国内自给率仅 12%，行业自给率缓慢提升。考 虑海外产品规格更高、预计从市场规模口径来看国产化率更低。
分行业来看：新能源车国产率较高，光伏国产化率接近于 0。1）新能源车： 得益于近年来中国新能源车市场蓬勃发展，带动国内 IGBT 厂商快速成长， 新能源车国产化率相较较高，2019 年比亚迪、斯达市占率达 20%、17%。 2020 年斯达半导生产的汽车级 IGBT 模块合计配套超过 20 万套新能源车 汽车、市占率达 15%。2）光伏&储能：2020 年国内该领域国产化率接近 为 0。根据固德威 2021 年年报，“IGBT 元器件国内生产商较少，与进口部 件相比，产品稳定性、技术指标存在一定差异。目前，国产 IGBT 元器件、 IC 半导体的性能稳定性及相关技术指标未能完全满足公司产品的技术要求， 预计短期内不能完全实现进口替代。”3）工业：斯达半导是国内工控 IGBT 龙头，2019、2020 年斯达工控和电源行业收入达 6、7 亿元，对应市占率 约为 7%、9%，工控行业国产化率较低。
3.2 缺货涨价潮助力国产替代加速，2022 年行业国产化率有望达 38%
2020 年以来，需求端得益于新能源车、光伏需求爆发，供给端海外疫情反 复限制海外产能，IGBT 供需失衡，海外大厂交期持续上升，价格持续上升。
得益于缺货涨价潮，IGBT 行业国产化率快速提升。1）2021 年英飞凌功 率半导体业务收入同增 20%，国内上市公司斯达半导体 IGBT 收入同增 75%，士兰微 IGBT 业务收入实现翻倍增长，比亚迪半导功率半导体收入 同增 152%，中车时代功率半导体收入同增 33%，新洁能 IGBT 收入同增 529%。2）我们估算 2020、2021 年国内上市公司 IGBT 收入达 31、57 亿 元，同增 59%、88%，国产化率达为 17%、25%，提升 5pct、8pct。
分行业来看：新能源车、新能源发电、工控、白电领域国产化率快速攀升。 1）新能源车：2021 年比亚迪半导、斯达半导、时代电气车载 IGBT 收入 约为 13、5、2 亿元，同比均实现翻倍增长，国产化率超 30%。2）工业： 斯达半导是国内工控 IGBT 龙头，士兰微、华润微、宏微科技等企业亦有 出货。2021 年斯达半导工控和电源 IGBT 收入约为 11 亿元、同增 51%、 市占率约为 12%，国产化率进一步提升。3）白电：士兰微是国内 IPM 龙 头，新洁能、扬杰科技等企业亦有出货。2021 年士兰微 IPM 收入达 8.6 亿 元，白电领域 IPM 模块出货量超 3800 万颗，同比实现翻倍增长，出货量 市占率达 20%，国产化率快速攀升。4）2021 年斯达半导、时代电气、扬 杰科技、新洁能光伏 IGBT 收入均为几千万，且处于快速放量阶段。
展望 2022 年，供需失衡贯穿全年。1）5 月英飞凌公告财年二季报，公司 积压订单达 370 亿欧元（2021 年公司收入为 111 亿欧元，预计 2022 年收 入为 130~140 亿欧元），且 80%需求集中于 12 个月交付，2 月英飞凌向经 销商向经销商发布通知函、表示 2022 年供需失衡贯穿全年，或酝酿新一 轮产品提价。2）5 月安森美内部人士称 2022 年、2023 年车用 IGBT 订单 已满且不再接单。3）1 月逆变器龙头企业锦浪科技预计 2022 年四季度前 芯片供给难有大改善。4）海外厂商扩产普遍谨慎，主要的增量贡献是英飞凌投资 16 亿欧元在奥地利菲拉赫 12 寸产能，于 2021 年 8 月投产，预计 通过 4~5 年产能爬坡后贡献增量收入 20 亿欧元，增量有限。
供不应求的背景下，国产化率进程取决于产能释放速度，2022 年国产化率 有望达 37%。从国内 IDM 模式的龙头 IGBT 产能规划来看，比亚迪半导、 中车时代 2022 年 8 寸晶圆产能均实现翻倍增长，从国内 Fab 厂（华虹半 导、中芯绍兴、先进积塔）IGBT 产能规划来看亦能实现 60%以上成长， 从产能数据来看，我们估算 2022 年国内产能同增 90% ，我们估算 2022 年国内上市公司 IGBT 收入有望实现翻倍增长，国产率达 37%。（报告来源：未来智库）
3.3 SiC 行业壁垒更高，国内企业积极布局
SiC 行业壁垒更高，竞争格局更优，国内企业积极布局。1）SIC 行业研发 周期长、制造难度高、资金投入高。①产业链涵盖衬底→外延→设计→制 造→封装，其中衬底、外延、制造、封装占晶片加工成本的 50%、25%、 20%、5%，其中 SiC 单晶生长过程几乎是黑箱操作、难以观测、难度极高。 ②英飞凌 1992 年开始进行碳化硅材料布局，直至近两年方开始大规模建 厂扩产，2022 年 2 月英飞凌宣布将投资 20 亿欧元扩充第三代半导体产能， 预计项目达产贡献增量收入达 20 亿欧元。2）SiC 衬底、外延片集中度最 高，Wolfspeed 市占率达 50%，罗姆、II-VI 市占率达 35%，三家公司长晶 炉均为自己设计。SiC 功率器件的主要玩家包括意法半导体、英飞凌、 Wolfspeed、罗姆、安森美、三菱，2021 年 CR3 达 76%。3）国内企业纷 纷布局 SiC 领域，其中 2020 年比亚迪半导作为全球首家、国内唯一实现SiC 模块在电机驱动控制器中大批量装车。2022 年时代电气投资 4.6 亿元 将现有 4 英寸 SiC 芯片年 1 万片产能提升至 6 英寸 SiC 芯片年 2.5 万片。 2021 年斯达半导募资 5 亿元拟投产年产 6 万片的 6 寸 SiC 芯片，截至 2021 年 9 月斯达半导已获得 3.4 亿车规级 SiC MOSFET 模块订单。2021 年 H1 士兰微 SiC 功率半导体中试线已成功通线，预计于 2022 年三季度投 产。
二、壁垒篇：技术壁垒 客户壁垒 资金壁垒高，行业先发优势明显1. 技术壁垒：芯片设计 芯片制造 模块封装
IGBT 核心技术为 IGBT 芯片的设计和制造以及 IGBT 模块的设计、制造和 测试。芯片设计端，芯片参数优化对工程师的知识储备和经验积累要求极 高；芯片制造端，生产流程长、生产设备多、工艺流程要求高；模块封装 端，工程师需要对针对不同客户需求对封装进行细微调整；IGBT 行业对人 才、设备要求极高。
1.1 IGBT 芯片技术升级趋势
IGBT 芯片的结构设计包括元胞结构、栅极结构、纵向结构、终端结构等。 其中主要迭代对象为栅极结构和纵向结构，IGBT 芯片的不同代系通常以 “栅极结构 纵向结构”来命名。
IGBT 芯片的栅极结构主要包括平面栅（Planar Gate）、沟槽栅（Trench Gate），其中沟槽栅又进一步衍生为精细化沟槽栅、微沟槽栅。
IGBT 芯片的纵向结构逐步由穿通型（Punch Through）演变为非穿通型 （Non Punch Through），而后向场截止型（Field-Stop）方向发展。
1.早期设计：穿通型（PT，PunchThrough）：使用重掺杂的 P 衬底作为 起始层，在此之上依次生长 N buffer，N-base 外延，最后在外延层表面形 成元胞结构。它因为截止时电场贯穿整个 N-base 区而得名。工艺复杂， 成本高，而且需要载流子寿命控制，饱和压降呈负温度系数，不利于并联， 于 80 年代后期被逐渐取代。
2. IGBT2：平面栅（Planar） 非穿通型（NPT，NonPunchThrough）： 相比 PT，NPT 使用低掺杂的 N-衬底作为起始层，先在 N-漂移区的正面做 成 MOS 结构，然后用研磨减薄工艺从背面减薄到 IGBT 电压规格需要的厚 度，再从背面用离子注入工艺形成 P collector。在截止时电场没有贯穿 N漂移区，因名非穿通型。部分 IGBT2 产品在高频开关应用领域仍有一定销 量。
3. IGBT3：沟槽栅（Trench） 场截止（Field-Stop）：1）栅极结构变为 沟槽型，电子沟道垂直于硅片表面，消除了 JFET 结构，增加了表面沟道 密度，提高近表面载流子浓度，性能更加优化。2）纵向结构方面，场截止 的起始材料和 NPT 相同，都是低掺杂的 N-衬底；场截止在背面多注入了 一个 Nbuffer 层，它的掺杂浓度略高于 N-衬底，因此可以迅速降低电场强 度，使整体电场呈梯形，使所需的 N-漂移区厚度大大减小；Nbuffer 还可 以降低 P 发射极的发射效率，从而降低了关断时的拖尾电流及损耗。在中 低压领域基本已经被 IGBT4 取代，但在高压领域依然占主导地位，比如 3300V，4500V，6500V 的主流产品仍然在使用 IGBT3。
4. IGBT4：沟槽栅 场截止 薄晶圆：和 IGBT3 一样，都是场截止 沟槽栅 的结构，但 IGBT4 优化了纵向结构，漂移区厚度更薄，背面 P 发射极及 Nbuffer 的掺杂浓度及发射效率都有优化。IGBT4 是目前使用最广泛的 IGBT 芯片技术，电压包含 600V，1200V，1700V，电流从 10A到 3600A 具有涉及。
5. IGBT5：沟槽栅 场截止 表面覆铜：使用厚铜代替了铝，铜的通流能力 及热容都远远优于铝，因此 IGBT5 允许更高的工作结温及输出电流。同时 芯片结构经过优化，芯片厚度进一步减小。铜的成本高于铝，IGBT5 未得 到广泛应用，目前只封装在 PrimePACK™里，电压也只有 1200V，1700V。
6. IGBT6：沟槽栅 场截止：器件结构和 IGBT4 类似，但是优化了背面 P 注入，从而得到了新的折衷曲线。IGBT6 未得到广泛应用，只有单管封装 的产品。
7. IGBT7：微沟槽栅 场截止：IGBT7 作为最新一代技术，其沟道密度更 高，元胞间距也经过精心设计，并且优化了寄生电容参数，从而实现 5kv/us 下的最佳开关性能。目前，IGBT7 尚未得到广泛应用，但发展前景 广阔。英飞凌的相关产品中，T7 用于电机驱动器，E7 应用于电动商用车 主驱，光伏逆变器等。随着光伏产业、新能源汽车产业的发展，IGBT7 有 望进一步推广。
