預(yù)見2023：《2023年中國IGBT芯片行業(yè)全景圖譜》

1、定義

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由(Bipolar Junction Transistor，BJT)雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管(Metal Oxide Semiconductor，MOS)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，兼有(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)金氧半場效晶體管的高輸入阻抗和電力晶體管(Giant Transistor，GTR)的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大;MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。功率半導(dǎo)體按器件集成度可以分為功率分立器件和功率IC兩大類。本文所指IGBT芯片是指具有獨(dú)立功能的，用于實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的芯片產(chǎn)品，是IGBT分立器件的核心組成部分，經(jīng)封裝后成為IGBT單管、IGBT模組等。

2、產(chǎn)業(yè)鏈剖析：不同業(yè)務(wù)模式企業(yè)主要參與環(huán)節(jié)各異

IGBT芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是原材料，包括晶圓、硅片、光刻膠等;產(chǎn)業(yè)鏈中游主要為IGBT芯片的設(shè)計(jì)及制造，在此環(huán)節(jié)，根據(jù)企業(yè)業(yè)務(wù)模式的不同，IDM模式下的企業(yè)參與設(shè)計(jì)和制造全流程，fabless模式下的企業(yè)主要參與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，通過代工方式減少設(shè)備投入風(fēng)險，因此該類企業(yè)的芯片制造環(huán)節(jié)主要交由專業(yè)半導(dǎo)體、芯片制造企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)。產(chǎn)業(yè)鏈下游，經(jīng)過封裝和測試的IGBT模塊、單管等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、家電、工控、軌交等領(lǐng)域。IGBT芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為原材料供應(yīng)商和設(shè)備供應(yīng)商，如中環(huán)股份、SK海力士、環(huán)球晶圓等;產(chǎn)業(yè)鏈中游主要是IGBT芯片設(shè)計(jì)、制造企業(yè)，包括中車時代電氣、士蘭微等;國外廠商主要有英飛凌、三菱電機(jī)等;下游主要為IGBT單管、模塊制造商，包括宏微科技、斯達(dá)半導(dǎo)體等。

上世紀(jì)80年代起，IGBT開啟工業(yè)化應(yīng)用，目前已經(jīng)涌現(xiàn)出了七代不同的IGBT技術(shù)方案，但這些方案主要由英飛凌、三菱電機(jī)等海外知名廠商主導(dǎo)，中國本土廠商進(jìn)場較晚，疊加貿(mào)易摩擦，導(dǎo)致中國IGBT產(chǎn)品嚴(yán)重滯后于國際巨頭IGBT產(chǎn)品。中國IGBT產(chǎn)品目前仍以1、2、3、4代為主，與國際巨頭英飛凌、三菱電機(jī)等差距在10年以上，而步入第5代后，預(yù)計(jì)差距將縮短為10年，第6、7代產(chǎn)品差距將在5年以內(nèi)。

中國IGBT芯片相關(guān)政策規(guī)劃較為豐富，在眾多國家頂層政策規(guī)劃文件中均有所涉及。如2021年11月發(fā)布的《“十四五”國家信息化規(guī)劃》中明確指出，加快集成電路關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。推動計(jì)算芯片、存儲芯片等創(chuàng)新，加快集成電路設(shè)計(jì)工具、重點(diǎn)裝備和高純靶材等關(guān)鍵材料研發(fā)，推動絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等特色工藝突破。

1、市場供不應(yīng)求，國產(chǎn)化率有待提升

根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)顯示，2019-2021年我國IGBT行業(yè)的產(chǎn)量分別為1550萬只、2020萬只、2580萬只?？紤]到IGBT行業(yè)主要產(chǎn)品是模塊，而模塊主要采用多個IGBT芯片并聯(lián)方式，模塊內(nèi)IGBT芯片用量主要與整體電流、電壓規(guī)格相關(guān);且我國IGBT廠商部分芯片采購于英飛凌等國際巨頭，并非完全自產(chǎn)自銷，綜上，若以1：2.5的比例測算，2021年我國IGBT芯片產(chǎn)量約為6450萬片。       

2、國內(nèi)主流Fabless業(yè)務(wù)模式

IGBT行業(yè)有兩種主流經(jīng)營模式，分別是IDM模式和垂直分工模式。IDM模式(Integrated Device Manufacture，垂直整合制造)，是指包含電路設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測試以及投向消費(fèi)市場全環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)的企業(yè)模式，IGBT芯片、快恢復(fù)二極管芯片設(shè)計(jì)只是其中的一個部門，同時企業(yè)擁有自己的晶圓廠、封裝廠和測試廠。該模式對企業(yè)技術(shù)、資金和市場份額要求極高，目前僅有英飛凌、三菱等少數(shù)國際巨頭采用此模式。Fabless(垂直分工模式)，是Fabrication(制造)和less(沒有)的組合，是20世紀(jì)80年代開始逐漸發(fā)展起來的產(chǎn)業(yè)鏈專業(yè)化分工的商業(yè)模式。該模式下在各主要業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)分別形成了專業(yè)的廠商，即包括上游的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)(Fabless)、中游的晶圓代工廠和下游的芯片封裝測試廠。該模式下，F(xiàn)abless企業(yè)直接面對終端客戶需求，晶圓代工廠以及封裝測試廠為Fabless企業(yè)服務(wù)。Fabless企業(yè)只從事集成電路的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，處于產(chǎn)業(yè)鏈上游，技術(shù)密集程度較高，芯片設(shè)計(jì)廠商在該種模式下起到龍頭作用，統(tǒng)一協(xié)調(diào)芯片設(shè)計(jì)后的生產(chǎn)、封測與銷售。與IDM廠商相比，F(xiàn)abless企業(yè)進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)的資金、規(guī)模門檻較低，有效降低了大規(guī)模固定資產(chǎn)投資所帶來的財(cái)務(wù)風(fēng)險，企業(yè)能夠?qū)⒆陨碣Y源更好地集中于設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)，最大程度地提高企業(yè)運(yùn)行效率，加快新技術(shù)和新產(chǎn)品的開發(fā)速度，提升綜合競爭能力。

IGBT芯片行業(yè)中，采用Fabless模式的代表企業(yè)有宏微科技、斯達(dá)半導(dǎo)體。以宏微科技為例，公司的IGBT芯片主要由華虹宏力、Newport Wafer Fab Limited負(fù)責(zé)代工，公司負(fù)責(zé)提供IGBT芯片設(shè)計(jì)方案，由代工企業(yè)自行采購原材料硅片進(jìn)行芯片制造。目前，我國IGBT設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)代表企業(yè)有中科君芯、西安芯派等;制造環(huán)節(jié)的代表企業(yè)有華虹宏力、深圳方正微等;模組環(huán)節(jié)有深圳比亞迪、宏微科技等;IDM模式的代表企業(yè)有中車株洲時代、中環(huán)股份、中航微電子等。

3、芯片價格受工藝、技術(shù)水平及物流運(yùn)輸成本等因素影響

根據(jù)宏微科技和斯達(dá)半導(dǎo)招股說明書顯示，兩家公司均會向英飛凌等頭部廠商采購IGBT芯片。比如宏威科技的IGBT芯片一部分來自于外購，一部分來自于自研。其中，自研IGBT芯片由公司負(fù)責(zé)提供芯片設(shè)計(jì)方案，由代工企業(yè)自行采購原材料硅片進(jìn)行芯片制造，公司向代工企業(yè)支付的采購費(fèi)用包含材料及加工費(fèi)成本，計(jì)入芯片(自研)采購。從公司芯片采購單價角度分析，公司外購芯片價格高于自研芯片，主要受到工藝、技術(shù)水平及物流運(yùn)輸成本等因素影響，主要在7.6-8.6元/片價格范圍內(nèi)波動。而國產(chǎn)自研芯片價格相對略低，價格區(qū)間主要在5.2-6.2元/片。

4、IGBT芯片設(shè)計(jì)及制造市場競爭情況

我國在IGBT芯片設(shè)計(jì)有所布局的企業(yè)包括中科君芯，西安芯派，紫光微，達(dá)新，科達(dá)，比亞迪半導(dǎo)體、中車時代電氣、宏微科技、斯達(dá)半導(dǎo)體等。主要從事功率器件(包括IGBT)晶圓代工生產(chǎn)的企業(yè)有中心國際，華虹宏力，上海先進(jìn)(積塔)，方正微，華潤上華，芯恩，中芯集成等。根據(jù)Chip Insights發(fā)布的《2021年全球?qū)倬A代工排行榜》，中芯集成的營業(yè)收入排名全球第十五，中國大陸第五;華虹集團(tuán)(包括華虹半導(dǎo)體和上海華力)的營業(yè)收入排名全球第五，中國大陸第二;華潤微、士蘭微、華微電子為IDM企業(yè)，未納入該排行榜。

5、IGBT芯片市場規(guī)模分析

2014年，我國IGBT行業(yè)市場規(guī)模為79.8億元，到2020年，我國IGBT行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到197.7億元，年均復(fù)合增長率達(dá)16.32%。初步統(tǒng)計(jì)，2021年，我國IGBT市場規(guī)模約為229.3億元。2028-2021年，我國主要IGBT模塊廠商斯達(dá)半導(dǎo)毛利率分別為29.41%、30.6%、31.56%、36.7%。據(jù)此估測IGBT模塊毛利率在30%左右。根據(jù)宏微科技招股說明書，2018-2020年期間，公司主要客戶臺達(dá)集團(tuán)定制模塊中英飛凌芯片成本占臺達(dá)集團(tuán)定制模塊成本比例分別為50.02%、60.69%和61.72%，芯片成本占比較高。另根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)，IGBT芯片設(shè)計(jì)制造和IGBT封裝，這兩者的價值比大致為6：4或5：5。綜上，IGBT芯片和IGBT模塊市場規(guī)模比例約為1：3。若以此比例測算，2021年，IGBT芯片市場規(guī)模約為76.4億元。

1、區(qū)域競爭：長三角地區(qū)代表企業(yè)數(shù)量最多

從中國IGBT行業(yè)競爭者區(qū)域分布狀況來看，以江蘇、浙江為代表的長三角地區(qū)代表性企業(yè)數(shù)量最多，代表性企業(yè)如士蘭微、斯達(dá)半導(dǎo)等。其他行業(yè)內(nèi)代表企業(yè)分布較為分散，如華微電子位于吉林;時代電氣位于湖南;比亞迪半導(dǎo)體位于廣東等。

2、企業(yè)競爭：斯達(dá)半導(dǎo)率先應(yīng)用第七代IGBT技術(shù)

中國IGBT芯片行業(yè)代表性企業(yè)從技術(shù)格局來看，斯達(dá)半導(dǎo)應(yīng)用第七代IGBT技術(shù)，電壓覆蓋范圍為100-3300V;華微電子布局第六代IGBT技術(shù)，電壓覆蓋范圍為360-1350V;士蘭微、時代電氣、宏微科技應(yīng)用第五代IGBT技術(shù);新潔能主要應(yīng)用第四代IGBT技術(shù)。從IGBT芯片產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域來看，時代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)兩家企業(yè)覆蓋領(lǐng)域較廣，時代電氣IGBT芯片主要應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋了軌交、車載、光伏、風(fēng)電、工控等，斯達(dá)半導(dǎo)IGBT芯片主要應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋車載、光伏、風(fēng)電、工控、家電等。從中國IGBT芯片代表性企業(yè)營收狀況來看，2021年，時代電氣營收超過150億元，龐大的規(guī)模體量為IGBT芯片發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)平臺，IGBT芯片所處的新興裝備業(yè)務(wù)板塊在2021年實(shí)現(xiàn)了25.72億元;其次為華潤微，營收為92.49億元，實(shí)力較強(qiáng)，產(chǎn)品及方案業(yè)務(wù)營收達(dá)到了43.57億元;再次為士蘭微，營收為71.94億元，其中分立器件業(yè)務(wù)營收達(dá)到了38.13億元。從代表性企業(yè)IGBT芯片業(yè)務(wù)經(jīng)營模式來看，時代電氣、華潤微、士蘭微等營收規(guī)模較大的企業(yè)均采用IDM模式;而斯達(dá)半導(dǎo)、新潔能、宏微科技等營收規(guī)模較小的企業(yè)則多使用Fabless模式。

1、“十四五”規(guī)劃對行業(yè)發(fā)展起指導(dǎo)作用

《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》在作為我國“十四五”時期根本性政策規(guī)劃文件，對我國“十四五”時期發(fā)展有著重要指導(dǎo)作用。其中明確指出，在事關(guān)國家安全和發(fā)展全局的基礎(chǔ)核心領(lǐng)域，制定實(shí)施戰(zhàn)略性科學(xué)計(jì)劃和科學(xué)工程。瞄準(zhǔn)人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學(xué)、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項(xiàng)目。從國家急迫需要和長遠(yuǎn)需求出發(fā)，集中優(yōu)勢資源攻關(guān)新發(fā)突發(fā)傳染病和生物安全風(fēng)險防控、醫(yī)藥和醫(yī)療設(shè)備、關(guān)鍵元器件零部件和基礎(chǔ)材料、油氣勘探開發(fā)等領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)。

2、2027年市場規(guī)模有望突破180億元

據(jù)Yole分析及行業(yè)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測，2025年中國IGBT市場規(guī)模達(dá)458億元，2020-2025年CAGR達(dá)21%;中國IGBT市場規(guī)模達(dá)732億元，2020-2030年CAGR達(dá)15%。雖然隨著我國IGBT芯片技術(shù)的提升及國產(chǎn)替代，IGBT芯片價格有望進(jìn)一步降低，但由于目前中國IGBT產(chǎn)品目前仍以1-4代為主，與國際巨頭英飛凌、三菱電機(jī)等差距在10年以上，而步入第5代后，預(yù)計(jì)差距將縮短為10年，第6、7代產(chǎn)品差距將在5年以內(nèi)。則中短期內(nèi)技術(shù)進(jìn)步帶來的產(chǎn)品價格下降不在中短期預(yù)測考慮范圍內(nèi)，若以芯片設(shè)計(jì)和模塊封測1：3的價值量測算，2027年我國IGBT芯片市場規(guī)模約為184億元。

  文章來源： 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院