半导体行业IGBT:乘新能源汽车之风,国产替代扬帆起航-20211121-天风证券-49页_4mb
报告摘要
半导体行业报告总结:IGBT在新能源汽车中的关键地位与国产替代前景
核心内容
本报告聚焦IGBT(绝缘栅双极型晶体管)在新能源汽车、光伏、风电、工控、家电、轨交等领域的应用,分析其市场趋势、技术特点以及国内企业的进展与机遇。IGBT作为新能源汽车的“刚需芯片”,在动力系统中占据重要地位,且在整体汽车半导体市场中价值占比高,国产替代空间广阔。
主要观点
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新能源汽车带动半导体需求增长
- 汽车电动化、网联化、智能化趋势推动汽车半导体需求大幅增长。
- 根据预测,2024年单辆汽车中的半导体价值有望超过1000美元,2025年中国新能源汽车销量预计达到600-700万辆,带动中国新能源汽车半导体市场规模达到62.8亿-73.2亿美元。
- 2020年新能源汽车单车半导体价值量为834美元,是传统燃油车(417美元)的两倍,预计2025年达到1046美元,呈现量价齐升趋势。
- 新能源汽车的电力系统中,IGBT价值占比达52%,是核心零部件之一。
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IGBT为新能源应用刚需,国产替代加速
- IGBT广泛应用于新能源汽车的逆变器、DC/DC转换器、车载充电机等系统,是电动车动力系统中的关键器件。
- 海外企业如英飞凌占据主导地位,市占率高达58.20%,国内厂商通过积极投入研发,已在新能源汽车IGBT模块市场中取得一定市场份额,实现0-1突破。
- 由于IGBT设计和工艺难度高、产品生命周期长,国内厂商仍需在技术积累和产能提升上持续发力,以实现国产替代。
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IGBT供需紧缺,价格与交货周期上涨
- IGBT需求增速远高于供给,8英寸晶圆产能紧张,交货周期延长,部分产品交货周期超过50周,价格也持续上涨。
- 随着新能源汽车、光伏、风电等下游应用的快速增长,IGBT供不应求或持续较长时间。
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国内IGBT企业迎来发展黄金期
- 国内企业如时代电气、士兰微、斯达半导、华润微、新洁能、宏微科技等已实现技术突破,具备一定竞争力。
- 随着国产替代加速推进,这些企业有望迎来1到N放量,享受行业红利。
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IGBT技术迭代与材料升级
- IGBT技术不断升级,从平面栅到沟槽栅,再到微沟槽,逐步提升性能。
- 第三代半导体材料SiC具备更高耐压、更高效率和更高频率的优势,已逐步应用于新能源汽车、光伏逆变器等领域。
- 部分国内厂商已布局SiC领域,未来有望提升产品竞争力。
关键信息
- IGBT应用领域:新能源汽车、光伏逆变器、风电、工控、家电、轨交等。
- IGBT市场趋势:2020年全球市场规模约54亿美元,预计2026年增长至84亿美元,其中新能源汽车将成为增速最快的市场。
- IGBT价值量:在新能源汽车中,IGBT价值量占整车成本的7%-10%,A级车IGBT价值最高可达3900元。
- 国内厂商进展:士兰微、华润微、时代电气、斯达半导、新洁能、宏微科技等已实现部分技术突破,布局12英寸晶圆生产,提升产能与技术能力。
- IGBT封装技术:分为焊接式与压接式,压接式更适用于高电压场景,具备更高的可靠性与更低的寄生参数。
- 行业风险提示:包括景气度不如预期、产品升级迭代不如预期、产能紧缺、系统性风险等。
国内主要企业介绍
| 公司名称 | 企业特点 |
|---|---|
| 时代电气 | 轨道交通装备龙头,新能源车IGBT业务迎来突破 |
| 士兰微 | IDM深耕功率IGBT赛道,12英寸厂拥技术和产能优势 |
| 华润微 | 功率半导体IDM头部企业,内生+外延持续扩张 |
| 斯达半导 | IGBT国内领先企业,募资SiC和高压产线打开成长 |
| 新洁能 | 国内MOSFET领军企业,IGBT开启第二增长曲线 |
| 宏微科技 | IGBT行业新星,受益新能源、工控应用需求快速发展 |
投资建议
- 建议关注企业(按市值排序):时代电气、士兰微、华润微、斯达半导、扬杰科技、新洁能、宏微科技、华微电子、东微半导(未上市)
- 行业评级:强于大市(维持评级)
- 投资逻辑:新能源汽车及碳中和趋势推动IGBT需求快速增长,国内厂商在技术突破和产能扩张方面表现突出,具备国产替代机遇。
风险提示
- 景气度不如预期
- 产品升级迭代不如预期
- 产能紧缺风险
- 系统性风险
图表与数据
- 图1:新能源汽车电动化、网联化、智能化发展
- 图2:HEV、PHEV、BEV架构
- 图3:HEV、PHEV、BEV能源消耗和尾气排放及发电排放的示意图
- 图4:全球新能源汽车(PHEV+BEV)销量(万辆)
- 图5:中国新能源汽车销量(万辆)
- 图6:汽车使用阶段碳排放量对比(吨)
- 图7:新能源汽车全球各国家销量(千量)
- 图8:中国新能源汽车渗透率
- 图9:中国新能源汽车销量预测(万量)
- 图10:新能源汽车半导体价值量(美金,2020年)
- 图11:新能源汽车半导体价值量(美元)
- 图12:中国新能源汽车半导体市场规模(亿美元)
- 图13:2019年全球汽车半导体竞争格局
- 图14:2019年主要国家汽车芯片自主产业规模对比
- 图15:汽车半导体:功率、控制器、传感器、存储器
- 图16:功率占比大幅提升
- 图17:新能源汽车主要由电池、电机、电控组成
- 图18:新能源电控系统所需要的半导体
- 图19:电控系统组成
- 图20:汽车逆变器内部结构
- 图21:DC-DC转换器供给新能源汽车低压电子系统的应用
- 图22:新能源汽车BMS架构
- 图23:新能源汽车充电架构
- 图24:新能源汽车动力系统价值量占比
- 图25:IGBT结构、简化等效电路和电气图形符号
- 图26:IGBT技术迭代速度较慢
- 图27:英飞凌IGBT产品参数迭代情况
- 图28:不同材料参数对比
- 图29:Si和SiC在MOSFET和IGBT的额定电压范围内的比较
- 图30:不同半导体的适用领域各有不同
- 图31:IGBT产品分类(按电压)
- 图32:IGBT产品分类(按封装形式)
- 图33:IGBT产业链
- 图34:2020年全球IGBT下游应用占比情况
- 图35:新能源汽车将成为IGBT各下游应用中增速最快的市场
- 图36:汽车中的半导体功率器件
- 图37:车载IGBT产业链
- 图38:不同车级IGBT价值量(人民币)
- 图39:IGBT模块在直流充电桩中的运用
- 图40:中国公共充电桩保有量(万台)
- 图41:加速转型情景下的中国发电结构
- 图42:IGBT在光伏发电中的应用
- 图43:全球光伏逆变器出货量(GW)
- 图44:我国三大逆变器市场份额占比变化
- 图45:IGBT在风力发电中的应用
- 图46:中国风力发电量统计预测(亿千瓦时)
- 图47:FF1800R17IP5全功率变流器用量随功率用量增长而增加
- 图48:国内白电变频占比
- 图49:通用变频器的电路结构
- 图50:中国电焊机产量(万台)
- 图51:电焊机应用方案
- 图52:三点式逆变器主电路原理图
- 图53:二点式逆变器主电路原理图
- 图54:中国动车组产量及增长情况(辆)
- 图55:动车组IGBT器件等级及数量
- 图56:华虹、中芯国际整体产能利用率情况
- 图57:世界先进晶圆出货量(千片)
- 图58:部分半导体交期情况(周)
- 图59:部分国际龙头企业IGBT产品价格与拉货周期情况
- 图60:部分IGBT厂商产品电压覆盖范围
- 图61:2019年国内新能源汽车IGBT模块市占率
- 图62:部分本土企业IGBT业务近况(以英飞凌IGBT产品技术为基准)
- 图63:时代电气功率半导体发展历程
- 图64:时代电气营业收入(亿元)及同比增速
- 图65:时代电气归母净利润(亿元)及同比增速
- 图66:时代电气毛利率与净利率(%)
- 图67:时代电气营收结构
- 图68:士兰微发展历程
- 图69:士兰微营业收入(亿元)及同比增速
- 图70:士兰微归母净利润(亿元)及同比增速
- 图71:士兰微毛利率与净利率(%)
- 图72:士兰微营收结构
- 图73:华润微发展历程
- 图74:华润微营业收入(亿元)及同比增速
- 图75:华润微归母净利润(亿元)及同比增速
- 图76:华润微毛利率与净利率(%)
- 图77:华润微营收结构
- 图78:斯达半导发展历程
- 图79:斯达半导营业收入(亿元)及同比增速
- 图80:斯达半导归母净利润(亿元)及同比增速
- 图81:公司非公开发行股票募集资金项目
- 图82:斯达半导毛利率与净利率(%)
- 图83:斯达半导主营业务收入结构
- 图84:新洁能发展历程
- 图85:新洁能产品分类
- 图86:新洁能营业收入(亿元)及同比增速
- 图87:新洁能归母净利润(亿元)及同比增速
- 图88:新洁能毛利率与净利率(%)
- 图89:新洁能营收结构
- 图90:公司非公开发行股票募集资金项目
- 图91:宏微科技功率半导体发展历程
- 图92:宏微科技营业收入(亿元)及同比增速
- 图93:宏微科技归母净利润(亿元)及同比增速
- 图94:宏微科技毛利率与净利率(%)
- 图95:宏微科技营收结构
表格与数据
- 表1:BJT、MOSFET、IGBT对比
- 表2:Si IGBT与SiC MOSFET对比
- 表3:部分IGBT厂商SiC业务布局
- 表4:焊接式VS压接式
- 表5:部分8英寸功率IGBT晶圆厂情况(截至2021年1月)
- 表6:部分功率IGBT晶圆厂12英寸产线规划
- 表7:车规级芯片与消费、工业级芯片要求对比
- 表8:不同动力形式新能源汽车IGBT使用量
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