2022年IGBT行业供需情况及发展趋势分析 功率半导体市场规模稳步增长

功率半导体市场规模稳步增长，2020~2024 CAGR 预计约为 5%。根据 IHS 统计 2018 年全球功率半导体市场约为 466 亿美元，同比增长约 11%，其中功率 IC 市场约 256 亿美元，功率分立器件及模组规模约 210 亿美元。2019 年贸易摩擦干扰整体市场 收入略微下降至 454 亿美元，2020 年受疫情对终端需求短期的影响，根据 Omdia 的统 计及预测，全球功率半导体市场规模相对 2019 年同比下降 5%左右至 431 亿美元，但 2021 年汽车、消费类电子等抑制性需求释放将带动功率半导体市场整体迎来复苏，预 计市场整体收入反弹至 460 亿美元，并在下游需求的持续带动下，2020~2024 CAGR 约 5%左右。

分立器件及模块占整体市场约 46%，MOSFET、IGBT 为主要部分。我们根据 Omdia， Maximize Market Research 统计数据梳理功率半导体市场结构，2019 年功率分立器件及 模块合计市场规模达 210 亿美元，其中核心器件 MOSFET（含 Si、SiC、GaN 分立器件 及模组）及 IGBT（含分立器件、模块及 IPM）分别为 84 亿美元和 63 亿美元。

功率半导体下游应用十分广泛，汽车及工控为前两大应用领域。功率半导体几乎应用 于包括计算机领域、网络通信、消费类电子、工业控制等传统电子产业及新能源汽车、 光伏发电等等各类电子制造业。根据 Yole 统计，2019 年汽车及工业领域为前两大应用 领域，各占据 29%的份额，其次为通讯、计算机等。中长期来看，新能源汽车、工业 自动化、可再生能源设施建设及新兴消费电子等领域将持续驱动行业增长。

图：2019 年全球功率半导体下游应用领域

二极管赛道增速稳健，中国市场需求占比较大。 根据 IHS markit 数据，预计 2019~2024 全球二极管市场规模将从 43.26 亿美元增至 46.62 亿美元，CAGR 1.51%； 2019~2024 中国二极管市场将从 14.39 亿美元增至 15.54 亿美元， CAGR 1.55%。其 中，光伏二极管太阳能发电光伏组件，据测算 2020 中国市场规模约 114 亿只（1Gw 光 伏电池组件需要光伏二极管约 3000~6000 万只，取 4500 万只测算；据国家统计局， 2020 年中国并网太阳能发电装机容量约 253Gw，增长 24.1%）。

高端二极管国产替代仍有较大空间，扬杰科技二极管于国内居领先地位。目前国际龙 头企业仍占据中国高端二极管市场绝对地位；据海关总署数据测算，2014~2018 年我 国半导体二极管出口单价大致在 0.04~0.05 美元的低位区间。当前国产产品中，中大型 企业占据 50%份额，集中度较高。扬杰科技拥有从芯片制造到封装测试全套生产工艺， 为国内少数生产、制造全系列二极管、整流桥、分立器件芯片的规模企业之一。

1. MOSFET：需求端全面爆发，供给端产能吃紧

功率 MOSFET 为现代电源开关器件的优先选择，适用高频低功率场景。功率 MOSFET 以其工作频率较高、低开关损耗、低驱动损耗、高击穿电压、高电流等特点，广泛应用 于如 AC-DC、DC-DC 转换器等开关稳压器及电机控制器，而由于功率 MOSFET 是多子 器件，导通损耗比较大，导通时器件压降较大，不适用于大功率装置。MOSFET 应用场 景涵盖消费电子、计算机及外设设备、通信设备、汽车电子、工业电子设备等多领域。

依据耐压性能，MOSFET 可分为中低压和高压。由于 MOSFET 应用环境多样且复杂， 性能及参数以环境而定，故种类和型号多样，通常可以根据其耐压性能分为中低压 MOSFET（通常为600V），其中低压应用场景包含便 携式消费电子、DC-DC 转换器、显示、照明、适配器、通讯电源（高频）、嵌入式系统 及工业领域等，高压 MOS 应用场景包含高压开关电源、AC 适配器、汽车充电器、家电、 基站、高压逆变器、电子镇流器等。

汽车电子、消费电子和工业电子为 MOSFET 最大的下游应用领域。全球来看，根据 Yole，预计到 2022 年汽车应用领域的需求将占总体需求市场的 22%，其次是计算机及 数据存储 19%，工业领域 14%。而国内来看，汽车电子、工业控制、消费电子也为前 三大需求市场。受益于新能源、新技术的应用，功率 MOSFET下游最终产品的市场需求 保持良好的增长态势，同时当前新能源汽车/充电桩、智能装备制造、物联网、光伏新 能源等新兴产业领域对高效能电子器件的需求增加，将给 MOSFET提供巨大的市场机遇。

中低压 MOSFET 仍占据 MOSFET 主要市场份额，工业 4.0、5G 以及数据中心驱动稳 定增长。具体到低压 MOSFET 来看，超过 50%的份额来自于工业领域需求，主要为如 电动工具、工业机器人等的设备电池驱动马达，而 5G 基础设施建设、数据中心等的建 设对高效、高频供电电源的需求同样带动市场增长，预计 2020-2027 年 CAGR 达约 4%。 我们认为新能源汽车、工业 4.0 智能装备建设以及 5G 基建同样带来高压 MOSFET 的高 增长机遇。

图：LV MOSFET 市场需求结构

功率器件对制程要求不高，主要在 8 寸及 6 寸产线生产。在摩尔定律驱动下，芯片晶 圆尺寸由 6 寸→8 寸→12 寸演变。晶圆面积越大，所能生产的芯片就越多，可大幅降低 成本。但相比于 12 寸晶圆，8 英寸固定成本低、达到成本效益生产量要求较低、技术 成熟等特点被应用于功率器件、MEMS、电源管理芯片等特色工艺芯片的制作，与12寸 形成互补。

8 寸晶圆设备停产，限制产能释放。8 寸晶圆厂始建于 1990 年， 2007 年全球 8 寸晶圆 代工厂数量达到顶峰 201 座，随后 12 寸晶圆逐渐成熟，存储，逻辑代工等产能纷纷迁 移至 12 寸晶圆。8 寸晶圆代工厂由于运行时间过长，设备老旧，同时 12 寸晶圆厂资本 支出规模巨大，部分厂商逐渐关闭 8 寸晶圆厂，设备厂商也停止生产 8 寸设备。根据 IC Insights 统计，2009-2017 年，全球共关闭了 100 座晶圆代工厂，其中 8 寸晶圆厂为 24 座，占比 24%，6 寸晶圆厂为 42 座，占比 42%。目前 8 寸设备主要来自二手市场，数 量极少且价格昂贵，设备的停产钳制着 8 寸晶圆产能的释放。

新增产能以 12 寸为主，8 寸晶圆代工厂产能近年无明显扩张。据 SEMI 数据，全球半 导体制造商在 2021~2022 年将新建 29 座工厂（全部投产后，新增月产能 260 万等效 8 寸片），其中 2021 年开建 19 座，2022 年再建 10 座。据 SIA 预测，2020~2024，全球 8 寸晶圆产能增长仅 17%。据 DIGITIMES 数据，2018~2021 年全球前十大晶圆代工厂 8 寸晶圆代工产能 CAGR 平均仅 4.2%。

2. IGBT：为新能源汽车的核心，受益电动化趋势

IGBT 在功率半导体的份额及市场规模均将提升。据 Yole 数据，2020~2026 全球 IGBT 市场将从 54 亿美元增至 84 亿美元，CAGR 7.5%。受汽车电动化推动，2026 年模组将 占 IGBT 市场 81%；且 2026 年超过 80%的市场将集中于 600V-1200V。IGBT 模块市场 份额较大，系其在高压下可提供增强的易控制性和效率。分立器件市场增长来源于低电 流应用的消费电子产品需求。据 Yole，2018 年 IGBT 占全球功率器件市场规模约 27.5%， 到 2024 年，这一比重将提升至 28.1%。

IGBT 为新能源汽车核心，是最有提升空间的部分。新能源汽车包含三大系统：电源、 电机、电控。电源几乎占据整车成本的 50%，但受限于锂电池技术条件，提升空间不 大。目前在新能源汽车中，最有提升空间的当属电机驱动部分，电机的技术水平直接 影响整车的性能和成本，而电机驱动部分最核心的元件为 IGBT。IGBT 主要应用在逆变 器中，成本约占整个电机驱动系统成本的一半，作用是将高压电池的直流电转换为驱动 三相电机的交流电。此外 IGBT 在汽车充电桩、车载电控等也有至关重要的作用，在车 载空调控制系统、小功率直流/交流(DC/AC)逆变，也有使用小功率的 IGBT。

从成本端看，IGBT 模块单车价值量高。电控系统在整车成本中占比第二，而作为电控 的核心部件，IGBT 占据整个电控系统成本约 37%，如果加上充电系统中所用到的 IGBT （占充电柱成本约 20%），其成本占比将会更高。在特斯拉的双电机全驱动版车型 Model X 中，使用了 132 个 IGBT 管，其中前电机有 36 个，后电机有 96 个，价值大约 在 650 美元。

工业控制、白色家电、动车等领域，IGBT 同样具备潜力。工控领域大量使用交直流电 动机，例如数控机床的伺服电机、轧钢机和矿山牵引、大型鼓风机等都采用电力电子变 频调速技术。其中 IGBT 在变频器中担任输出驱动。根据 ABI Research，2017 年全球工 业半导体市场为 490 亿美元，2017-2022 年 CAGR 达 7.1%，增速仅次于汽车领域。未 来随着中国产业的升级，对于工业控制的精度与功耗要求越来越高，IGBT 担任的作用 会更大。光伏等新能源领域迅速发展同样具备推动力。近年来以风能、太阳能等为代表的新能 源产业发展迅速，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用 IGBT 模块，而 且 IGBT 模块是逆变器的核心电子元器件，因此，未来新能源领域的快速发展将会助推 IGBT 需求。

IGBT 模块还被广泛应用于轨交等领域。动车组最核心的部件之一是“牵引变流器”，它 负责将超高电流转化为列车的动力，以 CRH3 为例，每辆列车装有 4 台牵引变流器，每 台搭载了 32 个 IGBT 模块，则每辆列车搭载的 IGBT 模块共计 128 个，这些 IGBT 模块 合计为整个列车提供了约 10 兆瓦的功率。作为轨道交通牵引主流器件，3300 伏等级的 IGBT 器件在大功率电力机车、城市轨道交通领域具有广泛的应用前景，未来十年中国 轨道交通牵引市场每年将产生 10 到 20 万只的 3300 伏等级 IGBT 模块的需求量，据此 计算整个市场容量每年将为约 15 亿人民币。

3. 海外供应商领先，国产替代空间广阔

中国功率半导体市场虽已占世界功率半导体市场份额的 50%以上，但在中高端 MOSFET 及 IGBT 器件中 90%仍依赖于进口，存在较高的国外依存度。

图：2020 年全球 MOSFET 分立器件市场格局

IGBT 市场几乎被国外垄断，国内厂商追赶尚需时日。目前全球 IGBT 市场上的主要供 应商包括德国英飞凌、日本三菱、富士电机、瑞士 ABB、美国安森美等欧美和日本厂商。 英飞凌、富机电子和安森美等厂家在 1700V 以下的中低电压 IGBT 领域处于领导地位， 三菱则主宰了 2500V 以上的高电压 IGBT 领域。

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