IGBT 行业全球供需格局测算

日期:2022-03-17 来源:中信证券阅读:294
核心提示:需求端:电动车与风光储拉动下,预计 2022 年全球需求增速仍接近 20%IGBT 属于 Si 基功率器件门槛最高的赛道之一,广泛应用于中
需求端:电动车与风光储拉动下,预计 2022 年全球需求增速仍接近 20%
IGBT 属于 Si 基功率器件门槛最高的赛道之一,广泛应用于中高压场景。功率半导体又称为电力电子器件,是电力电子装置实现电能转换、电路控制的核心器件,按集成度可分为功率 IC、功率模块和功率分立器件三大类。
 
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,即绝缘栅型双极型晶体管)属于功率分立器件,是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品,也是当前 Si基功率器件领域门槛最高的细分赛道(不考虑SiC/GaN)。与其他功率器件类似,IGBT 相当于一个非通即断的开关,可以调节电路中的电压、电流、频率、相位等,保证电力设备或电子产品正常运行,并能实现节能高效效果。IGBT 具有耐高压特性,自 1980s 产业化以来发展迅速,不仅在工业应用中取代了 MOSFET 和 BJT,甚至已扩展到 SCR 及 GTO 占优势的大功率应用领域,目前还渗透至消费电子领域,已广泛应用于电压在 650~6500V 的高电压高功率场景,如工业、电动车、新能源发电、变频家电、智能电网、轨交等领域。
 
预计 2021 年 IGBT 全球市场空间达 550 亿元,新能源需求拉动下 2022~25 年市场规模有望保持~20%增速。行业内对 IGBT 倾向于按照应用场景的电压等级加以分类,主要分为低压(600V 以下)、中压(600V~1200V)和高压(1700V 以上)三个主要电压等级。低电压范围 IGBT 广泛应用于多种 3C 产品,消费电子行业采用的 IGBT 产品一般为 600V以下,此外燃油车微混系统 BSG 用的 IGBT 也只有 48V;中压范围 IGBT 主要应用在新能源汽车、光伏、工控等下游行业,其中在新能源汽车领域是电控系统的核心元件(600V-1200V),也是车载空调控制系统和大功率直流充电桩的关键部件;高压领域范围IGBT 应用于智能电网(柔性直流输电)、轨道交通、风力/光伏发电等领域。近年来在电动车、光伏风电、变频家电等下游需求拉动下,IGBT 行业规模保持快速增长态势,我们测算,2021 年全球 IGBT 市场空间已接近 550 亿元人民币,过去 4 年复合增速接近 20%,且未来 4 年仍有望保持~20%的高增速。下文我们将对 IGBT 市场两大核心驱动力——电动车以及新能源发电领域进行详细分析。
 
电动车:渗透率快速提升带动全球车规 IGBT 市场空间于 2022 年增至约 200 亿元,2025 年看至 400 亿元。电动车行业具有一定的科技属性,近几年受补贴退坡影响,开始从行业出清期步入稳定成长早期阶段。未来,随着智能化推进,电动车产品力持续提升,消费者开始享受到好产品带来的技术红利,产业料将进入市场驱动、稳定成长阶段。同时,在全球碳达峰及碳中和的目标背景下,电动车政策环境持续趋好,为行业高景气度延续加码助力。我们判断未来四年内,电动车行业将维持稳定增长趋势。根据乘联会和 Marklines数据,我们预计 2022 年电动车全球销量增长至接近 1000 万台,同比+50%以上,到 2025年销量增至约 2300 万台,4 年 CAGR 为 38%。汽车电动化的快速推进,将带动车规 IGBT需求持续放量,我们预测 2022 年全球电动车行业 IGBT 需求将达 194 亿元,到 2025 年有望增长至 400 亿元,4 年 CAGR 为 32%。
 
【注】我们测算电动车 IGBT 市场空间时考虑了 SiC MOS 技术发展的影响,目前 SiC 正处于逐步渗透阶段,未来将会抢占一部分 IGBT 市场空间,但与此同时各大 IGBT 厂商也正在积极布局 SiC,IGBT 厂商未来的实际市场空间会更大:我们预计 2025 年车规 IGBT+SIC 市场空间达 744 亿元,4年 CAGR 接近 40%。
 
新能源发电:双碳政策驱动下,全球风光储产业加速发展,预计 2022 年相关 IGBT需求达 107 亿元,2025 年有望增至近 200 亿元。政策支持叠加技术进步,光伏行业长期发展明确。其中国内风光大基地和“整县光伏”等项目加快推进,国内风光基地一期项目批复规模约 100GW,工商业分布式光伏和户用光伏快速增长;海外市场在后疫情时代和电价上涨的趋势下需求强势复苏,其中欧洲市场和美国市场依然是装机的主力。欧洲市场装机有望持续超过 30GW;在政策鼓励和成本下降的趋势下,印度、拉美等其他第三世界国家的市场也占据重要位置。政策支持和技术进步持续推动行业快速发展。中信证券电新组预计 2022 年全球光伏新增装机有望达 210GW 以上,同比增长接近 40%,且需求节奏有望逐季改善,2025 年有望增至 350GW。与此同时,风电与储能同样迎来快速发展机遇,IGBT 作为新能源发电领域涉及到的核心半导体器件,其市场空间将被打开,我们预测,2022 年全球风光储相关的 IGBT 需求达 107 亿元,2025 年有望增至 194 亿元。
 
基于全球市场空间,我们测算出全球 IGBT 的晶圆消耗量:预计 2022 年平均为 68 万片/月(等效 8 寸),2023 年增至 78 万片/月。相较于其他的芯片产品,IGBT 的 BOM 成本里封装环节占比较高(超 50%),而不同领域的 IGBT 由于要求不同其封装工艺、封装材料也存在差异,其附加值有高有低,结合车规 IGBT 模块、工控 IGBT 模块、光伏 IGBT单管等产品的价值量(单片 8 寸晶圆对应产值),我们可以测算每个细分领域 IGBT 产品对于晶圆的消耗量。由此预计 2020~2023 年全球 IGBT 市场每月分别需消耗 45/57/68/78 万片等效 8 寸晶圆。
 
供给端:国内积极扩产,海外相对谨慎,2022 年整体增量不足
英飞凌等海外大厂贡献全球 IGBT 晶圆主要现有产能,2020 年国内占比不足 20%。根据我们统计,2020 年全球 IGBT 领域有效晶圆产能为 45~46 万片/月(等效 8 寸),其中以英飞凌、三菱、富士为代表的海外大厂贡献了全球 80%以上的产能,而国内厂商 IGBT有效晶圆产能约 5~6 万片/月(等效 8 寸),对应全球份额不足 20%,低于国内厂商在 IGBT市场的份额(国内部分 IGBT 模块厂商会采购进口芯片)。
 
国内厂商正大规模扩产,海外厂商扩产相对较慢,整体扩产节奏慢于需求端。为抓住IGBT 缺货带来的国产替代加速机遇,国内晶圆代工厂(如华虹半导体、积塔半导体、中芯绍兴等)与 IDM 厂商(士兰微、时代电气、比亚迪半导体、华润微等)均积极扩产 IGBT晶圆产能,其中华虹半导体、士兰微已在 12 寸晶圆产线导入 IGBT 工艺,在全球 8 寸设备紧缺背景下为 IGBT 产能快速扩张提供助力。根据我们测算,2020~23 年国内 IGBT 领域有效晶圆产能分别为 5.5/7.8/14.6/25.8 万片/月(等效 8 寸),保持快速扩张态势。与此同时,海外 IGBT 大厂扩产相对谨慎,英飞凌菲拉赫 12 寸晶圆厂于 2021 年下半年投产,2022 年有望贡献部分增量产能,而其他海外厂商扩产更加谨慎,我们预计有效产能将于2023 年开始逐步释放出来。根据我们测算,2020~23 年全球 IGBT 领域有效晶圆产能分别为 46/48/58/74 万片/月(等效 8 寸)。
 
由于晶圆厂扩产一般需要 1~2 年时间,2023 年以后的 IGBT 扩产规划仍需后续进一步观察。
 
结论一:预计 2022 年 IGBT 供需格局仍然偏紧
基于 IGBT 晶圆层面的供需测算,我们认为 IGBT 供需偏紧格局有望延续至 2023H2。我们上文分别对 IGBT 晶圆的消耗量和供给量进行详细测算,综合来看 2020~23 年供需比分别为 1.01/0.84/0.84/0.95。具体来看,2020 年全球 IGBT 产业整体保持供需平衡状态,2021 年电动车、新能源发电、工控、变频家电等下游对 IGBT 需求快速增加,但同时 IGBT产能增加有限(晶圆厂扩产需要 1~2 年时间),导致 2021 年 IGBT 供需比降至 0.84,同时前期原厂、渠道、客户端的库存保障了下游行业的正常运转,但整体保持供需偏紧状态。2022 年光伏、电动车等下游继续保持较快增速,国内 IGBT 厂商快速扩产,但海外扩产相对谨慎,导致供需比仍维持 0.84,预计 2022 年全年 IGBT 供需仍将持续紧张。结合供需测算以及产业调研,我们认为本轮 IGBT 供需偏紧格局有望延续至 2023H2。
 
结论二:2022 年本土 IGBT 厂商份额快速提升,国产化率有望提升至 30%
借助政策东风+人才回流,国内 IGBT 产业加速追赶。由于对 IGBT 需求大的电动车、变频家电等产业在国内正加速成长,本土配套需求旺盛。考虑到 IGBT 的重要性,国内近年来出台大量相关政策支持产业发展,叠加海外优秀人才归国助力(尤其是 IR 被英飞凌收购后),我国 IGBT 行业迎来巨大发展机遇,涌现出以斯达半导、士兰微、中车时代电气、比亚迪半导体等为代表的一大批优秀 IGBT 厂商以及华虹半导体、积塔半导体、中芯绍兴等 IGBT 代工厂,新洁能、扬杰科技、东微半导、安世半导体等后进入者也正在积极布局。
 
在供需偏紧背景下,国内 IGBT 厂商迎来份额加速提升机遇,2022 年底国产化率有望从 20%提升至 30%。正如上文分析,本轮 IGBT 供需偏紧格局有望延续至 2023H2,目前最紧缺的是光伏领域。与此同时,目前国内 IGBT 晶圆产能是全球主要增量来源,士兰微、时代电气、比亚迪半导体等 IDM 厂商,以及斯达半导、新洁能、扬杰科技等背靠本土代工厂的设计公司,均具有较大产能弹性。在此背景下,本土下游客户(如电动车 tier1、光伏逆变器厂商等)在产品性能要求的前提下加速导入本土 IGBT 供应商,尤其是光伏与电动车需求相对旺盛的细分行业。以光伏为例,2020 年 IGBT 国产化率几乎为 0,2021年国内逆变器厂商开始大量导入本土 IGBT 单管供应商及少数 IGBT 模块供应商,并于2022 年开始放量采购。整体来看,预计 2022 年国内 IGBT 领域的国产化率将进一步加速提升(快于 2021 年),年底将由年初的 20%提升至 30%。

 
 
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