本文內容基于***息資料、產業科普資料、官方網站信息，以及文中所涉及的上市公司2020年年報和2021年半年報。僅為基于客觀數據和信息的行業研究學習性分享，不構成任何直接投資建議。
正文：
從目前的市場發展來看，IGBT是半導體產業鏈中的一個重點分支，在國際上被公認為是電力電子技術第三次**中*具代表性的產品之一。從智能制造的行業地位來看，IGBT是工業控制及自動化領域的核心元器件，又被稱為“電子電力行業的CPU”。
IGBT電路原理圖
IGBT結構組成示意圖
什么是IGBT？
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），即絕緣柵雙極型晶體管，是一種金屬-氧化物-半導體場效應管，由BJT（雙極結型晶體管，即三極管）和MOSFET（金屬-氧化物半導體場效應晶體管）兩種結構復合組成的全控型電壓驅動式功率半導體器件。同時具備MOSFET輸入阻抗高、開關速度快、控制功率小、驅動電路簡單、開關損耗小以及 BJT 導通電壓低、通態電流大、損耗小的優點。
通過IGBT，裝備設施能夠根據對應裝置中的信號指令來調節電路中的電壓、電流、頻率、相位等，以實現精準調控的目的。因此，IGBT被廣泛應用于新能源、新能源汽車、電機節能、軌道交通、智能電網、航空航天、家用電器、汽車電子等領域。
功率半導體開關器件功率-頻率分布及應用場景
IGBT適用于各類需要交流電和直流電轉換及高低電壓轉換的應用場景。綜合IGBT原理和作用，可將IGBT根據電壓等級劃分為低壓、中壓和高壓IGBT：
IGBT模組或分立器件的核心是IGBT芯片。從1988年至今，IGBT從**代發展到了第七代。
**代為PT-IGBT，產品采用“輻照”手段，但由于體內晶體結構本身原因會造成“負溫度系數”。**代采用“電場終止技術”，增加一個“緩沖層”，改進了PT-IGBT。第三代把溝道從表面變到垂直，因此又叫Trench-IGBT。第四代是NPT-IGBT，其不再采用外延技術，而是通過離子注入的技術來生成P+集電極（透明集電極技術）。第五代FS-IGBT，是第四代產品NPT-IGBT“透明集電區技術”與“電場終止技術”的組合。第六代FS-Trench-IGBT重新在第五代基礎上改進了溝槽柵結構，是目前比較主流的產品。而第七代IGBT屬于微溝槽電場場截止型，由三菱電機在2012年推出，具有明顯降低的正向電壓降以及優化的開關性能。
從未來發展來看，IGBT芯片的發展方向是取得一個功耗與功能的平衡，盡量在有限的功耗下，達到更多的功能；或在限定的功能需求下，盡量降低功耗。
我國是IGBT消費大國與生產大國。但是早期在技術方面明顯以低端為主，在國家的一系列紅利政策推動下，國產IGBT行業經歷多輪技術升級和產品研發，已經開始在部分領域走向世界。
來源：HIS、Omdia、Fortune Business Insight、GGII、QYResearch、Yole等
其中，我國IGBT的主要突破口，或者說重大發展領域是新能源。我國的新能源領域IGBT技術和應用已經趕超日本和德國。不過在芯片設計制造、模塊封裝、封裝測試等產業鏈核心技術上，與日本三菱電機和德國英飛凌仍有明顯的差距。
全球功率半導體產業；來源：IHS Markit
株洲中車時代電氣股份有限公司（以下簡稱“中車時代”）、比亞迪股份有限公司（以下簡稱“比亞迪”）、杭州士蘭微電子股份有限公司（以下簡稱“士蘭微”）、天津中環半導體股份有限公司（以下簡稱“中環股份”）等為代表的IGBT廠商，加快布局IGBT全產業鏈，形成了以IDM模式和代工廠商模式的IGBT完整產業鏈，推動了IGBT國產化進程的加快。
根據 IHS Markit數據，2018年全球功率半導體器件市場規模約為391億美元，預計2021年市場規模將增長至441億美元，年化增速4.1%。中國是全球*大的功率半導體消費國，在國家產業政策支持下國內市場機遇巨大，預計2021年中國功率半導體市場規模將達到 159 億美元，年化增速達到4.8%，略高于全球增速。
排除2019至2020年的新冠疫情影響，IGBT市場規模一直處于增長趨勢。根據Omdia等多方數據進行測算，2021年起整體需求或將迎來回升，在2021-2024年間，有望實現年化10%以上的復合增長。另據摩根士丹利（Morgan Stanley，“大摩”）預測，未來5年IGBT市場的主要增長動力來源于“變頻家電”、“軌道交通”、“清潔能源”和“工業自動化”，5年市場能保持在一個整體11%的增速**。
1）家電變頻滲透率提升。
在變頻家電中，IGBT*大的市場需**變頻空調和變頻冰箱。根據英飛凌的數據，功率半導體作為家電變頻的核心器件，在變頻家電中的單機價值量為9.5歐元，相比普通家電中的0.7歐元提升了十倍以上。
2012-2020年中國變頻家電銷售情況；來源：Wind
我國變頻家電滲透率持續提升；來源：產業在線
根據IHSMarkit預測，全球變頻家電銷量占比將從2017年的34%增長到2022年的65%。據產業在線數據，2020年我國家用空調產量達14,490.6萬臺，其中變頻空調達8,336.3萬臺，滲透率達57.5%，至2021年上半年，該滲透率提升至66.1%。隨著節能環保意識的不斷增強，政策的不斷推進，以及產品的升級迭代，未來的變頻家電滲透率會持續提升。
2）城鎮化率驅動高鐵、軌交增長。
一輛動車的加速快慢、電耗高低、舒適度都取決于其 “牽引變流器”，而IGBT是軌交車輛牽引變流器及各種輔助變流器的核心器件。
高鐵動力原理示意圖
現代軌道交通裝備的核心技術之一是交流傳動技術，而在交流傳動系統中，牽引變流器是關鍵器件，而電子電力器件中的IGBT則是牽引變流系統*核心的器件之一，是控制電能傳輸、轉換的核心芯片，也是實現列車高速、重載的關鍵基礎。動車組列車根據型號的不同，所需IGBT數量在80-150個之間。
動車組所需IGBT等級及數量；來源：中國鐵道科學研究院
來源：國家鐵路集團
2020-2025年在我國“新基建”建設涉及的七大產業領域中，城際高鐵和軌道交通領域的總投資規模較大，累計帶動投資超5.7萬億元。相關市場機構預測，在下游需求的拉動下，將保持5~8%的年均增長速度。
3）光伏及風電滲透率提升。
目前新能源發電以光伏和風力發電為主，二者的整流器和逆變器對IGBT有較大需求。
太陽能光伏發電的實質就是在太陽光的照射下，太陽能電池陣列(即PV組件方陣)將太陽能轉換成電能，輸出的直流電經由逆變器后轉變成用戶可以使用的交流電。逆變器是太陽能光伏發電系統中的關鍵部件，因為它是將直流電轉化為用戶可以使用的交流電的必要過程，是太陽能和用戶之間相聯系的必經之路。
太陽能光伏發電原理
以往光伏發電系統是采用MOSFET構成的逆變器，然而隨著電壓的升高，MOSFET會因其通態電阻過大而導致增加開關損耗，IGBT因其通態電流大、耐壓高、電壓驅動等特點，在中、高壓容量的系統中更具優勢，在實際項目中IGBT已逐漸取代MOSFET作為光伏逆變器和風力發電逆變器的核心器件。
據國際能源機構IEA數據顯示，2019年全球光伏新增裝機115GW。據中國光伏行業協會預測，2021年全球新???光伏裝機約150-170GW。
全球光伏IGBT市場規模預估，來源：IEA
IGBT模塊在升壓斬波和逆變電路中起高頻開關作用，IGBT模塊占逆變器價值量約為10%-15%，是逆變器的核心器件。目前集中式光伏逆變器成本在0.16-0.17元/W，組串式光伏逆變器成本在0.2元/W左右，總體光伏逆變器成本在0.2元/W左右。根據行業調研數據，IGBT模塊占光伏逆變器總成本平均比例約為10%，即光伏IGBT模塊價值量約為0.02元/W。
要在2050年達到凈零碳排放量所需的風機增長速度；來源：GWEC
根據全球風能理事會（Global Wind Energy Council，GWEC）發布的《2021年全球風報告》顯示，2020年全球風電裝機量同比增長53%，總裝機量高達93GW，其中陸上風機安裝量為86.9GW，較2019年增加59%。GWEC預測，保持當前的全球主要經濟體政策環境下，到2025年，全球將新增469GW裝量，每年平均穩定增加94GW左右。相比于陸上風機0.3%的復合年化增長率，未來五年的海上風機年復合增長率將高達31.5%，即2020年當年海上總裝量為6.1GW，而2025年當年海上總裝量為70GW。至2025年年底，全球累計陸上和海上風電裝機量將超過1TW