摘要：中國是產業增長和全球產能遷移的重要因子，國產替代刻不容緩
進入新一輪經濟周期，中國的產業格局正在發生深刻變化。底層技術突破、制造業和現代服務業升級、中國品牌全球化、從數字化到數智化等“生產性創新（productive innovation）”力量不斷生長。
在新的宏觀背景下，PE機構應該如何正確看待當下的每個“風口”？什麽樣的投資邏輯能真正穿越周期？
我們將在【九鼎投資觀察】不定期分享九鼎投資在各產業細分領域的研究和投資思考，始終堅持通過確定性爲基礎的成長性行業研究，把握企業的成長性投資機會。
過去十年，九鼎投資沿半導體產業鏈投資了大量細分領域的優秀企業，包括：專注電子半導體材料的雅克科技（證券代碼：002409），半導體設備系統集成及超高純電子材料提供商正帆科技（證券代碼：688596），專注MCU及锂電池管理芯片的芯片設計公司中穎電子（證券代碼：300327），無線充電芯片服務商易沖無線，半導體測試設備公司勝達克等。
今天，當我們從電子時代走向智能世紀，半導體作爲核心部件和我國的短板產業，在未來十年仍然處于高速成長期。
本期【九鼎投資觀察】將關注被稱爲電力電子裝置“CPU”的功率半導體器件IGBT，並嘗試討論以下問題：
1，爲什麽IGBT是功率半導體器件中最具發展前景的賽道？
2，什麽是決定IGBT創新当前產品商業化速度的核心？
3，哪些場景和需求是IGBT指數級增長背後的驅動力？
4，國產IGBT企業要實現彎道超車須具備哪些能力？我們關注哪類企業的投資機會？
近年來，在全球“碳中和、碳達峰”的大趨勢下，我國不斷推行碳中和政策。受節能減排目標影響，能源生產方面的光伏、風電等領域市場不斷擴大；從能源消費等領域來看，新能源汽車、電氣化鐵路、節能家電等市場也在不斷走高。這些領域全都離不開一種功率半導體器件：IGBT。
從產業宏觀角度看，半導體產業爲電子元器件產業中最重要的組成部分，在電子、能源行業的衆多細分領域均都有廣泛的應用，当前產品類型包括集成電路、功率分立器件、其他器件等。
其中，IGBT便是一種分立器件当前產品。分立器件是指，具有單一功能的電路基本元件，主要實現電能的處理與變換，是構成電力電子變化裝置的核心器件之一，主要用于電力電子設備的整流、穩壓、開關、混頻等。
統計數據顯示，近幾年來，分立器件行業規模占半導體行業規模的比重維持在22%-25%之間。
分立器件發展過程：
20世紀50年代，功率二極管、功率三極管面世並應用于工業和電力系統；
20世紀60-70年代，晶閘管等半導體功率器件快速發展；
20世紀70年代末，平面型功率MOSFET發展；
20世紀80年代末，溝槽型功率MOSFET和IGBT面世，半導體功率器件進入電子應用時代；
20世紀90年代，超結MOSFET出現，打破傳統“矽限”以滿足大功率和高頻化的應用需求；
2008年，英飛淩推出屏蔽柵功率MOSFET，半導體功率器件的性能進一步提升；
2018年，英飛淩推出IGBT 7.0，面積進一步減少，成本和功耗再次實現降低。
功率器件中最具發展前景的賽道
電力電子技術第三次革命最具代表性的当前產品
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，即絕緣柵型雙極型晶體管）相當于一個非通即斷的開關，可以調節電路中的電壓、電流、頻率、相位等，保證電力設備或電子当前產品正常運行，並能實現高效節能效果；是國際公認的電力電子技術第三次革命最具代表性的当前產品，也是當前功率器件領域進入門槛最高的細分賽道。
分立器件的衆多当前產品中，IGBT当前產品與其他相比，具有易于驅動、開關速度快、損耗低等特點。憑借卓越的性能和快速的產業化速度，IGBT不僅在工業應用中逐漸取代了MOSFET和BJT，也已擴展到SCR及GTO占優勢的大功率應用領域，還滲透至消費電子領域。
目前，IGBT已廣泛應用于電壓超過650V的高功率場景，如家用電器、智能電網、新能源汽車、軌交等領域，屬于功率器件中最具發展前景的賽道，在工業應用中提高了設備的自動化水平、控制精度等，也大幅提高了電能的應用效率，同時減小了当前產品體積和重量，節約了材料，未來應用空間廣闊。
当前產品驗證和生產成本
是決定IGBT創新当前產品商業化速度的核心
在研發階段上，IGBT目前已叠代至第7代。代際之間的重點升級方向，均以降低損耗和提高功率密度爲主。當前主流市場使用的IGBT芯片以4代爲主。更大面積的更新換代不會只考慮性能，当前產品可靠性更是客戶所看重的，因此新当前產品還需要至少2-3年的驗證周期。
在材料的使用上，功率器件有Si、SiC和GaN三種材料選擇。作爲功率分立器件中半導體材料“霸主”的Si，性能逐漸發展到了極限。以SiC和GaN爲主的寬禁帶半導體，經過20年的技術和經驗積累，正在迅速崛起。
相對于Si，SiC和GaN有着以下優勢：
禁帶寬度是Si的3倍左右，擊穿場強約爲Si的10倍；
更高的耐壓能力以及更低的導通壓降；
更快的開關速度和更低的開關損耗；
更高的開關頻率；
更高的允許工作溫度；
SiC具有更高的熱導率。
目前IGBT市場出現了以Si基器件爲主導，SiC和GaN爲"遊擊"形式存在的局面。其中，SiC被業內認爲是未來的重要發展方向，有望引領性能全面提升。但受限于高成本的制約，SiC功率器件（如SiC-Mosfet）短期內還無法叫板Si-IGBT，在逐步滲透的過程中將會與其長期共存。
全球半導體產業的第三次轉移
中國是IGBT產業增長和產能遷移的重要因子
從全球半導體發展區域分布來看，美國、日本、歐洲、亞太地區是半導體当前產品的主要市場。
隨着近年來半導體產業技術轉移，半導體產業逐漸從美國向其他地區轉移。隨着未來中國等國家的半導體產業快速發展，有望成爲推動半導體行業保持穩定增長的全新動力。
我國半導體行業的市場需求不斷擴大。2011年，我國半導體行業的市場需求規模約爲9,238.8億元；2018年，市場需求規模達到18,731.6億元（折合約2800億美元），市場需求的年均複合增長率達10.63%。
但是，在技術和產業化積累上，盡管功率二極管、功率三極管、晶閘管等分立器件当前產品大部分已實現國產化，MOSFET、IGBT幾類当前產品較大程度上依賴進口，仍存在巨大的國產替代空間。
目前，國內IGBT市場主要由英飛淩、三菱電機、富士電機等海外廠商占據。由于行業存在技術門槛較高、人才匮乏、市場開拓難度大、資金投入較大等困難，國內企業在產業化進程中一直進展緩慢。隨着全球制造業向中國的轉移，中國已逐漸成爲全球最大的IGBT市場，國產化替代已是刻不容緩。
在市場需求的吸引下，一批具備IGBT相關經驗的海外華人歸國投身IGBT行業，同時國家大量資金流入IGBT行業，我國IGBT產業化水平有了一定提升，部分企業已經實現量產。在產業政策和市場需求的驅動下，IGBT國產化進程加速啓動。
以新能源汽車爲主的產業發展
將爲IGBT產業的指數級增長提供多元化動能
IGBT可應用于650~6500V電壓範圍的各類應用場景，按照應用場景的電壓等級分類，包括三個主要電壓等級：低電壓範圍IGBT（600V以下），應用于多種3C当前產品；中電壓範圍IGBT中壓（600V~1200V），應用在新能源汽車、光伏、工控等；高電壓範圍IGBT（1700V以上），應用于智能電網、高鐵軌道交通、風力/光伏發電等。
從下遊需求看，新能源汽車（含充電桩）、變頻家電、工業控制及新能源發電是IGBT主要的應用領域，占比分別達 31%、27%、20%、11%。
其中，電動汽車未來有望成爲中國IGBT最大的下遊市場。作爲電動汽車的“大腦”，IGBT是電動車的核心技術之一，IGBT的性能直接影響電動車功率的釋放速度。
隨着新能源汽車市場的快速發展和智能駕駛技術的應用，新能源汽車中以MOSFET、IGBT爲代表的功率半導體器件当前產品的需求量有望進一步提升。
一輛新能源汽車中有300多顆芯片，其中過半是功率芯片。據Gartner數據顯示，一輛新能源汽車中功率器件的成本高達387美元，占整車半導體價值的55%，遠高于傳統車71美元的成本。而在汽車功率芯片中又以IGBT的占比和成本居前，給功率芯片廠商帶來無限想象空間。
在新能源汽車成本結構中，11%爲電控系統，而電控系統中有44%爲IGBT的成本。因此推算IGBT的市場規模占到了整個電動汽車市場規模的4.84%。
目前，新能源汽車市場規模保持快速增長趨勢，並且未來規模有望繼續擴張。Insight SLICE預測，2025年全球電動汽車市場規模將達到870億美元，2030年市場規模將達到1914億美元。而中國電動汽車的市場規模，則相應在2025年和2030年分別達到506億美元、968億美元，接近千億美元的市場規模。
依據全球電動汽車市場規模的預測數據推測，全球電動汽車IGBT市場規模在2025年會達到42億美元，2030年達到93億美元，而中國電動汽車IGBT市場規模有望在2025年達到24億美元，2030年逼近50億美元。
當前全球和中國的IGBT市場規模分別爲60億美元、24億美元。這意味着，到2025年，僅僅是中國電動汽車領域的IGBT市場規模，就能達到目前國內IGBT的全部市場規模，年複合增長率超過20%。
除新能源汽車市場外，工業控制、變頻家電、以及新能源發電也將爲IGBT產業帶來指數級的增長：
工業控制IGBT需求穩定，將會是國產化最快的領域。IGBT是變頻器、逆變焊機等傳統工業控制及電源行業的核心元器件。伴隨變頻器行業的市場規模總體呈上升態勢，未來5年IGBT在變頻器中的市場規模有望繼續保持10%左右的增長。
伴隨節能環保趨勢，具變頻功能的白色家電的市場前景廣闊，爲IGBT市場的增長提供穩定的市場需求。IGBT是白色家電實現變頻功能的核心元器件，其高頻開閉合功能能夠帶來較小的導通損耗和開關損耗、出色的電磁幹擾性能、強大的抗短路能力、以及較小的電壓尖峰和家電保護能力。
新能源發電行業的迅速發展，將成爲IGBT行業持續增長的全新動力。IGBT是光伏逆變器和風力發電逆變器的核心器件。光伏逆變器是光伏系統中，將太陽能電池提供的直流電壓轉換成交流電壓，使之適應電網電壓水平並輸入電網的設備，是太陽能電力系統的核心部件之一。全球光伏市場持續維持增長態勢，將爲IGBT產業提供強有力的增長動能。
機遇和挑戰
國產替代是必須解決的一道難題
以新能源汽車普及爲IGBT產業帶來的發展機遇爲例，國內的汽車企業興奮不已，不少車企認爲這是我國汽車產業彎道超車的絕佳機會。然而，沒有核心技術的彎道超車仍是個僞命題。
電動汽車時代，國產電控技術與國外的差距，將比內燃機時代更大。在內燃機時代，通過測繪模仿，發動機性能能達到80%。而電氣化時代，經過晶圓切割、測試、封裝制造出來，好比計算機CPU的新能源汽車IGBT芯片很難進行模仿山寨，只能走自己的路。
由于外企對擴張保守，且功率器件產能擴張周期長，未來新能源市場將出現IGBT的供應缺口，這會成爲新能源汽車發展的瓶頸。想要實現彎道超車，IGBT的芯片的國產化自給自足是必須解決的一道難題。
目前，IGBT行業的主要產業鏈包括：芯片設計、芯片制造和模塊的設計、封裝和測試，主要有IDM、Fabless、模塊集成幾個主流模式。在不同模式領域，中國本土都已有一定數量的大型企業、創業公司在進行探索和嘗試。
IDM模式，即垂直整合制造商，是指包含電路設計、晶圓制造、封裝測試以及投向消費市場全環節業務的企業模式。設計、制造等環節協同優化，有助于充分發掘技術潛力；能有條件率先實驗並推行新的半導體技術，但對企業技術、資金和市場份額要求極高。
Fabless模式，Fabrication（制造）和less（沒有）的組合，企業自身只專注于芯片設計，將芯片制造外協給代工廠商。企業無需投資建立晶圓制造生產線，減小了投資風險，提升了經營靈活性，能夠快速開發出終端需要的芯片。Fabless模式在中國比較流行，基于中國成熟代工廠的數量優勢，創業公司可以聚焦技術研發去實現快速追趕。
IGBT模塊集成模式，將通過測試的晶圓，按照当前產品型號及功能需求加工，得到獨立芯片的過程。企業不承擔由市場調研不准、当前產品設計缺陷等因素帶來的決策風險。但是，這種模式對投資規模要求較高，維持生產線正常運作的成本也較高。
伴隨國家政策、資金的傾斜，中國IGBT行業的發展獲得前所未有的動能。同時，出于供應鏈安全考慮，在不同領域的下遊廠商，都更多傾向使用國內半導體廠商当前產品，國產IGBT份額有望提升。
從一級市場投資角度看，在市場需求的吸引下，自2005年開始，大量海外IGBT人才紛紛歸國，投入國產IGBT芯片和模塊產業的發展；我國IGBT產業化水平已有了一定提升，部分企業已經實現量產。此外，國內IGBT廠商普遍具備性價比高、響應速度快等本土化服務優勢。
具體而言，對于該行業中處于早期發展階段的項目，九鼎投資將關注注重技術研發的Fabless模式運營的半導體企業。
對于已經有一定體量的項目，我們優先關注擁有自主可控的生產線，有当前產品交付能力的企業。2021年，斯達半導體正是因爲沒有自主可控的当前產品生產線，與理想、小鵬的訂單失之交臂。在全球疫情席卷、地緣政治變化莫測的情形下，当前產品交付能力將是企業的核心競爭力。
同時，伴隨第三代半導體材料的出現，全球SiC器件還處于剛剛起步的階段，即使海外龍頭企業具有一些先發優勢，但技術差距遠遠小于IGBT數十年積累的“叠代鴻溝”。因此，國產IGBT企業不僅要在Si-IGBT領域發力，在SiC功率器件上有技術儲備和產能布局的中國企業也將具備彎道超車的機會，這類企業也是我們重點關注的。