如果你关注功率器件领域上市公司，你会发现主营IGBT的标的会获得更高的溢价；如果相关标的能将IGBT切入光伏、新能源汽车市场，那溢价会进一步提升。为什么二级市场会有上述反馈呢？本篇我们带着问题来解析资本市场宠儿“IGBT”。
IGBT概述
功率器件是电子装置电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电压和频率。主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等，同时具有节能功效。IGBT属于功率器件中的一种，具有耐高压特性，目前广泛应用于650-6500V的中高压领域，属于功率器件领域最具发展前景的赛道。
从结构来看，IGBT属于双极型、硅基功率半导体，具有耐高压特性。融合了BJT（Bipolar junction transistor，双极型三极管）和MOSFET的性能优势，结构为MOSFET+一个BJT，兼具BJT大电流增益和MOS压控易于驱动的优势，自落地以来在工业领域逐步替代MOSFET和BJT。
图表：IGBT融合了BJT和MOSFET的结构
资料来源：电力电子技术与新能源
图表：BJT、MOSFET、IGBT功能对比
资料来源：《工业强基一条龙》
图表：功率器件市场按品类拆分
资料来源：Yole
从应用形式来看，IGBT最常见的应用形式是模块。大电流和大电压环境多使用IGBT模块，IHS数据显示模块和单管比例为3:1。而IPM是特殊的IGBT模块，主要应用于中小功率变频系统。IGBT模块主要有五种结构。以2 in 1模块为例，模块中封装了两组芯片，根据电流或功率要求不同每组可并联多颗IGBT芯片（IGBT芯片与FRD一一对应）。IGBT模块的优势：与单管相比，IGBT模块：1）集成度更高，更节约体积；2）多IGBT芯片并联，电流规格更大；3）减少外部电路连接的复杂性；4）散热性更好，可靠性提升。
简易的说，IGBT集结了BJT和MOSFET的性能优势，适用于“中高压”领域（如光伏、新能源汽车），主要以模块形式应用在下游市场。
技术门槛&路线
IGBT产业大致可分为芯片设计、晶圆制造、模块封装、下游应用四个环节，其中设计环节技术突破难度略高于其他功率器件，制造环节资本开支相对大同时更看重工艺开发，封装环节对产品可靠性要求高，应用环节客户验证周期长，综合看IGBT属于壁垒较高的细分赛道。
从芯片设计环节来看，由于IGBT芯片工作在大电流、高电压的环境下，对可靠性要求较高，同时芯片设计需保证开通关断、抗短路能力和导通压降（控制热量）三者处于均衡状态，芯片设计与参数调整优化十分特殊和复杂，因而对于新进入者而言研发门槛较高（看重研发团队的设计经验），IGBT应用端迭代节奏慢于研发端，目前市场主流水平相当于英飞凌第4代。由于IGBT属于电力电子领域的核心元器件，客户在导入新一代IGBT产品时同样需经过较长的的验证周期，且并非所有应用场景都追求极致性能，因此每一代IGBT芯片都拥有较长的生命周期。
图表：英飞凌历代IGBT芯片情况梳理
资料来源：英飞凌工业公众号
图表：IGBT历代发展参数
资料来源：电力电子技术与新能源
从晶圆制造环节来看，IGBT制造的三大难点：背板减薄、激光退火、离子注入。IGBT的正面工艺和标准BCD的LDMOS区别不大，但背面工艺要求严苛（为了实现大功率化）。具体来说，背面工艺是在基于已完成正面Device和金属Al层的基础上，将硅片通过机械减薄或特殊减薄工艺（如Taiko Temporary Bonding技术）进行减薄处理，然后对减薄硅片进行背面离子注入，如N型掺 杂P离子、P型掺杂B离子，在此过程中还引入了激光退火技术来精确控制硅片面的能量密度。特定耐压指标的IGBT器件，芯片厚度需要减薄到100-200μm，对于要求较高的器件，甚至需要减薄到60-80μm。当硅片厚度减到100-200μm的量级，后续的加工处理非常困难，硅片极易破碎和翘曲。从8寸到12寸有两个关键门槛：减薄要求从120um转成80um，翘曲更严重，国内能解决，不过背面高能离子注入（氢离子注入），设备单价高。
从模块封装环节来看，IGBT模块重视散热及可靠性，封装环节附加值高。IGBT模块在实际应用中高度重视散热性能及产品可靠性，对模块封装提出了更高要求。此外，不同下游应用对封装技术要求存在差异，其中车规级由于工作温度高同时还需考虑强振动条件，其封装要求高于工业级和消费级。
从技术升级方向来看，IGBT主要围绕稳定性&散热、功率密度&损耗以及制造成本三个方面进行迭代。
图表：IGBT技术主要升级方向
资料来源：产业研究
总体来说，IGBT作为功率器件的一种，技术难度是低于集成电路的，但在功率器件中，它的技术难度又高于二极管、BJT、MOSFET等器件。值得注意的是，目前市场主流为IGBT为英飞凌第4代（技术1997出现，2007年大规模商业化），这给了我国主营IGBT公司充足的技术突破、追赶时间，这也是为什么在我们说功率器件是国产替代的“第一站”。
市场空间&增速
IGBT目前广泛应用在650-6500V的中高压领域，主要包括新能源车、光伏、工业控制、电网轨交等。
图表：不同应用领域的IGBT工作电压
资料来源：Yole
图表：IGBT的下游需求分布
资料来源：集邦咨询
分下游应用市场来看，电动车、光伏风电、工业控制、变频家电、电网轨交是IGBT需求驱动的重要市场。
电动车方面，1个8寸晶圆可以产出259颗相应规格芯片，对应10个80KW的车规模块（PS：包含了FRD芯片）结论：一颗8寸晶圆可以满足10辆A00级车的电控需求（80KW以下），5辆160KW的 A级车的电控需求。
光伏风电方面，光伏逆变器中IGBT单位成本约0.02元/W。测算2019/20年全球光伏行业IGBT需求约23/27亿元，预计2025年将伴随光伏装机增长至70亿元（国内占比约60%，对应42亿元），5年CAGR超过20%。预计“十四五”期间国内风电年均装机超50GW，年复合增速10%-15%。以1.5MW双馈型风机为例，其中变流器中IGBT用量约21个（1700V/2400A）；目前风电变流器中IGBT单位成本约为0.025元/W。根据测算，2020年国内风电行业IGBT需求约9亿元，预计2025年增长至17.5亿元，5年CAGR接近15%。即，光伏和风电整体需求增速，未来5年有望实现15%~20%。
工业控制方面，IGBT模块是变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的核心元器件,下游增速约10~15%细分市场包括变频器、工业电源、电焊机、伺服器等。工控领域IGBT需求相对分散，国内市场空间约70~80亿元，预计未来维持10~15%增速。
变频家电方面，2020年初国家推出新能效标准加速家电的变频化，行业增速约20%。以空调为例，国内2022年 完全淘汰定频空调，定速空调和变频3级能效产品以下均不符合新国标，将淘汰目前在售的90%以上的定速空调型号和50%的变频空调型号。IHS预计全球2017~22年变频家电出货量CAGR达 到19%。变频家电多使用IPM，全球空间有望达百亿级别。IPM（智能功率模块）是一种特殊的IGBT模块，集成了驱动、保护电路等。空调使用2颗IPM（内外机），其他家电使用1颗IPM，单颗ASP在10~30元。基于IHS预测的变频家电出货量测算，2017年到2022年全球家电用IPM总需求将由49亿元增长至117亿元。
电网轨交方面，电网近年落地的柔性直流（张北±500kV柔性直流工程）或直流混合项目（乌东德工程），开始较大批量的采购高压IGBT产品，单条线路平均用量约5000~6000万元。预计“十四五”期间，柔性直流项目有望逐渐稳定落地并扩大商用规模。轨道交通市场对于IGBT的需求可根据应用场景，大致分为铁路市场与地铁市场。具体IGBT 单位用量，主要根据车型设计使用的电压等级及变流器数量决定，电力机车平均用量在60~90个 左右，电压等级在2400V~6500V之间；动车组平均用量为80~150个，电压等级在3300V~6500V之间；地铁受型号影响，平均用量在30~80个不等，电压等级在1700V~3300V之间。以2018年中国轨道交 通招标采购量为例，经测算预计全年轨交IGBT采购需求约为15亿元。
市值生态
目前，主营涉及IGBT的上市公司主要包括斯达半导、宏微科技、新洁能、扬杰科技、时代电气、士兰微等。截至2022年3月17日收盘，它们的扣非动态市盈率分别为230、502、78、62、60和125，受功率半导体景气度（供给紧缺阶段）影响，它们均处于高溢价阶段，但溢价程度各有差异，这背后的原因是？
股价背后的原因是复杂的，但从基本面可发现一些趋势性或方向性的底层原因。回顾本篇前三节对IGBT的梳理，可以发现：1）技术壁垒，IGBT技术壁垒高于二极管、MOSFET等；2）应用领域，光伏、电动车的增速预期高于其他领域，且光伏、电动车对IGBT的技术要求更高。即，具备光伏级、车规级IGBT技术实力、量产实力的上市公司，前景预期更佳。
落实到具体上市公司来看，市值溢价的差异便好理解了。考虑篇幅，我们仅点出部分代表性上市公司的特点或标签，以斯达半导、宏微科技和士兰微为例。
斯达半导，创始人出自英飞凌，主营IGBT模块，IGBT芯片主要由英飞凌供应，可视为英飞凌的中国战略合作伙伴。目前，斯达半导可生产光伏级和车规级的IGBT模块，技术实力较强。在车规级市场，斯达半导IGBT模块市占率高达16.6%（仅次于英飞凌49.2%、比亚迪半导体20%），主要供应汇川科技，成为新能源造车新势力供应链（斯达半导-汇川科技-造车新势力）的战略供应商。斯达半导，可谓是“技术+市场”双加分的企业。【标签：造车新势力的IGBT战略供应商】
宏微科技，国内首批IGBT公司。2020年，宏微科技成为华为光伏IGBT供应商，而华为是光伏逆变器全球最大的制造商，绑定华为，业绩有望加速兑现。【标签：华为光伏级IGBT战略供应商】
士兰微，国内功率半导体IDM龙头，综合实力较强，具备光伏级和车轨级IGBT技术实力。受益于IDM模式，在功率半导体，尤其是晶圆缺货的背景下，出货量有保障，受益确定性高。此外，士兰微正在建设12寸晶圆生产线，若实现量产，有望进一步降低产品的成本，提升竞争力。【标签：功率半导体，IDM龙头】
最后，带着“标签”看斯达半导、宏微科技和士兰微，它们溢价率高于可比公司是具备合理性的，这是一个定性问题。但是，溢价高于可比公司多少才算合理？这是一个定量问题，仅从叵测的业绩预测来解释就并不容易。
本文不构成投资建议，股市有风险，入市需谨慎。
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