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中信证券研究部 宋韶灵 首席新能源汽车 分析师 S1010518090002 陈俊斌 首席制造产业 分析师 S1010512070001 弓永峰 首席电新分析师 S1010517070002 徐涛 首席电子分析师 S1010517080003 刘海博 首席机械分析师 S1010512080011 新能源汽车行业 评级 强于大市（维持） 证券研究报告 电动车核心技术，国产替代迎机遇 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 核心观点 IGBT 作为汽车电动化核心部件，其安全性、节能性直接决定了电动车性能， 但车用 IGBT 的技术、制造、资金等壁垒高，国产化率低，供应长期被欧美日 企业垄断。随着 IGBT 技术不断进步，国内企业快速发展，国产 IGBT 已经开 启大规模生产并批量应用于电动车，长期有望逐步实现进口替代。重点推荐： 已经在 IGBT 产业链布局、并实现规模化生产和批量应用的比亚迪（A+H）、 中车时代电气（H）。 ▍IGBT 在电动车起到什么作用，市场空间有多大？IGBT 是电动车技术皇冠上的 明珠，预计 2025 年全球空间 370 亿元。IGBT 是电动车中控制交直流、高低压 转换的核心半导体器件，应用在电控、空调与热管理、充电系统三大主要场景， 其安全性、节能性直接决定了电动车性能。电动乘用车依据配置不同，IGBT 单 车价值量高达 1000-5000 元，预计 2020 年全球空间接近百亿元，伴随全球电动 车产销快速增长，预计行业 2025 年空间有望达 370 亿，CAGR 约+30%。 ▍车用 IGBT 行业格局如何？英飞凌等欧美日企业垄断，国内企业积极布局。由于 芯片设计、晶圆制造是产业链核心技术环节，海外巨头议价能力高、盈利能力强， 例如英飞凌 PMM 业务净利率高达 25%；而模块制造、电控制造等环节利润率 相对合理。2019 年，中国电动车用 IBGT 国产化率低于 30%，CR3 超过 81%， 英飞凌/比亚迪/三菱电机分别为 58%/18%/5%，比亚迪凭借自身品牌电动车优 势，率先实现了国产 IGBT 规模化生产和应用。与此同时，比亚迪、中车时代等 中国企业正在产业链多个环节布局，并向设计、晶圆制造等核心技术环节加大投 入。 ▍车用 IGBT 壁垒高，自主企业进展如何？技术差距在缩小，国产替代可期。从全 产业链看，IGBT 的前期资本开支大，中期制造良品率重要，后面市场开拓需要 培育，壁垒极高。IGBT 产品三个核心因素是安全性、性能、成本：1）安全性 方面，欧美日企业凭借长期经验积累具备先发优势，而比亚迪凭借电动车量产优 势快速看齐。2）性能方面，国产 IGBT 晶圆目前减薄至 110-130μm，较英飞 凌 70-110μm 水平虽然仍有差距，但性能差异有限；同时精细化网格栅等技术 也推动比亚迪等国产 IGBT 性能不断追赶海外巨头。3）成本上，伴随国内 8 寸 晶圆陆续量产以及良率逐步提升，国产 IGBT 的成本优势正逐步显现。 ▍风险因素：新能源汽车产销不及预期；新能源汽车政策波动；IGBT 降价幅度超 预期；技术路线变动。 ▍投资策略：IGBT 作为电动化核心部件，进入壁垒高，目前国产化率低，供应长 期被欧美日企业垄断，随着 IGBT 技术趋势成熟，国内企业快速发展，已经逐步 批量应用于电动车，长期有望逐步实现国产替代。重点推荐：已经在 IGBT 产业 链布局、并实现规模化生产和批量应用的比亚迪（A+H）、中车时代电气（H）。 重点公司盈利预测、估值及投资评级 简称 收盘价 （元） EPS（元） 2018 2019E 2020E 2018 PE 2019E 评级 2020E 比亚迪（A） 58.48 1.02 0.61 0.71 57 96 82 买入 比亚迪（H） 45.10 1.02 0.61 0.71 40 66 57 买入 中车时代 电气（H） 28.80 2.22 2.45 2.70 12 11 10 增持 资料来源：Wind，中信证券研究部预测 注：（1）股价为 2020 年 2 月 17 日收盘价 （2）比亚迪 H、中车时代电气 H 股价为港元，EPS 为人 民币 请务必阅读正文之后的免责条款 目录 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 IGBT：电动车技术皇冠上的明珠...................................................................................... 1 IGBT 广泛应用在电动车等电气化领域 .............................................................................. 1 电动车 IGBT 是电控核心部件，2025 年全球空间 370 亿元.............................................. 2 行业格局：英飞凌垄断，国内积极布局 ............................................................................ 4 IGBT 产业链：技术与利润集中在设计、晶圆制造环节..................................................... 4 电动车 IGBT 格局：英飞凌稳居第一，比亚迪在国内率先突破......................................... 6 趋势：技术差距缩小，成本优势凸显，国产替代可期 ...................................................... 7 IGBT 产业具备资金、制造、技术壁垒，进入门槛高 ........................................................ 8 安全性是电动车 IGBT 首要考虑........................................................................................ 8 IGBT 技术不断进步，国内企业与海外产品性能差距正在相对缩小 ................................ 10 国内企业制造成本优势逐渐显现 ..................................................................................... 12 风险因素 ......................................................................................................................... 14 投资建议 ......................................................................................................................... 14 比亚迪 ............................................................................................................................. 14 中车时代电气 .................................................................................................................. 15 请务必阅读正文之后的免责条款部分 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 插图目录 图 1：在半导体应用场景中 ............................................................................................... 1 图 2：IGBT 主要应用领域................................................................................................. 2 图 3：某纯电动车（单电机）物料成本结构...................................................................... 2 图 4：某插电混动车（双电机）物料成本结构 .................................................................. 2 图 5：某纯电动、插电混动车型物料成本结构对比 ........................................................... 3 图 6：电控系统的成本结构 ............................................................................................... 3 图 7：比亚迪唐双电机插混车型全车三大部位（电控、热管理、充电）使用 IGBT.......... 3 图 8：不同电动车型单车 IGBT 价值量估算 ...................................................................... 3 图 9：全球电动车 IGBT 市场空间测算.............................................................................. 3 图 10：IGBT 的加工流程 .................................................................................................. 4 图 11：一个典型的“电动车-电控-IGBT 模块-IGBT 晶圆”产业链价值量估算...................... 6 图 12：2018 年 IGBT 分离件市场份额.............................................................................. 7 图 13：2018 年 IPM（主要是家电）市场份额 .................................................................. 7 图 14：2018 年 IGBT 模组市场份额 ................................................................................. 7 图 15：2017 年 IGBT 分离件市场份额.............................................................................. 7 图 16：2017 年 IPM（主要是家电）市场份额 .................................................................. 7 图 17：2017 年 IGBT 模组市场份额 ................................................................................. 7 图 18：电动车用 IGBT 的三个核心因素：安全、性能、成本 ........................................... 8 图 19：IGBT 一般工业封装............................................................................................... 9 图 20：IGBT 车规级封装 .................................................................................................. 9 图 21：IGBT 的主要失效方式 ........................................................................................... 9 图 22：英飞凌的 PrimePACK 技术 ................................................................................. 10 图 23：封装技术未来发展趋势........................................................................................ 10 图 24：各企业 IGBT 晶圆厚度对比 ................................................................................. 11 图 25：英飞凌 300mm 毫米（12 寸）直径晶圆 ............................................................. 11 图 26：IGBT 器件 ........................................................................................................... 11 图 27：平面（左）、沟槽（右）技术的 IGBT 结构和导电差异 ....................................... 12 图 28：平面（左）、沟槽（右）技术的 IGBT 带来损耗不同........................................... 12 图 29：比亚迪 IGBT 用平面栅实现了超过主流沟槽技术性能 ......................................... 12 图 30：不同企业 8 寸 IGBT 晶圆价格、成本 .................................................................. 13 表格目录 表 1：BJT、MOSFET 和 IGBT 特性对比 ......................................................................... 1 表 2：全球电动车 IGBT 市场空间测算.............................................................................. 4 表 3：部分主要 IGBT 产业链企业布局图 .......................................................................... 5 表 4：中国电动乘用车 2019 年 IGBT 配套份额 ................................................................ 7 表 5：部分主要 IGBT 企业产线晶圆尺寸 ........................................................................ 13 表 6：比亚迪 IGBT 发展历程 .......................................................................................... 13 表 7：电动车 IGBT 板块重点公司盈利预测 .................................................................... 14 请务必阅读正文之后的免责条款部分 kUjWuVkXtWjWkU6McM6MoMqQnPpOlOnNyQkPtRtO8OqRnOwMnMuNwMpPvN 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 ▍ IGBT：电动车技术皇冠上的明珠 IGBT 广泛应用在电动车等电气化领域 IGBT 是电力交直流、高低压转换的核心器件。IGBT 全称为 Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅型双极型晶体管，主要作用是进行交流电和直流电的转换、电压高低 的转换，广泛应用在电动车、光伏、高铁、电网、工业控制等领域。 图 1：在半导体应用场景中 资料来源：英飞凌官网 IGBT 是 MOSFET 的加强版本，具有更好的耐高压特性，当前在 650V 以上应用场景 被广泛使用。MOSFET 的优点是开关响应速度快、工作频率高，可以达到 1MHz 甚至 10MHz；但缺点是不耐高压，在高压大电流场合功率损耗较大。当传输功率达到 1500W （对应电流约为 2.3A）时，MOSFET 的功率损耗开始超过 IGBT；随着传输功率进一步提 升，这一差距将进一步拉大。因此相比 MOSFET，IGBT 优点是导通压降小，耐高压，传 输功率可以达到 5000W。 表 1：BJT、MOSFET 和 IGBT 特性对比 驱动方式 BJT 电流 驱动电路 复杂 输入阻抗 低 驱动功率 高 开关速度 慢 工作频率 低 饱和压降 低 资料来源：中信证券研究部 MOSFET 电压 简单 高 低 快 高 低 IGBT 电压 简单 高 低 居中 居中 高 请务必阅读正文之后的免责条款部分 1 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 IGBT 下游应用主要依据工作电压高低划分，电动车用 IGBT 电压位于 650~1200V 区 间场景。家电、工业安装等领域的工作电压最低，为 650V；新能源汽车 IGBT 的电压相对 居中，一般为 650V 和 1200V 级别；光伏、工业电机、高铁、动车、智能电网工作电压要 求更高，在 1700V 以上，甚至可达 6500V。 图 2：IGBT 主要应用领域 资料来源：Yole，中信证券研究部 电动车 IGBT 是电控核心部件，2025 年全球空间 370 亿元 功能上：电动车的电控、热管理、充电系统都需要用到 IGBT。纯电动车上 IGBT 主 要用于电控、电池热管理、电动车空调、充电系统几个方面。插电混动车上，与低压系统 相独立的高压系统需要用到 IGBT。部分搭载了 48V 混动系统的燃油车也需要用到少量 IGBT。 价值量上：电动车电控系统是电动车价值量第二大单个部件。在一辆典型的电动车中， 单个电控采购成本约 0.3-0.5 万元，考虑存在单电机、双电机不同版本电动车，实际电控 成本一般占总物料成本的 3-7%，是动力电池外的第二大单个零部件。 图 3：某纯电动车（单电机）物料成本结构 电子电器 11% 内饰 8% 底盘 10% 电池 41% 外饰 5% 车身 7% 电控 3% 三电其电…机 3% 资料来源：中信证券研究部估算 图 4：某插电混动车（双电机）物料成本结构 燃油动力 总成 14% 电池 12% 电控 7% 底盘 13% 电子电器 16% 电机 6% 三电其它 6% 车身 10% 内饰 10% 外饰 6% 资料来源：中信证券研究部估算 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 图 5：某纯电动、插电混动车型物料成本结构对比 16 万元/辆 15 万元 14 12 11 万元 10 8 6 0.40.4 4 5.9 2 00..78 1.4 0 某中档EV 某中档PHEV (单电机) (双电机) 燃油动力总成 底盘 电子电器 内饰 外饰 车身 三电其它 电机 电控 电池 图 6：电控系统的成本结构 劳动制造成本 9% 其他材料 22% PCB板 8% 大电容 10% IGBT 41% 散热底板 10% 资料来源：中信证券研究部估算 注：电控为采购价格 资料来源：大地和公开转让说明书，中信证券研究部 IGBT 在电控成本中占比高达约 40%，是电控核心部件。A 级以上纯电动车 IGBT 单 车价值量在 2000~4000 元，豪华车甚至高达 5000 元以上，插电混动车型也在 2500-3500 元量级。电动公交车由于对 IGBT 体积要求相对低，因而单车价值量也略低于高端纯电动。 图 7：比亚迪唐双电机插混车型全车三大部位（电控、热管理、充电）使用 IGBT 资料来源：汽车之家 图 8：不同电动车型单车 IGBT 价值量估算 6000 元/辆 5000 >4000 4000 3000 25003500 20004000 1500-2000 2000 1000 <1000 0 PHEV A00/A0级 A级以上 豪华电动 商用车 资料来源：中信证券研究部估算 注：价值量为估计值可能与实际存在一定差异 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 9：全球电动车 IGBT 市场空间测算 全球电动车IGBT市场空间 400 亿元 63% 300 40% 41% 39% 200 22% 100 191 0 35 57 70 98 138 2017 2018 2019 2020E2021E2022E YoY(右轴) 70% 60% 50% 40% 368 30% 24% 20% 10% 0% 2025E 资料来源：中信证券研究部估算 3 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 全球电动车高增长（尤其是 A 级以上车型）带动 IGBT 需求放量，我们测算 2020 年 行业空间约 97 亿元，预计 2025 年有望达到 370 亿元，CAGR +30%。 表 2：全球电动车 IGBT 市场空间测算 电动车 销量 (万辆) 中国 海外 合计 单车价值量 (万元/辆) EV 乘用车 A00/A0 占比 PHEV 乘用车 中国乘用 中国商用车 EV 乘用车 PHEV 乘用车 海外乘用 A 级以上 EV A00/A0 级 EV PHEV 2017 45 76% 11 56 20 34 33 67 123 2018 76 65% 24 100 19 61 39 100 200 商用车 2017 2018 EV 乘用车 7 13 电动车 IGBT 市场规 模 (亿元) 中国 海外 PHEV 乘用车 3 7 中国小计 10 21 中国商用车 4 4 EV 乘用车 12 21 PHEV 乘用车 10 12 海外小计 22 33 合计 35 57 YoY 63% 资料来源：乘联会，Marklines，中信证券研究部预测 2019 2020E 2021E 2022E 85 42% 20 106 14 80 43 123 229 118 34% 28 147 18 110 56 166 331 165 29% 41 206 21 155 75 230 457 223 26% 56 279 34 220 95 315 628 0.35 0.08 0.30 0.18 2019 2020E 2021E 2022E 20 30 45 63 6 9 12 17 26 39 57 79 3 3 4 6 28 39 54 77 13 17 23 29 41 55 77 106 70 97 138 191 22% 40% 41% 39% 注：IGBT 单车价值量为估计平均值 2025E 414 18% 108 523 51 430 171 601 1175 2025E 124 33 157 9 150 51 202 368 24% ▍ 行业格局：英飞凌垄断，国内积极布局 IGBT 产业链：技术与利润集中在设计、晶圆制造环节 巨头在设计、晶圆制造环节利润丰厚。英飞凌等全球巨头凭借在电路设计、晶圆制造 技术优势，其 PMM 业务（其 IGBT 所属板块）净利率高达 25%。相比之下，下游封装以 及应用端的电控、整车的盈利水平则低于晶圆环节。 图 10：IGBT 的加工流程 资料来源：Yole 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 表 3：部分主要 IGBT 产业链企业布局图 原材料 供应链 比亚迪 中车时代 华虹半导体 上海先进 士兰微 国内 华微电子 扬杰科技 宏微科技 斯达半导 汇川技术 英威腾 英飞凌 海外巨头 三菱 富士 设计电路图 晶圆制造 代表公司 英飞凌 毛利率 全公司毛利率 35-40% 净利率 PMM 业务净利率 25% ROCE 全公司 ROCE 25% 资料来源：公司公告，英飞凌财报，IHS，中信证券研究部 注：标红为该公司经营产业链这一环节业务 模组封装 模块制造 电控 汇川技术 等 毛利率 20-30% 整车 比亚迪 特斯拉等 毛利率 10-25% 图 4：全球主要 IGBT 产业链企业 资料来源：Yole 除晶圆外的模块、电控各环节都拥有合理利润，中国企业多环节布局国产替代。IGBT 从晶圆制造完成后，下游的模块封装环节毛利率在 25-35%，电控制造环节毛利率在 20-30%，目前都拥有相对稳定的盈利。国内比亚迪、中车株洲时代纵向一体化布局，而华 虹半导体、上海先进等专注晶圆制造，宏微科技、斯达半导布局设计与封装。整体看，中 国 IGBT 产业链正逐步具备国产替代能力。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 图 11：一个典型的“电动车-电控-IGBT 模块-IGBT 晶圆”产业链价值量估算 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 资料来源：英飞凌财报，IHS，比亚迪财报，斯达半导招股书，中信证券研究部测算 注：这里我们没有考虑充电、空调用 IGBT 电动车 IGBT 格局：英飞凌稳居第一，比亚迪在国内率先突破 IGBT 制造难度大，具有极高的技术壁垒，IGBT 主要被欧美日企垄断。中国功率半导 体市场约占世界市场份额 50%，但是中高端的 MOSFET（绝缘栅型场效应管）、IGBT 主 流器件市场基本被欧美、日本企业垄断。我国 IGBT 产品对外依赖度达到 90%。国外 IGBT 主要制造商包括英飞凌、ABB、三菱、西门子、东芝、富士等。 国内 IGBT 技术（芯片设计、晶圆制造、模块封装）目前均处于起步阶段。目前国内 IGBT 企业在研发与制造工艺上与世界先进水平差距较大。而且，IGBT 是关键设备上的核 心部件，供应切换具有非常高的风险，这也制约了我国 IGBT 技术的发展和产品的应用。 目前国内能够在电动车上量产 IGBT 的只有中车株洲时代和比亚迪。 英飞凌供应国内电动车市场超过一半 IGBT，但比亚迪凭借电动车应用优势率先突破。 目前英飞凌在全球 IGBT 分离件、模组市场份额居第一，份额均超过第二、三、四名总和； 英飞凌在全球 IPM 市场居第三位。2019 年英飞凌在中国国内电动车供应 63 万套 IGBT 模 块，市占率达到 58%；比亚迪凭借自身品牌电动车优势，国内市占率 18%居第二位。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 图 12：2018 年 IGBT 分离件市场份额 图 13：2018 年 IPM（主要是家电）市场份额 图 14：2018 年 IGBT 模组市场份额 Infineon ON Semi Fuji Electric Littelfuse STMicro Mitsubishi Renesas MagnaChip Toshiba Microchip 其它 9.6% 37.4% 9.5% 5.9% 5.4% 空间 5.0% 13 亿美元 4.8% 3.8% 3.1% 1.6% 13.9% 0% 10% 20% 30% 40% 资料来源：英飞凌财报 图 15：2017 年 IGBT 分离件市场份额 Mitsubishi ON Semi Infineon Fuji Electric Semikron Sanken STMicro Rohm Microchip Jilin Sino-Micro 其它 32.3% 18.9% 12.0% 10.0% 5.8% 2.9% 2.1% 空间 17 亿美元 1.4% 0.6% 0.5% 13.5% 0% 10%20%30%40% Infineon Mitsubishi Fuji Electric Semikron Vincotech Hitachi Danfoss Starpower Toshiba ON semi 其它 34.5% 10.4% 9.7% 8.0% 4.9% 3.5% 空间 33 亿美元 2.4% 2.2% 2.1% 1.8% 20.5% 0% 10% 20% 30% 40% 资料来源：英飞凌财报 资料来源：英飞凌财报 图 16：2017 年 IPM（主要是家电）市场份额 图 17：2017 年 IGBT 模组市场份额 Infineon Fuji Electric ON Semi STMicro MagnaChip Renesas Mitsubishi Toshiba Littelfuse IXYS 其它 12.0% 38.5% 11.6% 5.2% 4.1% 3.7% 空间 3.6% 11 亿美元 3.4% 2.6% 1.6% 13.7% 0% 10% 20% 30% 40% Mitsubishi ON Semi Infineon Fuji Electric Semikron Sanken STMicro Rohm Microchip Starpower 其它 36.4% 18.7% 10.3% 9.9% 4.9% 3.2% 1.7% 空间 16 亿美元 1.2% 0.6% 0.4% 12.7% 0% 10% 20% 30% 40% Infineon Fuji Electric Mitsubishi Semikron Vincotech Hitachi Danfoss Toshiba Bosch Starpower 其它 32.6% 10.5% 9.6% 8.3% 5.9% 3.8% 3.2% 空间 26 亿美元 2.4% 2.0% 1.9% 19.8% 0% 10% 20% 30% 40% 资料来源：英飞凌财报 资料来源：英飞凌财报 资料来源：英飞凌财报 表 4：中国电动乘用车 2019 年 IGBT 配套份额 排名 公司 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 其它 英飞凌 比亚迪微电子 三菱电机 赛米控 斯达 电装 法雷奥 德尔福 中车时代 东芝 合计 资料来源：NE 时代 配套量(万套) 62.8 19.4 5.6 3.3 1.7 1.7 1.4 1.0 0.8 0.3 9.8 108 市场份额 58.2% 18.0% 5.2% 3.0% 1.6% 1.6% 1.3% 0.9% 0.8% 0.3% 9.1% 100% ▍ 趋势：技术差距缩小，成本优势凸显，国产替代可期 电动车 IGBT 核心关注安全性、电能损耗、成本三个因素。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 图 18：电动车用 IGBT 的三个核心因素：安全、性能、成本 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 资料来源：IHS，斯达半导招股书，中信证券研究部绘制 IGBT 产业具备资金、制造、技术壁垒，进入门槛高 从全产业链看，IGBT 的前期资本开支大，中期制造良品率重要，后面市场开拓需要 培育，壁垒极高。 资本开支大：以中车在株洲的 8 英寸 IGBT 基地项目为例，2016 年年产 12 万片 8 英 寸 IGBT 芯片、100 万只 IGBT 模块的基地总投资高达 15 亿元；士兰微的第一条年产能 24 万片的 8 寸产线投资也高达 10 亿元。 制造良品率重要：良品率直接决定了 IGBT 模块生产成本，并影响盈利能力。目前在 同尺寸产线横向比较上，中国企业与国际龙头相比还存在一定差距。 市场开拓需要培育：由于 IGBT 寿命、稳定性直接影响电动车安全性，其性能也直接 决定了续航里程等电动车性能，因此全球电动车 IGBT 市场此前一直被英飞凌等海外巨头 垄断。车企切换至国内供应商，需要对其产品稳定性、性价比、公司整体研发与资金实力 等综合评估，因此 IGBT 在国产替代过程中面临较大市场难度。 安全性是电动车 IGBT 首要考虑 量产经验与装车量方面，英飞凌等海外巨头量产经验丰富，国内市场比亚迪凭借自身 品牌电动车稳定应用场景具备独有优势。 电动车用 IGBT 封装要求远高于工业级别。IGBT 封装的主要目的是散热，其关键是材 料。车用 IGBT 的散热效率要求比工业级要高得多，逆变器内温度最高可达 20℃，同时还 要考虑强振动条件，车规级的 IGBT 远在工业级之上。自第六代技术以后，各大厂商开始 将精力转移到 IGBT 封装上。在 IGBT 封装材料方面，日本在全球遥遥领先，德国和美国 处于跟随态势，我国的材料科学则相对落后。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 图 19：IGBT 一般工业封装 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 图 20：IGBT 车规级封装 资料来源：电力电子网 资料来源：电力电子网 IGBT 功能失效主要由热循环引起，一方面可能是不同层元器件热膨胀系数的不匹配， 另一方面可能是填充凝胶无法承受高温，从而导致元器件脱接。具体的失效方式包括芯片 键合失效、连接（焊接、烧结）方式失效和衬板连接失效。 图 21：IGBT 的主要失效方式 资料来源：Power Modules Packaging Technologies & Market - Yole 英飞凌 XT 技术大幅延长 IGBT 模块使用寿命。英飞凌的 PrimePACK 功率模块采用 了 IGBT5 芯片和 XT 模块工艺技术。XT 技术涉及到了芯片正面的键合线、芯片背面的焊 接（芯片至 DCB）和 DCB（直接键合铜）至基板的焊接等多项 IGBT 封装关键技术点。 XT 技术的应用使得 IGBT 模块静态和动态损失更低，并具有更强的热量和功率循环功能， 操作温度高达 175°C。通过增强热管理和功率循坏周次，产品功率密度提高 25%，使用 寿命延长 10 倍。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 图 22：英飞凌的 PrimePACK 技术 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 资料来源：英飞凌官网 设计优化、材料升级是封装技术进化的两个维度。设计升级方面主要是：1）采用聚 对二甲苯进行封装。聚对二甲苯具有极其优良的导电性能、耐热性、耐候性和化学稳定性。 2）采用低温银烧结和瞬态液相扩散焊接。在焊接工艺方面，低温银烧结技术、瞬态液相 扩散焊接与传统的锡铅合金焊接相比，导热性、耐热性更好，可靠性更高。材料升级方面 主要是：1）通过使用新的焊材，例如薄膜烧结、金烧结、胶水或甚至草酸银，来提升散 热性能；2）通过使用陶瓷散热片来增加散热性能；3）通过使用球形键合来提升散热性能。 图 23：封装技术未来发展趋势 资料来源：Power Electronics Overview: what are the markets and trends? – Yole IGBT 技术不断进步，国内企业与海外产品性能差距正在相对缩小 晶圆减薄：目前国内企业晶圆普遍可以减薄至 110-130μm，虽然与英飞凌 70-110μ m 水平仍有差距，但这一差距相比以往已经相对缩小了。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。IGBT 的背面工艺需要减薄 6-8mm，这样漏极 和源极的漂移区长度完全可以通过背面减薄来控制，有利于管子之间的并联结构实现大功 率化。一般来说，特定耐压指标的 IGBT 器件，芯片厚度需要减薄到 200-100μm；对于要 请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 求较高的期间，甚至需要减薄到 80μm。当硅片厚度减到 200-100μm 的量级，后续的加 工处理非常困难，硅片极易破碎和翘曲。 图 24：各企业 IGBT 晶圆厚度对比 μm 200 180 180 180 150 120 130 110 110 100 70 50 0 G1.0 G2.0 G2.5 G4.0 (2011年) (2013年) (2016年) (2018年) 最厚 最薄 比亚迪 国内主流 资料来源：HIS，英飞凌官网，比亚迪官方微博，中信证券研究部 最厚 最薄 英飞凌 晶圆减薄之后，后续处理工艺的难度也有所加大，极易引起碎片和翘曲：1）离子注 入。IGBT 需注入一层薄磷做缓冲层，而第四代 IGBT 需注入两次，过程非常容易引起碎片。 2）后处理。磷注入后，IGBT 需进行清洗、金属化（在背面蒸镀一层钛或银），最后是 Alloy， 而这个过程中，硅片容易翘曲或碎片。针对背板严苛的制造要求，企业不但必须不断改进 生产工艺提高良率，而且还需要针对工艺开发生产设备，以达到最好的生产控制效果。 英飞凌 300 毫米（12 寸）直径晶圆工艺业界领先，早于 2013 年就达到了 40μm 厚度 水平。其厚度甚至小于一张标准的书写用纸（约 110μm，合 0.11 毫米）。英飞凌的薄晶 圆工艺可以最大限度降低功耗，并支持紧凑的场效应管设计，以提高系统效率和功率密度。 图 25：英飞凌 300mm 毫米（12 寸）直径晶圆 图 26：IGBT 器件 资料来源：英飞凌官网 资料来源：英飞凌官网 沟槽技术：沟槽技术路线相比平面技术路线更可节约电能损耗。IGBT 本身是一个非 通即断的开关，导通时可以看作导线，断开时可以看作开路。在电控中，IGBT 将动力电 池输出的直流电转化为交流电。电流从上而下垂直穿过 IGBT，直至抵达驱动电机。芯片 越薄，电流所上面流过的路径就越短，损耗在芯片上的能量也就随之降低。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 图 27：平面（左）、沟槽（右）技术的 IGBT 结构和导电差异 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 图 28：平面（左）、沟槽（右）技术的 IGBT 带来损耗不同 资料来源：英飞凌微信公众号 资料来源：英飞凌微信公众号 精细化网格栅：比亚迪在平面技术路线达到了超过沟槽技术路线的电能节约效果。 图 29：比亚迪 IGBT 用平面栅实现了超过主流沟槽技术性能 资料来源：比亚迪官方微博 国内企业制造成本优势逐渐显现 国内公司大尺寸晶圆工艺落后于全球龙头，目前 8 寸线基本布局完毕。晶圆是最常用 的半导体材料，可按直径分为 4/6/8/12 英寸等规格。晶圆越大，同一圆片上可制造的集成 电路就越多，生产就越经济，芯片分摊成本就越低；但另一方面，晶圆越大会导致离晶圆 中心越远位置越容易产生坏点，后续加工也更加困难，对生产技术的要求也越高。因此， 硅晶圆的直径越大，代表生产晶圆的工厂具有更先进的技术。目前，IGBT 产品最具竞争 力的生产线是 8 英寸和 12 英寸，最为领先的厂商是英飞凌，已经于 12 英寸生产线量产 IGBT 产品。国内晶圆生产企业此前绝大部分还停留在 6 英寸产品的阶段。目前国内实现 8 英寸产品量产的有比亚迪、株洲中车时代、上海先进、华虹宏力、士兰微，并且士兰微 12 寸晶圆产线预计 2020 年底量产。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 12 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 表 5：部分主要 IGBT 企业产线晶圆尺寸 6寸 8寸 比亚迪 中车时代 华虹半导体 上海先进 士兰微 华微电子 扬杰科技 英飞凌 资料来源：IHS，Yole，比亚迪官方微博，中信证券研究部 12 寸 良率：同尺寸产线相比，中国企业与国际龙头相比还存在一定差距。英飞凌目前主力 8 寸晶圆产线良率在 92-95%，而国内士兰微 8 寸晶圆产线良率仍在 70%左右。比亚迪凭 借十年 6 寸晶圆生产积累，目前在 6 寸产线良率达到接近 90%水平。 伴随国内企业 8 寸晶圆产线先后投产，良率逐步提升，国产 IGBT 有望较此前采购英 飞凌等巨头晶圆价格大幅下降。 图 30：不同企业 8 寸 IGBT 晶圆价格、成本 元/片8寸晶圆 7000 5500-6500 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 英飞凌 售价 3500-4000 上海先进 售价 资料来源：英飞凌财报，IHS，中信证券研究部估算 2000-3000 比亚迪 成本 国内电动车 IGBT 龙头比亚迪深耕 IGBT 十五年，自主掌握核心技术，产品力持续提 升。比亚迪经过 15 年布局，自主开发了 IGBT 1.0/2.0/2.5/4.0 四代产品，以及大巴专用 IGBT 模块。其中 2018 年量产装车的 IGBT 4.0 产品能耗性能超越了当前主流沟槽产品，并实现 IGBT 2.5 模块批量外供。 表 6：比亚迪 IGBT 发展历程 比亚迪 IGBT 发展重大事件 2005 年 组建 IGBT 研发团队，正式布局 2007 年 建立 IGBT 模块产线，组装首款电动车 IGBT 模块样品 2008 年 建立 IGBT 晶圆工厂 2009 年 IGBT 1.0 研发成果，并通过中国电力电子协会组织的科技成果鉴定 2010 年 自主 IGBT 量产配套 F3DM 2011 年 自主 IGBT 量产配套 e6 请务必阅读正文之后的免责条款部分 13 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 比亚迪 IGBT 发展重大事件 2012 年 全球首创将航空航天级 AlSiC（碳化硅铝）材料大批量用于车用 IGBT 模块 IGBT 2.0 芯片成功 2013 年 IGBT 2.0 模块通过汽车全面认证 2014 年 IGBT 2.0 模块量产配套 e6、K9 等 2015 年 首款大巴专用 IGBT 模块研发成功 2016 年 IGBT 2.5 模块批量装车，IGBT 模块工厂通过标准认证 2017 年 IGBT 4.0 芯片研发成果，首款双面水冷 IGBT 模块研发成功 2018 年 IGBT4.0 模块装车，IGBT 2.5 模块批量外供 …… 2023 年 公司预计旗下的电动车将全面搭载 SiC 电控 资料来源：公司财报，比亚迪官方微博，中信证券研究部 ▍ 风险因素 新能源汽车产销不及预期； 新能源汽车政策波动； IGBT 降价幅度超预期； 技术路线变动。 ▍ 投资建议 IGBT 作为电动化核心部件，进入壁垒高，目前国产化率低，供应长期被欧美日企业 垄断，随着 IGBT 技术趋势成熟，国内企业快速发展，已经逐步批量应用于电动车，长期 有望逐步实现国产替代。重点推荐：已经在 IGBT 产业链布局、并实现规模化生产和批量 应用的比亚迪（A+H）、中车时代电气（H）。 表 7：电动车 IGBT 板块重点公司盈利预测 代码 简称 收盘价 （元/港元） EPS（元） 2018 2019E 2020E 2018 PE 2019E 评级 2020E 002594.SZ 比亚迪（A） 56.90 1.02 0.61 0.71 56 93 80 买入 01211.HK 比亚迪（H） 44.45 1.02 0.61 0.71 39 65 56 买入 中车时代 03898.HK 电气（H） 28.80 2.22 2.45 2.70 12 11 10 增持 资料来源：Wind，中信证券研究部预测 注：（1）股价为 2020 年 2 月 17 日收盘价（2）比亚迪 H、中车时代电气 H 股价为港元，EPS 为人民币 比亚迪 受新能源汽车补贴退坡影响，公司电动车销量和盈利承压，市场预期很低。我们认为 公司价值不仅体现在整车品牌，公司在电动化核心技术方面积累十几年，具备极强的电动 车设计、制造能力，包括动力电池、电机、电控、车用 IGBT、动力总成等，自有电动化 供应链潜在价值巨大。公司积极推动中性化战略，目前已经成立了五家零部件子公司：弗 请务必阅读正文之后的免责条款部分 14 新能源汽车行业 IGBT 专题报告｜2020.2.18 迪模具、弗迪动力、弗迪电池、弗迪视觉、弗迪科技，经营更加趋向独立。随着公司中性 化战略在加速落地，公司有望成为“整车品牌”+“电动化解决方案供应商”，供应链从封 闭体系到对外开放，有望催化公司内在价值显现，公司股价位于底部具有较高的安全边际， 重点推荐，维持“买入”评级。 中车时代电气 公司是中国中车旗下优质资产，国内移动装备电气系统绝对龙头，其电气牵引系统在 国内高铁、大功率电力机车、城市轨道车辆市场的综合占有率 50%~60%，公司在率先实 现我国动车牵引传动和控制系统的国产化的基础上，继续深挖功率半导体技术，目前公司 已拥有 8 英寸 IGBT 晶圆、模组产线，产能逐步释放，下游相继进入轨交、电网、新能源 汽车等领域。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 15 分析师声明 主要负责撰写本研究报告全部或部分内容的分析师在此声明：（i）本研究报告所表述的任何观点均精准地反映了上述每位分析师个人对标的证券和 发行人的看法；（ii）该分析师所得报酬的任何组成部分无论是在过去、现在及将来均不会直接或间接地与研究报告所表述的具体建议或观点相联系。 评级说明 投资建议的评级标准 报告中投资建议所涉及的评级分为股票评级和行业评级 （另有说明的除外）。评级标准为报告发布日后 6 到 12 个 月内的相对市场表现，也即：以报告发布日后的 6 到 12 个 月内的公司股价（或行业指数）相对同期相关证券市场代 表性指数的涨跌幅作为基准。其中：A 股市场以沪深 300 指数为基准，新三板市场以三板成指（针对协议转让标的） 或三板做市指数（针对做市转让标的）为基准；香港市场 以摩根士丹利中国指数为基准；美国市场以纳斯达克综合 指数或标普 500 指数为基准；韩国市场以科斯达克指数或 韩国综合股价指数为基准。 股票评级 行业评级 评级 买入 增持 持有 卖出 强于大市 中性 弱于大市 说明 相对同期相关证券市场代表性指数涨幅 20%以上 相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于 5%～20%之间 相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-10%～5%之间 相对同期相关证券市场代表性指数跌幅 10%以上 相对同期相关证券市场代表性指数涨幅 10%以上 相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-10%～10%之间 相对同期相关证券市场代表性指数跌幅 10%以上 其他声明 本研究报告由中信证券股份有限公司或其附属机构制作。中信证券股份有限公司及其全球的附属机构、分支机构及联营机构（仅就本研究报告免责 条款而言，不含 CLSA group of companies），统称为“中信证券”。 法律主体声明 本研究报告在中华人民共和国（香港、澳门、台湾除外）由中信证券股份有限公司（受中国证券监督管理委员会监管，经营证券业务许可证编号： Z20374000）分发。本研究报告由下列机构代表中信证券在相应地区分发：在中国香港由 CLSA Limited 分发；在中国台湾由 CL Securities Taiwan Co., Ltd.分发；在澳大利亚由 CLSA Australia Pty Ltd.分发；在美国由 CLSA group of companies（CLSA Americas, LLC（下称“CLSA Americas”）除外） 分发；在新加坡由 CLSA Singapore Pte Ltd.（公司注册编号：198703750W）分发；在欧盟与英国由 CLSA Europe BV 或 CLSA （UK）分发；在印度 由 CLSA India Private Limited 分发（地址：孟买（400021）Nariman Point 的 Dalamal House 8 层；电话号码：+91-22-66505050；传真号码： +91-22-22840271；公司识别号：U67120MH1994PLC083118；印度证券交易委员会注册编号：作为证券经纪商的 INZ000001735，作为商人银行的 INM000010619，作为研究分析商的 INH000001113）；在印度尼西亚由 PT CLSA Sekuritas Indonesia 分发；在日本由 CLSA Securities Japan Co., Ltd. 分发；在韩国由 CLSA Securities Korea Ltd.分发；在马来西亚由 CLSA Securities Malaysia Sdn Bhd 分发；在菲律宾由 CLSA Philippines Inc.（菲律宾 证券交易所及证券投资者保护基金会员）分发；在泰国由 CLSA Securities (Thailand) Limited 分发。 针对不同司法管辖区的声明 中国：根据中国证券监督管理委员会核发的经营证券业务许可，中信证券股份有限公司的经营范围包括证券投资咨询业务。 美国：本研究报告由中信证券制作。本研究报告在美国由 CLSA group of companies（CLSA Americas 除外）仅向符合美国《1934 年证券交易法》下 15a-6 规则定义且 CLSA Americas 提供服务的“主要美国机构投资者”分发。对身在美国的任何人士发送本研究报告将不被视为对本报告中所评论的证 券进行交易的建议或对本报告中所载任何观点的背书。任何从中信证券与 CLSA group of companies 获得本研究报告的接收者如果希望在美国交易本报 告中提及的任何证券应当联系 CLSA Americas。 新加坡：本研究报告在新加坡由 CLSA Singapore Pte Ltd.（资本市场经营许可持有人及受豁免的财务顾问），仅向新加坡《证券及期货法》s.4A（1）定 义下的“机构投资者、认可投资者及专业投资者”分发。根据新加坡《财务顾问法》下《财务顾问（修正）规例（2005）》中关于机构投资者、认可投 资者、专业投资者及海外投资者的第 33、34 及 35 条的规定，《财务顾问法》第 25、27 及 36 条不适用于 CLSA Singapore Pte Ltd.。如对本报告存有 疑问，还请联系 CLSA Singapore Pte Ltd.（电话：+65 6416 7888）。MCI (P) 086/12/2019。 加拿大：本研究报告由中信证券制作。对身在加拿大的任何人士发送本研究报告将不被视为对本报告中所评论的证券进行交易的建议或对本报告中所载 任何观点的背书。 欧盟与英国：本研究报告在欧盟与英国归属于营销文件，其不是按照旨在提升研究报告独立性的法律要件而撰写，亦不受任何禁止在投资研究报告发布 前进行交易的限制。本研究报告在欧盟与英国由 CLSA （UK）或 CLSA Europe BV 发布。CLSA （UK）由（英国）金融行为管理局授权并接受其管理， CLSA Europe BV 由荷兰金融市场管理局授权并接受其管理，本研究报告针对由相应本地监管规定所界定的在投资方面具有专业经验的人士，且涉及到 的任何投资活动仅针对此类人士。若您不具备投资的专业经验，请勿依赖本研究报告。对于由英国分析员编纂的研究资料，其由 CLSA （UK）与 CLSA Europe BV 制作并发布。就英国的金融行业准则与欧洲其他辖区的《金融工具市场指令 II》，本研究报告被制作并意图作为实质性研究资料。 一般性声明 本研究报告对于收件人而言属高度机密，只有收件人才能使用。本研究报告并非意图发送、发布给在当地法律或监管规则下不允许向其发送、发布 该研究报告的人员。本研究报告仅为参考之用，在任何地区均不应被视为买卖任何证券、金融工具的要约或要约邀请。中信证券并不因收件人收到本报 告而视其为中信证券的客户。本报告所包含的观点及建议并未考虑个别客户的特殊状况、目标或需要，不应被视为对特定客户关于特定证券或金融工具 的建议或策略。对于本报告中提及的任何证券或金融工具，本报告的收件人须保持自身的独立判断。 本报告所载资料的来源被认为是可靠的，但中信证券不保证其准确性或完整性。中信证券并不对使用本报告所包含的材料产生的任何直接或间接损 失或与此有关的其他损失承担任何责任。本报告提及的任何证券或金融工具均可能含有重大的风险，可能不易变卖以及不适合所有投资者。本报告所提 及的证券或金融工具的价格、价值及收益可能会受汇率影响而波动。过往的业绩并不能代表未来的表现。 本报告所载的资料、观点及预测均反映了中信证券在最初发布该报告日期当日分析师的判断，可以在不发出通知的情况下做出更改，亦可因使用不 同假设和标准、采用不同观点和分析方法而与中信证券其它业务部门、单位或附属机构在制作类似的其他材料时所给出的意见不同或者相反。中信证券 并不承担提示本报告的收件人注意该等材料的责任。中信证券通过信息隔离墙控制中信证券内部一个或多个领域的信息向中信证券其他领域、单位、集 团及其他附属机构的流动。负责撰写本报告的分析师的薪酬由研究部门管理层和中信证券高级管理层全权决定。分析师的薪酬不是基于中信证券投资银 行收入而定，但是，分析师的薪酬可能与投行整体收入有关，其中包括投资银行、销售与交易业务。 若中信证券以外的金融机构发送本报告，则由该金融机构为此发送行为承担全部责任。该机构的客户应联系该机构以交易本报告中提及的证券或要 求获悉更详细信息。本报告不构成中信证券向发送本报告金融机构之客户提供的投资建议，中信证券以及中信证券的各个高级职员、董事和员工亦不为 （前述金融机构之客户）因使用本报告或报告载明的内容产生的直接或间接损失承担任何责任。 未经中信证券事先书面授权，任何人不得以任何目的复制、发送或销售本报告。 中信证券 2020 版权所有。保留一切权利。
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