功率半導體行業深度報告：需求增長+*+國產替代

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2022-03-17 07:15:13 3

核心觀點：

2021 年功率半導體有望迎來高景氣周期。 2018 年，在電動汽車需求快速增長拉動下及其他芯片需求擠占 8 英寸產能的背景下，功率半導體經歷了一輪缺貨漲價；2019 年受到智能手機下滑、傳統汽車下滑、電動汽車平穩發展的影響，功率半導體表現平淡；2020 年受疫情影響，上半年功率半導體需求不佳，但是三季度之后，受到 5G電源、智能手機、工業、電動汽車及 IOT 設備等拉動，需求上升明顯，海外疫情影響了國外廠商的產能供給，部分產品出現了缺貨*的情況，我們研判在多重需求的驅動下，2021 年功率半導體將迎來高景氣周期。

行業觀點

2021 年需求增長+*+國產替代，功率半導體迎來發展良機：受到全球新冠疫情影響，2020 年全球功率半導體將出現下滑，QYResearch 預測 2020 年同比下滑 9.1％，2021 年有望在 5G手機、電動汽車及 IOT 的需求帶動下同比增長 8.1%。 2020 年 Q4，英飛凌、意法半導體、Diodes 的安森美功率半導體產品交貨期普遍延長，部分 MOSFET 產品*趨勢明顯，尤以英飛凌最為嚴重，國產品牌也出現了缺貨*的情況，MOSFET 價格普遍上漲，漲幅在 10-20%。2019 年中國已發展成為全球*大功率半導體市場，占全球比達 35.9%，但自給率較低，以 IGBT 為例，2019 年自給率僅為 16.3%。我們認為，2021 年，功率半導體將在需求增長+*+國產替代的利好驅動下迎來發展良機，產業鏈積極受益。

新能源汽車蓬勃發展，IGBT 需求快速增長。新能源汽車迎來高速增長期，2020 年 11 月，新能源汽車產銷分別完成 19.8 萬輛和 20 萬輛，同比分別增長 75.1%和 104.9%。預測 2025 年全球新能源汽車有望達到 1100 萬輛，中國占 50%。新能源汽車需要新增大量的功率半導體，48V 輕混汽車需要增加 90 美元以上，電動汽車或者混動需要增加 330 美元以上。預計汽車用 IGBT 模塊 2018 年-2023 年復合年增長率達 23.5%。汽車功率半導體難度較大，集中度高，歐、美系廠商占據核心優勢，2019 年全球*大公司為英飛凌，市占率 25.5%，第二大公司為意法半導體，市占率 13.9%，前五家公司合計占比 62.1%，集中度較高。中國企業在汽車功率半導體領域基礎薄弱，但是近幾年中國電動汽車發展較快，也帶動了 IGBT 產業的發展。2019 年英飛凌在中國新能源汽車 IGBT 領域排名*，占比高達 49.3%，其次是比亞迪，主要給自己配套，占比 20%，斯達半導體位居第三，市占率達到 16.6%，成長較快。

第三代半導體性能優異，需求多點開花。 SiC 主要應用于白色家電、新能源（電動汽車、風電、光伏）、工業應用，預測 2027 年碳化硅功率器件的市場規模將超過 100 億美元。在車用方面，SiC MOSFET 在性能方面明顯占優，可以降低損耗，減小模塊體積重量。Model 3 率先采用 SiC MOSFET，開啟了電動汽車使用 SiC 先河，2020 年比亞迪漢也采用 SiC 模塊，有效提升了加速性能、功率及續航能力，豐田燃料電池車 Mirai 車型搭載了 SiC，功率模塊體積降低了 30%，損耗降低了 70%。我們認為，隨著成本的下降和技術的逐步成熟，SiC 在電動汽車中具有較好的應用空間。

重點企業：斯達半導、華虹半導體、華潤微、士蘭微、新潔能。

風險提示：電動汽車發展不達預期，智能手機銷量不達預期，5G進度低于預期。

一、應用領域廣泛，功率半導體產業發展穩健

1.1 全球功率半導體 2019-2025 年均增長率預計為 4.3%

功率半導體廣泛應用于各類電子類產品，2019 年功率半導體市場規模為 175 億美元，Yole 預測，2025 年市場規模預計為 225 億美元，2019-2025 年均增長率預計為 4.3%。

2019 年到 2025 年 IGBT 模組整體年均增長率為 18%。受益于新能源（電動汽車、風電及光伏）及工控行業的快速發展，預測在 2025 年，IGBT 模組整體將會達到 54 億美元，占整個功率半導體市場的 24%。

車載領域占比最大，電機次之。2019 年車載方向（包括 EV、HEV，硅 MOSFET）為 15 億美元，電機驅動（Motor Drive，IGBT 模組）為 14 億美元，智能手機以及無線設備（硅 MOSFET）為 13 億美元，計算機技術（Computing）以及存儲（硅 MOSFET）為 12 億美元，工業方向（硅 MOSFET）為 11 億美元，EV、HEV方向（IGBT 模組）為 6 億美元（其他為 104 億美元。從各種元件在功率半導體市場上的占比（金額）來看，硅 MOSFET 占 45%。另一個主要元件是 IGBT 模組，2019 年的市場規模為 37 億美元。在工業、能源再生型變頻器、EV、HEV 方向的應用頗受人們關注（尤其是 EV、HEV作為最新的一項應用方向）。

? 車用 SiC MOSFET 快速增長。由于美國特斯拉、中國比亞迪等車廠的需求，硅制模組正在逐步取代作為主變頻器（Main Inverter）的 IGBT 模組，據預測，SiC MOSFET 的市場也因 EV、HEV的增長而會出現增長。SiC 離散晶體管作為高效的車載充電器系統，未來會與 MOSFET 形成競爭。

1.2 中國功率半導體市場規模居全球首位，國內龍頭公司快速發展

2019 年中國功率半導體市場占比全球達 35.9%：中國是全球最大的功率器件消費國，功率器件細分的主要幾大產品在中國的市場份額均處于* 位。

國內龍頭全球市占率依舊很低，與國際大廠差距明顯：與整個半導體產業類似，對比海外的功率器件 IDM 大廠，國內的功率器件龍頭企業（華潤微、斯達半導體、新潔能、揚杰科技、華微電子、士蘭微等）的年銷售額與國際巨頭們相差很大，且產品結構偏低端，表明中國功率器件的市場規模與自主化率嚴重不相匹配，國產替代的空間巨大，目前，中國功率半導體產業正在快速發展，聞泰科技收購了安世半導體，斯達半導體、華潤微、新潔能等一批功率半導體企業陸續上市，正在發展壯大。

二、需求拉動，2021 年功率半導體迎來高景氣周期

2.1 國際功率半導體大廠交貨期延長

2020 年 Q4，英飛凌的 MOSFET、IGBT 等產品交貨期普遍有延長的情況，最長交期高達 30 周，其中低壓、高壓 MOSFET 及軍用航空晶體管價格有上漲的趨勢。意法半導體的功率半導體產品交貨期呈現*延長的趨勢，價格方面保持平穩。

2020 年 Q4，Diodes 的 MOSFET 及晶體管產品交貨期延長，最長交貨周期達到 20 周，低壓 MOSFET 價格有上漲趨勢。安森美的功率系列產品交貨期延長，其中高低壓 MOSFET 產品價格呈現上漲趨勢。

2.2 功率半導體 MOSFET*趨勢明顯

MOSFET *幅度在 10-20%。根據產業鏈調研信息，2020 年 11-12 月，海外品牌都缺貨，尤以英飛凌最為嚴重，國產品牌也出現了缺貨*的情況，市場上的 MOSFET 價格普遍上漲，幅度在 10-20%之間。

中國是 MOSFET 需求大國，但進口依賴度高。根據 IHS 數據，2019 年全球 MOSFET 市場規模為 76 億美元，國內市場占比達到 39% 。而從 MOSFET 市場格局來看，英飛凌、安森美、東芝、ST 以及瑞薩合計占據了 61%的國內市場份額。國際大廠供應不足，缺貨現象表現明顯。

需求激增，8 英寸產能不足造成缺貨*。汽車電動化給 MOSFET 帶來巨大的增量，下游電子整機對節能環保的需求在拉動其需求量增長的同時，也帶動了產品結構的快速升級。5G 商用化進程的開始，推動 MOSFET 的需求量成倍增長。在充電樁電源和 5G 通訊電源領域，預測需求在今年成長了 20-30%。電腦、家電、快充這種在上半年被壓抑的需求逐步釋放出來。從供給端來看，MOSFET 主要依靠 8 英寸及 6 英寸晶圓代工，12 寸以下占比超過 80%。根據產業鏈調研信息，目前各大晶圓代工廠的 8 英寸產能已經爆滿，如國內 8 英寸代工廠如華虹、華潤微產能利用率均接近滿載，聯電的 8 英寸晶圓代工產能更是滿載到 2021 年下半年。

Diodes（美臺）2021 年 1 月 1 日起部分產品開始*。Diodes（美臺）在給客戶的提價通知中表示，受新冠疫情影響，公司面臨來自供應商的成本增加和交貨期延長的挑戰，鑒于此，將于 2021 年 1 月 1 日起對調漲部分產品價格。

士蘭微 SGT MOS 產品提漲 20%。12 月 9 日，杭州士蘭微電子表示，由于 MOS 圓片及封裝材料價格上漲，同時受產能的影響，我司相關產品的成本不斷上升，為了保證產品的供應，保持*的業務關系，經公司慎重研究決定，從即日起（2020 年 12 月 9 日），我司 SGT MOS 產品的價格本月提漲 20%。

新潔能 2021年 1月 1日起部分產品價格調漲。2020 年 12 月 21 日，無錫新潔能同樣給客戶發布了價格調整通知函，通知函表示，由于上游原材料以及封裝成本持續上漲，且產能緊張、投產周期延長，產品成本大幅增加，原有價格難以滿足供貨需求。

2021 年功率半導體有望迎來高景氣周期。2018 年，在電動汽車需求快速增長拉動下及其他芯片需求擠占 8 英寸產能的背景下，功率半導體經歷了一輪缺貨*；2019 年受到智能手機下滑、傳統汽車下滑、電動汽車平穩發展的影響，功率半導體表現平淡；2020 年受疫情影響，上半年功率半導體需求不佳，但是三季度之后，受到 5G 電源、智能手機、快充、工業、電動汽車及 IOT 設備等拉動，需求上升明顯，部分產品出現了缺貨*的情況，我們研判 2021 年功率半導體將迎來高景氣周期。

三、電動汽車需求*盛+多領域需求驅動+國產替代，IGBT前景可期

3.1 IGBT-功率器件皇冠上的明珠，電力電子裝置和系統中的 CPU

IGBT 是一個工作原理復雜的集成功率半導體器件。結構上, IGBT 幾乎集成了半導體器件的所有基本結構，如二極管、BJT 、結型場效應晶體管 JFET，MOSFET， SCR。IGBT 的結構參數發生變化，將引起其性能發生相應的變化。工藝技術上，IGBT 利用 MOS 集成電路工藝進行大面積的功率集成，設計上表現為單元胞尺寸的縮小，并聯集成的元胞數量越多，通態壓降 (導通損耗) 逐漸減小。

IGBT 的技術發明已經有 30 多年，主要經歷 6 代技術及工藝改進。從結構上講，IGBT 可以分為縱向結構、IGBT 柵極結構、硅片加工工藝，主要發展趨勢是降低損耗。

IGBT適用于高壓領域：IGBT 是由 BJT 和 MOSFET 組成的復合功率半導體器件，既有 MOSFET 的開關速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關損耗小的優點，又有 BJT 導通電壓低、通態電流大、損耗小的優點，在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的，因而是電力電子領域較為理想的開關器件，是未來應用發展的主要方向。IGBT 穩定性比 MOSFET 稍差，強于 BJT，但 IGBT 耐壓比 MOSFET 容易做高，不易被二次擊穿而失效，易于高壓應用領域。

作為工業控制及自動化領域的核心器件，IGBT 模塊在電機節能、軌道交通、智能電網、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發電、新能源汽車等諸多領域都有廣泛的應用。隨著新能源汽車的發展以及變頻白色家電的普及，IGBT 的市場熱度持續升溫。它不僅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，同時減小了產品體積和重量，節約了材料。

IGBT 在 600V以上具有較強的優勢，目前可應用于 6500V 高壓，在高壓領域，SiC MOSFET 是 IGBT 的競爭者，但是目前還存在成本高的情況。

隨著應用的不斷升級，對 IGBT 芯片及模塊也提出了新的要求，要求芯片縮小面積、實現快速開關，要求 IGBT 承載更高的電壓和電流，并且具有低損耗和高可靠等特性。

汽車級功率模塊要求更高的電氣運行可靠性、更高的壽命、更好的節能性、抗干擾性強、并要求重量輕、緊湊等。

為了應對各種應用需求，功率模塊封裝技術也在不斷發展，主要表現為 Si 器件新技術，降低熱阻，新的芯片焊接方式、雙面散熱、提高集成化等。

3.2 新能源汽車是 IGBT模塊增長的主要驅動力

新能源車功率半導體價值量大幅增加：新增功率器件價值量主要來自于汽車的“三電”系統，包括電力控制，電力驅動和電池系統。在動力控制單元中，IGBT 或者 SiC 模塊將高壓直流電轉換為驅動三相電機的交流電；在車載充電器 AC/DC 和 DC/DC 直流轉換器中，都會用到 IGBT 或者 SiC、 MOS、SBD 單管；在電動助力轉向、水泵、油泵、PTC、空調壓縮機等高壓輔助控制器中都會用到 IGBT 單管或者模塊；在 ISG 啟停系統、電動車窗雨刮等低壓控制器中都會用到 MOS 單管。

? （1）電動調速系統：功率器件在新能源車電機調速系統中，主要有兩種形式：用于直流電動機的斬波器和交流電機的逆變器。（1）斬波器：對于直流電動機調速系統，一般采用斬波器，其功率電路比較簡單，效率也比較高。隨著功率器件的發展，斬波器的頻率可做到幾千赫茲，因而很適合用作直流牽引調速。新能源車采用直流電機驅動，無論是串勵電機，還是他勵電機，都采用斬波器作為功率變換器。斬波器的功率器件多采用 MOSFET 和 BJT。（2）逆變器在 DC/DC 變換方式中，一般采用直流斬波器加逆變器和 DC/DA逆變器兩種方式。由于新能源車的電源電壓低，采用前種方式，傳輸能量環節過多，會降低整個系統的效率。而采用 PWM 電壓型逆變器，則線路簡單、環節少、效率高。另外，現在還出現了諧振直流環節變換器和高頻諧振交流環節變換器。由于采用零電壓或零電流開關技術，諧振式變換器具有開關損耗小、電磁干擾小、低噪聲、高功率密度和高可靠性等優點。

? （2）能量轉換器：新能源車能量轉換器的主要部件是功率器件。目前常用的功率器件有 CTO、BJT、MOSFET、IGBT、SITSITH、MCT，其中 CTO、MCT 具有高開關速度、高能量傳輸能力、優越的動態特性及高可靠性，很適合于電動汽車驅動，同時功率器件能影響到能量轉換器的結構。直—直流及直—交流轉換器各自應用于直流電動機和交流電動機。

? （3）車載充電裝置：發展車載充電器是發展新能源汽車的必要條件, 因為它能將交流電網的電能有效地補充到每輛電動汽車的蓄電池中。充電器的功能就是將交流電變為直流電, 這就需要使用 IGBT等功率器件。新能源汽車對這些功率器件提出新的要求，不僅要求恒流恒壓二段式充電，還要求高效、輕量，有自檢及自動充電等多種保護功能，并且能程控設定充電時間曲線、監視電池溫度, 對電網無污染等。

? （4）充電樁：作為新能源汽車必不可少的基礎配套設施，我國充電樁行業也正處于高速增長的建設期，未來市場空間廣闊。Infineon 統計 100 kW 的充電樁需要的功率器件價值量在 200-300 美元，而 IGBT 模塊是充電樁的核心器件。

? 不同電動化汽車所需要的功率半導體器件數量不同，隨著純電動車型的增多，汽車功率半導體器件將迎來量價齊升。

? 根據 Infineon 數據，2020 年，48V 輕混汽車需要增加 90 美元功率半導體，電動汽車或者混動需要增加 330 美元功率半導體。

? 2019 年，全球電動汽車達到 221 萬輛，同比增長 10%，中國新能源汽車銷售 120.6 萬輛，同比下降了 4.0%。

? 2020 年 11 月，新能源汽車產銷分別完成 19.8 萬輛和 20 萬輛，同比分別增長 75.1%和 104.9%。2020 年 1-11 月，新能源汽車產銷分別完成 111.9 萬輛和 110.9 萬輛，其中產量同比下降 0.1%，銷量同比增長 3.9%。

? 彭博新能源財經（BloombergNEF）預測，2025 年全球新能源汽車有望達到 1100 萬輛，中國占 50%，2030 年有望達到 2800 萬輛，2040 年將達到 5600 萬輛。屆時，電動汽車銷量將占到全部新車銷量的 57％。

? 汽車功率半導體難度較大，集中度高，歐、美系廠商占據核心優勢。2019 年，全球汽車半導體市場達到 372 億美元，英飛凌位居*，市占率 13.4%，前五家公司合計占比 49.1%。汽車功率半導體全球*大公司為英飛凌，市占率 25.5%，第二大公司為意法半導體，市占率 13.9%，前五家公司合計占比 62.1%，集中度較高。

? 斯達半導體快速崛起。中國汽車在汽車功率半導體領域基礎薄弱，發展速度慢，但是近幾年中國電動汽車發展較快，也帶動了 IGBT 產業的發展。根據佐思汽研數據，按照銷量數據，2019 年英飛凌在中國新能源汽車 IGBT 領域排名*，占比高達 49.3%，其次是比亞迪，主要給自己配套，占比 20%，斯達半導體位居第三，市占率達到 16.6%。

3.3 工業控制、新能源、家電變頻等領域推動 IGBT穩定增長

功率半導體器件在電源管理行業應用越來越廣泛，未來工控、新能源、變頻家電、數據中心、5G、IOT 等領域將是功率半導體器件快速增長的核心領域，IGBT 需求量將持續增加。

3.3.1 工業控制是 IGBT*大應用領域，需求穩健增長

? IGBT 模塊是變頻器、逆變焊機等傳統工業控制及電源行業的核心元器件，且已在此領域中得到廣泛應用。隨著工業控制及電源行業市場的逐步回暖，預計 IGBT 模塊在此領域的市場規模亦將得到逐步擴大。

? 1）變頻器行業：IGBT 模塊在變頻器中不僅起到傳統的三極管的作用，亦包含了整流部分的作用。控制器產生的正弦波信號通過光藕隔離后進入 IGBT，IGBT 再根據信號的變化將 380V（220V）整流后的直流電再次轉化為交流電輸出。

? 我國變頻器行業的市場規模總體呈上升態勢。變頻器已進入新能源領域，在冶金、煤炭、石油化工等工業領域將保持穩定增長，在城市化率提升的背景下，變頻器在市政、軌道交通等公共事業領域的需求也會繼續增長，從而促進市場規模擴大。未來幾年，具有高效節能功能的高壓變頻器市場將受政策驅動持續增長，到 2023 年，高壓變頻器的市場規模將達到 175 億元左右。

? 2）逆變焊機行業：逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型的焊接電源。這種電源一般是將三相工頻（50 赫茲）交流網路電壓，先經輸入整流器整流和濾波，變成直流，再通過大功率開關電子元件（IGBT）的交替開關作用，逆變成幾千赫茲至幾萬赫茲的中頻交流電壓，同時經變壓器降至適合于焊接的幾十伏電壓，后再次整流并經電抗濾波輸出相當平穩的直流焊接電流。

? 根據*統計局數據，2018 年我國電焊機產量為 853.3 萬臺，同比 2017 年增加了 58.46 萬臺。電焊機市場持續升溫亦將保證 IGBT 需求量逐步增大。

3.3.2 光伏風力發電量快速增長，IGBT迎新增長動力

? 由于新能源發電輸出的電能不符合電網要求，需通過光伏逆變器或風力發電逆變器將其整流成直流電，再逆變成符合電網要求的交流電后輸入并網。IGBT 模塊是光伏逆變器和風力發電逆變器的核心器件，新能源發電行業的迅速發展將成為 IGBT 模塊行業持續增長的又一動力。 2015 年全球發電量 6414 GW，預計 2025 年全球發電量將達到 8647 GW，10 年 CAGR 為 3.0%，其中可再生能源發電量增速較快，CAGR 達到 5.9%；進一步細分，太陽能發電和風能發電量的增速要高于可再生能源發電量的復合增速，太陽能發電量 15-25 年 CAGR 為 16.4%，風能發電量 CAGR 為 8.8%，遠高于行業的平均增速。從地區來看，風電增長較快地區包括中國，歐洲和美國，而太陽能發電增長較快地區則有中國，歐洲，美國和其他亞太地區。

風電：風電主要是中國美國在積極發展，從中長期來看，風力發電量處于穩步增長的態勢。相較于火力發電，每 1MW 的風電廠的半導體需求量是火電廠的 30 倍，2011 年風電機的功率為 1.5 MW，2017 年已經增長至 2-3 MW。風力發電量的穩定增長將對功率半導體提出新的需求。

? 太陽能發電：IHS 預測，2016-2021 年太陽能發電對 IGBT 模組的需求復合增速為 9.0%。為了有效地滿足綠色能源太陽能發電及逆變并網的需求，就需要控制、驅動器和輸出功率器件的正確組合，IGBT 是作為功率開關的必然之選，而 PV 逆變器也將是*批使用 SiC 基的器件之一，這將顯著提升 IGBT 的價值量。

? 中國光伏逆變器廠商崛起，IGBT 近水樓臺。目前，以華為、陽光電源為主的本土廠商在光伏逆變器市場持續突破，根據 SolarEdge 統計，2018 年，華為在全球逆變器市場的份額達 22%，市占率位列全球*，陽光電源的市場份額為 15%，市占率位居全球第二位。特別是在三相組串型逆變器市場，2017 年華為的市占率已達 56%，市場優勢地位突出，中國光伏逆變器廠商快速發展為國產 IGBT 替代帶來了顯著的本土化優勢。

3.3.3 全球家用電器變頻加速滲透，IGBT迎發展良機

? IGBT 模塊是變頻家電變頻器的核心元器件。IGBT 高頻開閉合功能能夠帶來以下優點：1、較小的導通損耗和開關損耗；2、*的 EMI 性能，可通過改變驅動電阻的大小滿足 EMI 需求的同時保持開關損耗在合理范圍內； 3、強大的抗短路能力；4、較小的電壓尖峰（對家電起到保護作用）。中國作為全球最大的家電市場和生產基地，亦孕育著大規模的 IGBT 市場。以空調行業為例，中國作為全球最大的家電市場和生產基地，亦孕育著大規模的 IPM 市場。

? 家電變頻可大幅節能電能。相對于傳統的家電產品，變頻家電產品在能效、性能及智能控制等方面有明顯的先天優勢。近年來，變頻家電正處在 *發展的階段，主要應用于空調、微波爐、冰箱、熱水器等耗電較大的電器。舉例來講，相較于不可變頻冰箱，可變頻冰箱的使用壽命長，噪音小，并且能夠節省 40%的能耗。

? 預測 2022 年家電變頻滲透率 65%。IHS 統計，2017 年全球家用電器銷量約 7.11 億臺，其中 4.67 億臺為不可變頻家電，占比達到 66%，而可變頻家電數量為 2.44 億臺，占比為 34%。預計到 2022 年可變頻家電銷售量將達到 5.85 億臺，占比達到 65%，17-22 年銷售量 CAGR 為 19.1%，而不可變頻家電銷售量將下降至 3.17 億臺，占比減少至 35%。

? 變頻家電功率半導體單機價值量大幅提升。可變頻家電的快速放量，將顯著提升單位家電中半導體的價值量，Infineon 預測半導體價值量將從不可變頻的 0.7 歐元提升至 9.5 歐元，而增加的半導體主要是屬于功率半導體，假設 9.5 歐元是單位可變頻家電的平均半導體價值量，預計 2022 年家電半導體市場空間將從 2017 年的 26.45 億歐元增長至 57.79 億元，17-22 年 CAGR 為 16.9%。

? 根據 IHS 數據，2021 年家用功率半導體市場規模有望從 2017 年的 14.4 億美元增長至 26.7 億美元，復合增長率將達到 1

? 隨著全球節能環保的大力推行，白色家電變頻滲透率將逐步提升，功率半導體作為變頻器的核心元器件，將顯著受益。

3.4 各領域增長：預計汽車用 IGBT模塊 2018 年-2023 年復合年增長率達 23.5%

? 2018 年全球 IGBT 市場規模達到 62.1 億美元。根據 IHS 數據，2017 年全球 IGBT 市場規模為 52.55 億美元，同比 2016 年增長 16.5%，2018 年全球 IGBT 市場規模在 62.1 億美元左右。

四、電動汽車需求拉動，碳化硅迎來發展新機遇

4.1 性能優異，第三代半導體應運而生

? SiC 和 GaN 基 MOSFETs 突破性能極限，技術升級勢在必行：和*代、第二代半導體材料相比，第三代半導體材料具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場、高的熱導率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。為了追求更小的器件體積以及更好的性能，功率器件廠商逐漸推進下一代技術方案的 SiC 和 GaN 基 MOSFETs。舉例來講，1）SiC 基 MOSFETs 相較于硅基 MOSFETs 擁有高度穩定的晶體結構，工作溫度可達 600 ℃；2）SiC 的擊穿場強是硅的十倍多，因此 SiC 基 MOSFETs 阻斷電壓更高；3）SiC 的導通損耗比硅器件小很多，而且隨溫度變化很小；4）SiC 的熱導系數幾乎是 Si 材料的 2.5 倍，飽和電子漂移率是 Si的 2 倍，所以 SiC 器件能在更高的頻率下工作。

? SiC 主要應用于白色家電、新能源（電動汽車、風電、光伏）、工業應用等。

4.2 碳化硅在電動汽車領域有望大顯身手

? 在車用方面，SiC MOSFET 在性能方面明顯占優，可以降低損耗，減小模塊體積重量，IGBT 在可靠性魯棒性方面占優。碳化硅器件應用于車載充電系統和電源轉換系統，能夠有效降低開關損耗、提高極限工作溫度、提升系統效率。

? Model 3 率先采用 SiC MOSFET，開啟了電動汽車使用 SiC 先河。

? 特斯拉逆變器模組上率先采用了 24 顆碳化硅 SiC MOSFET，該產品由意法半導體提供，隨后英飛凌也成為了特斯拉的 SiC 功率半導體供應商。整個功率模塊單元由單管模塊組成，采用標準 6-switches 逆變器拓撲，每個 switch 由 4 顆單管模塊組成，共 24 顆單管模塊，器件耐壓為 650V。Model 3 的 SiC 單管模塊設計與 Model S/X 采用 Infineon IGBT 單管思路一致，好處是實現不同功率等級的可擴展同時，還能提升模塊封裝良率，降低半導體器件成本。

? 比亞迪漢采用 SiC MOSFET 提升加速性能、功率及續航能力。

? 2020 年，比亞迪漢 EV 車型電機控制器*使用了比亞迪自主研發并制造的 SiC MOSFET 控制模塊，大大提高了電機性能。

? 碳化硅加速性能好。寬禁帶最直接的好處，有更高的擊穿場強，也就是耐高壓，即是可以控制更高的系統電壓。比亞迪漢能夠使用 650V 電壓平臺，也有碳化硅的功勞。高電壓意味著低電流，能減少設備電阻的損耗。對電機設計來說，也更容易在小體積下實現更高功率，也因此，比亞迪漢可以輕松實現 3.9S 的 0–100 加速性能。

? 碳化硅可實現大概率及高續航。除了寬禁帶帶來的優勢外，碳化硅還有兩大優勢，一個是飽和電子速度更高，一個是導熱率更高、耐溫性能更高。飽和電子速度快，也就是可以通過更大的電流。碳化硅材料的電子飽和速度是硅材料的兩倍，因此在設備設計時，匹配的電流強度更容易遠離設備的飽和電流，也就能實現在導通狀態下更低的電阻。這能減少電能的損耗，也有助于降低設備發熱，簡化散熱設計。特別是在瞬時大電流情況下，設備溫度積累減少，再加上耐溫性增加與材料本身更強的導熱率，也讓設備散熱更容易。車輛也就能爆發出更大的功率。這是比亞迪漢能實現 363Kw 功率的原因。使用磷酸鐵鋰的情況下能達到 605 公里的續航里程，顯然也有碳化硅的功勞。

? 豐田燃料電池車 Mirai 車型采用碳化硅模塊

? 電裝已經開始批量生產搭載了 SiC（碳化硅）功率半導體的新一代升壓功率模塊，該模塊將應用于豐田燃料電池車 Mirai 車型。電裝與豐田的 SiC 功率模塊的應用歷經 HEV、燃料電池巴士和燃料電池乘用車。新 Mirai 的新一代固態燃料電池核心組件 Toyota FC Stack 搭配了使用多個 SiC 功率半導體的 FC 升壓變換器。升壓變換器作用是輸出高于輸入電壓的電壓。

? 功率模塊體積縮小了 30%，損耗降低了 70%。根據電裝的測算，與采用 Si 基功率半導體的產品相比，搭載了 SiC 功率半導體（含二極管和晶體管）的新型升壓功率模塊體積縮小了約 30%，損耗降低了約 70%，在實現功率模塊小型化的同時提升了車輛的燃油效率。

? 搭載 SiC 模塊的新 Mirai 續航里程提升 30%。豐田表示，通過在 FC 升壓變壓器中使用 SiC 半導體，采用鋰離子低壓蓄電池等方式，降低系統能耗損失。同時，在提升 FC 電堆性能的基礎上，通過采用觸媒活性再生控制技術，提升發電效率。從而豐田實現了新 Mirai WLTC 工況最高續航里程約 850km，較上一代車型提升約 30%。

4.3 預測 2027 年碳化硅功率器件規模將超百億美元

? 預測 2027 年碳化硅功率器件的市場規模將超過 100 億美元。 2018 年碳化硅功率器件市場規模約 3.9 億美元，受新能源汽車龐大需求的驅動以及電力設備等領域的帶動，IHS 預測到 2027 年碳化硅功率器件的市場規模將超過 100 億美元。2021 年起，受益電動汽車拉動，SiC MOSFET 將保持較快的速度增長，成為最暢銷的分立 SiC 功率器件。

五、功率半導體 80%以上依賴進口，國內企業奮起直追

5.1 歐、美、日企業在功率半導體領域優勢明顯

? 據 Infineon 統計，2019 年全球功率半導體器件與模組市場規模為 210 億美元，歐美日呈現三足鼎立之勢，英飛凌位居*，占比 19%，安森美次之，占比 8.4%，前十大公司合計市占率達到 58.3%。

? 2019 年，全球 MOSFET市場規模達到 81億美元，英飛凌以*優勢排名 *，市占率達到 24.6%，前五大公司市占率達到 59.8%。聞泰收購的安世半導體及中國本土成長起來的華潤微進入前十，分別占比 4.1%和 3.0%。

? 2019 年，IGBT 模組市場規模為 33.1 億美元，英飛凌排名*，市占率高達 35.6%，前五大公司合計占比達到 68.8%。中國本土成長起來的 IGBT 龍頭公司斯達半導體近幾年發展較快，進入前十，2019 年排名第八，市占率 2.5%。

? 2019 年，分立 IGBT 市場規模為 14.4 億美元，英飛凌排名*，市占率高達 32.5%，前五大公司合計占比達到 63.9%，中國廠商士蘭微進入前十，市占率 2.2%。

? 2019 年，IPMs 市場規模為 15.9 億美元，日本三菱排名*，市占率高達 32.7%，前五大公司合計占比達到 76.9%，中國廠商士蘭微和華微電子進入前十，市占率分別為 1.1%和 0.8%。

5.2 中國功率半導體企業奮起直追，迎來快速發展期

? 中國是全球最大的功率半導體市場。國際龍頭企業較大部分收入來自中國地區，以達爾科技和恩智浦為例，其收入的 50%多和 40%多來自中國大陸，中國是電動汽車大國，英飛凌的 IGBT 在中國電動汽車市場占比達到 60%多。由此可見，我國功率半導體市場需求量巨大，本土廠商擁有非常大的進口替代空間。

? 中國 IGBT 自給率不斷提升。根據智研咨詢數據，自 2015 年以來，我國 IGBT 自給率超過 10%并逐漸增長，預測 2020 年自給率將從 2015 年的 10.1%提升至 18.4%，預計 2024 年我國 IGBT 行業產量將達到 0.78 億只，需求量約為 1.96 億只，自給率達到 40%。整體來看，我國 IGBT 行業仍存在巨大供需缺口，“國產替代”將會是未來 IGBT 行業重要的發展方向。

? 中高端功率半導體產品依賴海外。比亞迪、華為、中國中車股份有限公司（CRRC）、陽光電源股份有限公司（Sungrow）等中國企業是引領全球的功率半導體客戶，但是這些公司在功率半導體采購上依然極其依賴英飛凌、富士電機、三菱電機等海外供應商。中國是電動汽車、混合動力汽車的最大市場，但是海外供應鏈仍為中國的大部分系統提供功率半導體模組。在全球功率半導體市場上，中高端產品生產廠商主要集中在歐洲、美國和日本地區。歐美日的功率半導體廠商大部分屬于 IDM 廠商，英飛凌、安森美、意法半導體、三菱、東芝等是行業中的龍頭企業。中國臺灣地區也是較大的功率半導體產地，廠商大多屬于 Fabless 廠商，產品主要集中在低端領域。我國功率半導體市場占據全球 36%左右的需求份額，在高端產品領域，約 80%依賴進口。

? 中國功率半導體產業正在快速發展。我國半導體廠商主要為 IDM 模式，生產鏈較為完善，產品主要集中在二極管、低壓 MOS 器件、晶閘管等低端領域，IGBT 逐漸獲得突破，生產工藝成熟且具有成本優勢，行業中的龍頭企業盈利水平遠高于中國臺灣地區廠商。而在新能源、電力、軌道交通等高端產品領域，國內僅有極少數廠商擁有生產能力，高端產品市場主要被英飛凌、安森美、瑞薩、東芝等歐美日廠商所壟斷。

? 目前國內外 IGBT 市場仍主要由外國企業占據，國內以斯達半導體為首的 IGBT 企業發展快速，在工控、電動汽車、風電、光伏、電力及高鐵等領域逐漸取得突破，不斷提升份額，2019 年，按照出貨數量測算，中國電動汽車用 IGBT，英飛凌占比最大，市占率高達 49.3%，比亞迪第二，占比 20% （主要給自己配套），斯達半導體第三，占比 16.6%，斯達半導體在電動汽車 IGBT 領域芯片自給率較高，超過 90%。

? 我國功率半導體市場中，本土廠商在低端產品領域已經開始進口替代，聞泰科技收購的安世半導體、斯達半導體、華潤微、新潔能、立昂微、華微電子、揚杰科技、士蘭微、三安光電、捷捷微電等是行業中的優質企業，但市場份額占比仍然較低。

六、看好行業細分龍頭

目前國內功率半導體產業鏈正在日趨完善，技術也正在取得突破，中國是全球最大的功率半導體消費國，2019 年占全球需求比例高達 35.9%，且增速明顯高于全球，未來在新能源（電動汽車、光伏、風電）、工控、變頻家電、IOT 設備等需求下，中國需求增速將繼續高于全球，行業穩健增長+ 國產替代，我們看好細分行業龍頭：斯達半導體、華潤微、華虹半導體、士蘭微、新潔能、立昂微、三安光電、聞泰科技、中車時代電氣。

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