功率半導體行業(yè)深度報告：需求增長+*+國產(chǎn)替代

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2022-03-17 07:15:13 0

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(chǎn)能的背景下，功率半導體經(jīng)歷了一輪缺貨漲價；2019 年受到智能手機下滑、傳統(tǒng)汽車下滑、電動汽車平穩(wěn)發(fā)展的影響，功率半導體表現(xiàn)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(yè)、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(chǎn)能供給，部分產(chǎn)品出現(xiàn)了缺貨*的情況，我們研判在多重需求的驅(qū)動下，2021 年功率半導體將迎來高景氣周期。

行業(yè)觀點

2021 年需求增長+*+國產(chǎn)替代，功率半導體迎來發(fā)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(xiàn)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(chǎn)品交貨期普遍延長，部分 MOSFET 產(chǎn)品*趨勢明顯，尤以英飛凌*為嚴重，國產(chǎn)品牌也出現(xiàn)了缺貨*的情況，MOSFET 價格普遍上漲，漲幅在 10-20%。2019 年中國已發(fā)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(chǎn)替代的利好驅(qū)動下迎來發(fā)展良機，產(chǎn)業(yè)鏈積極受益。

新能源汽車蓬勃發(fā)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(chǎn)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(jù)核心優(yōu)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(yè)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(fā)展較快，也帶動了 IGBT 產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(yōu)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(yè)應用，預測 2027 年碳化硅功率器件的市場規(guī)模將超過 100 億美元。在車用方面，SiC MOSFET 在性能方面明顯占優(yōu)，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(xù)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(yè)：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(fā)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(chǎn)業(yè)發(fā)展穩(wěn)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(chǎn)品，2019 年功率半導體市場規(guī)模為 175 億美元，Yole 預測，2025 年市場規(guī)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(yè)的快速發(fā)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*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(qū)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(yè)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(guī)模為 37 億美元。在工業(yè)、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*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(jù)預測，SiC MOSFET 的市場也因 EV、HEV的增長而會出現(xiàn)增長。SiC 離散晶體管作為高效的車載充電器系統(tǒng)，未來會與 MOSFET 形成競爭。

1.2 中國功率半導體市場規(guī)模居全球首位，國內(nèi)龍頭公司快速發(fā)展

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

國內(nèi)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(chǎn)業(yè) 類似，對比海外的功率器件 IDM 大廠，國內(nèi)的功率器件龍頭企業(yè)（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(chǎn)品結(jié)構(gòu)偏低端，表明中國功率器件的市場規(guī) 模與自主化率嚴重不相匹配，國產(chǎn)替代的空間巨大，目前，中國功率半導體產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)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(yè)陸續(xù)上市，正在發(fā)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(chǎn)品交貨期普遍有延長的情況， *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(chǎn)品交貨期呈現(xiàn)*延長的趨勢，價格方面保持平穩(wěn)。

2020 年 Q4，Diodes 的 MOSFET 及晶體管產(chǎn)品交貨期延長，*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(chǎn)品交貨期延長，其中高低壓 MOSFET 產(chǎn)品價格呈現(xiàn)上漲趨勢。

2.2 功率半導體 MOSFET*趨勢明顯

MOSFET *幅度在 10-20%。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研信息，2020 年 11-12 月，海外品牌都缺貨，尤以英飛凌*為嚴重，國產(chǎn)品牌也出現(xiàn)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(jù) IHS 數(shù)據(jù)，2019 年全球 MOSFET 市場規(guī)模為 76 億美元，國內(nèi)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(jù)了 61%的國內(nèi)市場份額。國際大廠供應不足，缺貨現(xiàn)象表現(xiàn)明顯。

需求激增，8 英寸產(chǎn)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(jié)能環(huán)保的需求在拉動其需求量增長的同時，也帶動了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研信息，目前各大晶圓代工廠的 8 英寸產(chǎn) 能已經(jīng)爆滿，如國內(nèi) 8 英寸代工廠如華虹、華潤微產(chǎn)能利用率均接近滿載，聯(lián)電的 8 英寸晶圓代工產(chǎn)能更是滿載到 2021 年下半年。

Diodes（美臺）2021 年 1 月 1 日起部分產(chǎn)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(zhàn)，鑒于此，將于 2021 年 1 月 1 日起對調(diào)漲部分產(chǎn) 品價格。

士蘭微 SGT MOS 產(chǎn)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(chǎn)能的影響，我司相關產(chǎn)品的成本不斷上升，為了保證產(chǎn)品的供應，保持*的業(yè)務關系，經(jīng)公司慎重研究決定，從即日起（2020 年 12 月 9 日），我司 SGT MOS 產(chǎn)品的價格本月提漲 20%。

新潔能 2021年 1月 1日起部分產(chǎn)品價格調(diào)漲。2020 年 12 月 21 日，無錫新潔能同樣給客戶發(fā)布了價格調(diào)整通知函，通知函表示，由于上游原材料以及封裝成本持續(xù)上漲，且產(chǎn)能緊張、投產(chǎn)周期延長，產(chǎn)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(chǎn)能的背景下，功率半導體經(jīng)歷了一輪缺貨*；2019 年受到智能手機下滑、傳統(tǒng)汽車下滑、電動汽車平穩(wěn)發(fā) 展的影響，功率半導體表現(xiàn)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(yè)、電動汽車及 IOT 設備等拉動，需求上升明顯，部分產(chǎn)品出現(xiàn)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(qū)動+國產(chǎn)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(tǒng)中的 CPU

IGBT 是一個工作原理復雜的集成功率半導體器件。結(jié)構(gòu)上, IGBT 幾乎集成了半導體器件的所有基本結(jié)構(gòu)，如二極管、BJT 、結(jié)型場效應晶體管 JFET，MOSFET， SCR。IGBT 的結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，將引起其性能發(fā)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(xiàn)為單元胞尺寸的縮小，并聯(lián)集成的元胞數(shù)量越多，通態(tài)壓降 (導通損耗) 逐漸減小。

IGBT 的技術發(fā)明已經(jīng)有 30 多年，主要經(jīng)歷 6 代技術及工藝改進。從結(jié)構(gòu) 上講，IGBT 可以分為縱向結(jié)構(gòu)、IGBT 柵極結(jié)構(gòu)、硅片加工工藝，主要發(fā) 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(qū)動電路簡單、開關損耗小的優(yōu)點，又有 BJT 導通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)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(fā)展的主要方向。IGBT 穩(wěn)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(yè)控制及自動化領域的核心器件，IGBT 模塊在電機節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發(fā)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(fā)展以及變頻白色家電的普及，IGBT 的市場熱度持續(xù)升溫。它不僅在工業(yè)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(chǎn)品體積和重量，節(jié)約了材料。

IGBT 在 600V以上具有較強的優(yōu)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(xiàn)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(jié)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(fā)展，主要表現(xiàn)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(qū)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(tǒng)，包括電力控制，電力驅(qū)動和電池系統(tǒng)。在動力控制單元中，IGBT 或者 SiC 模塊將高壓直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動三相電機的交流電；在車載充電器 AC/DC 和 DC/DC 直流轉(zhuǎn)換器中，都會用到 IGBT 或者 SiC、 MOS、SBD 單管；在電動助力轉(zhuǎn)向、水泵、油泵、PTC、空調(diào)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(tǒng)、電動車窗雨刮等低壓控制器中都會用到 MOS 單管。

? （1）電動調(diào)速系統(tǒng)：功率器件在新能源車電機調(diào)速系統(tǒng)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(diào)速系統(tǒng)，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(fā)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(diào)速。新能源車采用直流電機驅(qū)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(huán)節(jié)過多，會降低整個系統(tǒng)的效率。而采用 PWM 電壓型逆變器，則線路簡單、環(huán)節(jié)少、效率高。另外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了諧振直流環(huán)節(jié)變換器和高頻諧振交流環(huán)節(jié)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(yōu)點。

? （2）能量轉(zhuǎn)換器：新能源車能量轉(zhuǎn)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(yōu)越的動態(tài)特性及高可靠性，很適合于電動汽車驅(qū)動，同時功率器件能影響到能量轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。直—直流及直—交流轉(zhuǎn)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(fā)展車載充電器是發(fā)展新能源汽車的必要條件, 因為它能將交流電網(wǎng)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?yōu)橹绷麟? 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(jiān)視電池溫度, 對電網(wǎng)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(yè) 也正處于高速增長的建設期，未來市場空間廣闊。Infineon 統(tǒng)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(shù)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(jù) Infineon 數(shù)據(jù)，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(chǎn)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(chǎn)銷分別完成 111.9 萬輛和 110.9 萬輛，其中產(chǎn)量同比下降 0.1%，銷量同比增長 3.9%。

? 彭博新能源財經(jīng)（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(jù)核心優(yōu)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(fā)展速度慢，但是近幾年中國電動汽車發(fā)展較快，也帶動了 IGBT 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)，按照銷量數(shù)據(jù)，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(yè)控制、新能源、家電變頻等領域推動 IGBT穩(wěn)定增長

功率半導體器件在電源管理行業(yè)應用越來越廣泛，未來工控、新能源、變頻家電、數(shù)據(jù)中心、5G、IOT 等領域?qū)⑹枪β拾雽w器件快速增長的核心領域，IGBT 需求量將持續(xù)增加。

3.3.1 工業(yè)控制是 IGBT*大應用領域，需求穩(wěn)健增長

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

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

? 我國變頻器行業(yè)的市場規(guī)模總體呈上升態(tài)勢。變頻器已進入新能源領域，在冶金、煤炭、石油化工等工業(yè)領域?qū)⒈３址€(wěn)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(yè)領域的需求也會繼續(xù)增長，從而促進市場規(guī)模擴大。未來幾年，具有高效節(jié)能功能的高壓變頻器市場將受政策驅(qū)動持續(xù)增長，到 2023 年，高壓變頻器的市場規(guī)模將達到 175 億元左右。

? 2）逆變焊機行業(yè)：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(wǎng)路電壓，先經(jīng)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(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十伏電壓，后再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當平穩(wěn)的直流焊接電流。

? 根據(jù)*統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2018 年我國電焊機產(chǎn)量為 853.3 萬臺，同比 2017 年增加了 58.46 萬臺。電焊機市場持續(xù)升溫亦將保證 IGBT 需求量逐步增大。

3.3.2 光伏風力發(fā)電量快速增長，IGBT迎新增長動力

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

風電：風電主要是中國美國在積極發(fā)展，從中長期來看，風力發(fā)電量處于穩(wěn)步增長的態(tài)勢。相較于火力發(fā)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(jīng)增長至 2-3 MW。風力發(fā)電量的穩(wěn)定增長將對功率半導體提出新的需求。

? 太陽能發(fā)電：IHS 預測，2016-2021 年太陽能發(fā)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(fā)電及逆變并網(wǎng)的需求，就需要控制、驅(qū)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(xù)突破，根據(jù) SolarEdge 統(tǒng)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(yōu)勢地位突出，中國光伏逆變器廠商快速發(fā)展為國產(chǎn) IGBT 替代帶來了顯著的本土化優(yōu)勢。

3.3.3 全球家用電器變頻加速滲透，IGBT迎發(fā)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(yōu)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(qū)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(nèi)； 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*大的家電市場和生產(chǎn)基地，亦孕育著大規(guī)模的 IGBT 市場。以空調(diào)行業(yè)為例，中國作為全球*大的家電市場和生產(chǎn)基地，亦孕育著大規(guī)模的 IPM 市場。

? 家電變頻可大幅節(jié)能電能。相對于傳統(tǒng)的家電產(chǎn)品，變頻家電產(chǎn)品在能效、性能及智能控制等方面有明顯的先天優(yōu)勢。近年來，變頻家電正處在 *發(fā)展的階段，主要應用于空調(diào)、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(jié)省 40%的能耗。

? 預測 2022 年家電變頻滲透率 65%。IHS 統(tǒng)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(shù)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(jù) IHS 數(shù)據(jù)，2021 年家用功率半導體市場規(guī)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(jié)能環(huán)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(guī)模達到 62.1 億美元。根據(jù) IHS 數(shù)據(jù)，2017 年全球 IGBT 市場規(guī)模為 52.55 億美元，同比 2016 年增長 16.5%，2018 年全球 IGBT 市場規(guī)模在 62.1 億美元左右。

四、電動汽車需求拉動，碳化硅迎來發(fā)展新機遇

4.1 性能優(yōu)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(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，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(shù)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(yè)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(yōu)，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(yōu)。碳化硅器件應用于車載充電系統(tǒng)和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，能夠有效降低開關損耗、提高極限工作溫度、提升系統(tǒng)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(chǎn)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(xiàn)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(xù)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(fā)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*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(tǒng)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(xiàn)更高功率，也因此，比亞迪漢可以輕松實現(xiàn) 3.9S 的 0–100 加速性能。

? 碳化硅可實現(xiàn)大概率及高續(xù)航。除了寬禁帶帶來的優(yōu)勢外，碳化硅還有兩大優(yōu)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(xiàn)在導通狀態(tài)下更低的電阻。這能減少電能的損耗，也有助于降低設備發(fā)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(fā)出更大的功率。這是比亞迪漢能實現(xiàn) 363Kw 功率的原因。使用磷酸鐵鋰的情況下能達到 605 公里的續(xù)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(jīng)開始批量生產(chǎn)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(jīng) HEV、燃料電池巴士和燃料電池乘用車。新 Mirai 的新一代固態(tài)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(jù)電裝的測算，與采用 Si 基功率半導體的產(chǎn)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(xiàn)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(xù)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(tǒng)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(fā)電效率。從而豐田實現(xiàn)了新 Mirai WLTC 工況*高續(xù)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(guī)模將超百億美元

? 預測 2027 年碳化硅功率器件的市場規(guī)模將超過 100 億美元。 2018 年碳化硅功率器件市場規(guī)模約 3.9 億美元，受新能源汽車龐大需求的驅(qū)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(guī)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*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(nèi)企業(yè)奮起直追

5.1 歐、美、日企業(yè)在功率半導體領域優(yōu)勢明顯

? 據(jù) Infineon 統(tǒng)計，2019 年全球功率半導體器件與模組市場規(guī)模為 210 億美元，歐美日呈現(xiàn)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(guī)模達到 81億美元，英飛凌以*優(yōu)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(guī)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(fā)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(guī)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(guī)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(yè)奮起直追，迎來快速發(fā)展期

? 中國是全球*大的功率半導體市場。國際龍頭企業(yè)較大部分收入來自中國地區(qū)，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(jù)智研咨詢數(shù)據(jù)，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(yè)產(chǎn)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(yè)仍存在巨大供需缺口，“國產(chǎn)替代”將會是未來 IGBT 行業(yè)重要的發(fā)展方向。

? 中高端功率半導體產(chǎn)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(yè)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*大市場，但是海外供應鏈仍為中國的大部分系統(tǒng)提供功率半導體模組。在全球功率半導體市場上，中高端產(chǎn)品生產(chǎn)廠商主要集中在歐洲、美國和日本地區(qū)。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(yè)中的龍頭企業(yè)。中國臺灣地區(qū) 也是較大的功率半導體產(chǎn)地，廠商大多屬于 Fabless 廠商，產(chǎn)品主要集中在低端領域。我國功率半導體市場占據(jù)全球 36%左右的需求份額，在高端產(chǎn) 品領域，約 80%依賴進口。

? 中國功率半導體產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展。我國半導體廠商主要為 IDM 模式，生產(chǎn)鏈較為完善，產(chǎn)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(chǎn)工藝成熟且具有成本優(yōu)勢，行業(yè)中的龍頭企業(yè)盈利水平遠高于中國臺灣地區(qū)廠商。而在新能源、電力、軌道交通等高端產(chǎn) 品領域，國內(nèi)僅有極少數(shù)廠商擁有生產(chǎn)能力，高端產(chǎn)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(nèi)外 IGBT 市場仍主要由外國企業(yè)占據(jù)，國內(nèi)以斯達半導體為首的 IGBT 企業(yè)發(fā)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(shù)量測算，中國電動汽車用 IGBT，英飛凌占比*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(chǎn)品領域已經(jīng)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(yè)中的優(yōu)質(zhì)企業(yè)，但市場份額占比仍然較低。

六、看好行業(yè)細分龍頭

目前國內(nèi)功率半導體產(chǎn)業(yè)鏈正在日趨完善，技術也正在取得突破，中國是全球*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(xù)高于全球，行業(yè)穩(wěn)健增長+ 國產(chǎn)替代，我們看好細分行業(yè)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。

公司電話：+86-0755-83044319
傳真/FAX：+86-0755-83975897
郵箱：1615456225@qq.com
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