功率半导体股票有哪些龙头股，功率半导体是什么东西
chanong
|功率半导体是电子设备中功率变换和电路控制的核心，是能承受高电压、大电流的半导体分立元件，主要用于改变电压和频率，以及从直流电变为交流电。用于转换等。电子设备。
功率半导体的起源主要是1904年第一个二极管的诞生，1957年美国通用电气公司推出的第一个晶闸管标志着电子电力技术的诞生，并在20世纪70年代功率半导体迅速发展。使用GTO 和BJT 的MOSFET 催生了第二代电子功率器件。后来到了20世纪80年代后期，IGBT出现，各种功率模块带动了功率半导体的快速发展。进入21世纪，采用新型宽带隙材料的半导体器件开始出现，功率半导体的性能和市场需求进入了一个新的阶段。
功率半导体目前可分为功率IC和功率器件两大类。根据外部条件控制开关器件的分类标准，功率器件可分为不可控、半可控和全控功率器件。其中，二极管为非受控型，单向导电，可整流；晶闸管为半控型，只能触发导通，不能触发关断；IGBT、MOSFET等晶体管可以通过触发来导通或关断。 它是一个完全受控的设备。电源IC是指功率集成电路设计，是模拟IC的一种，主要分为AC/DC、DC/DC、电源管理IC、驱动IC等。
功率器件主要为二极管、晶体管、晶闸管、MOSFET、IGBT等，海外厂商主要主导市场。二极管是主要用于整流的基本器件。虽然原理已经成熟，但由于产品稳定性和客户认证壁垒，采用率仍然较低。晶体管主要适用于家用电器等产品，用于开关和功率放大。国外厂商仍占据市场份额前列，国内厂商已完成低附加值元件的国产替代，但晶闸管属于主要应用于工业领域的电流控制开关元件，因此整体市场规模较小。
MOSFET和IGBT是最重要的功率器件，MOSFET适用于家用电器、网络通信、工业控制、汽车电子等。电力在10kW以下，国内厂商在中低压领域逐步开始国产替代，IGBT可应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家居等高压高频领域MOSFET领域，在高电压、大电流流动下开关速度快，但开关速度比MOSFET慢，前五家企业市场份额超过70% %。国内企业的技术水平与国外企业存在一定差距。
SiC和GaN由于其优异的性能而具有广泛的应用前景。 SiC和GaN在5G、电动汽车、太阳能等各个领域表现出了优异的性能。其中，特斯拉将其Model 3 电动汽车中的IGBT 器件替换为多个SiC MOSFET 模块，以实现更好的性能。
在功率半导体的发展过程中，功率半导体在结构、工艺、技术、工艺、集成度、材料等方面都得到了全面提升，其演进的主要方向是更高的功率密度、更小的体积、更低的成本。消耗和损失。从结构变化来看，功率半导体的器件结构有了显着的进步，从晶闸管到IGBT，IGBT结构和MOSFET结构都发生了显着变化，功率半导体的线宽也从原来的10m因工艺缩小而改变。从如今的0.15m到0.35m，鉴于技术变革和工艺进步，超薄晶圆结构的优化、背面扩散技术、超结技术等使得产品更加适合低功耗。 - 具有更好性能和易用性的电源市场，在集成协调方面成功推出了封装多个功率器件并允许它们在更高频率下运行的同时使器件尺寸和重量更小的电源模块。在材料迭代方面，公司从Si材料逐步升级到GaN、SiC等宽禁带材料，功率器件的体积和性能显着提升。
1.2、市场特征：广泛应用周期性减弱，市场规模呈现扩大趋势。
从纵向来看，根据Omdia数据，2019年全球功率半导体市场规模为463亿美元。功率IC市场规模244亿美元，占比52.7%，功率器件市场规模210亿美元，占比47.3%。功率器件晶体管市场规模为144.4亿美元，占功率器件市场的68.76%。晶体管市场主要由MOSFET和IGBT组成，其中MOSFET市场占比56.09%（约81亿美元），IGBT市场占比43.91%（约63.4亿美元）。主要制造商包括英飞凌、意法半导体、德州仪器、安森美半导体和三菱。其中，英飞凌是主要的功率半导体制造商。
从下游应用来看，功率半导体的下游需求主要是汽车和电机驱动。根据Yole 2019年统计，功率半导体主要下游驱动应用方向为汽车（包括EV、HEV、硅MOSFET）、电机驱动（Moto rDrive、IGBT模块）、智能手机和无线设备（硅MOSFET）、计算机技术和存储。 （硅MOSFET）、工业（硅MOSFET）、EV和HEV（IGBT模块）等
从地区来看，中国是全球最大的功率半导体消费国，中国功率半导体在全球的市场份额还在逐步扩大。 IH Smarkit数据显示，2018年中国功率半导体市场规模为138亿美元，占全球需求的35%，2014年至2018年市场份额每年增长约0.8%。中国功率半导体市场份额将继续加速扩大，2018-2021年复合年增长率为2.39%，预计2021年市场规模将达到159亿美元，全球份额较2018年有所增加。到2021年，中国功率半导体市场份额将持续加速扩大。市场份额将增至36.1%。与平均水平相比，每年增长约0.37%。
横向回顾过去七年：
（1）从市场规模来看，功率半导体市场占全球半导体行业的8%~10%，构成比例基本稳定，功率半导体的周期性相对较弱这主要是因为功率半导体的应用领域广泛，下游客户的季节性需求呈现出涨落的动态均衡关系，导致行业的季节性特征不太明显。
（2）从增速来看，功率半导体2014-2020年复合年增长率为3.41%，略小于半导体行业2014-2020年4.33%的复合年增长率。
展望未来，根据Omdia数据，功率半导体市场规模预计在2023年达到504.66亿美元，2017年至2023年复合年增长率为4.93%。另外，根据SEMI数据，2017年至2023年增长最快的细分市场是IGBT及模块产品、IPM，复合年增长率分别为7.86%和7.61%，以及电动汽车、工业互联网等。未来领域的不断扩张将加速对可承受大电流、电压的高密度IGBT、IPM及相关模块产品的需求。
1.3.品类细分：分立器件中，MOSFET和IGBT占比最大，宽带隙正进入快速发展期。
MOSFET 和IGBT 是最大的分立器件。从可控类型细分领域，功率半导体主要包括功率IC以及IGBT、MOSFET、晶闸管、二极管等分立器件，其中IGBT和MOSFET占比最大，分别为14.51%和18.54%。 IGBT器件中，主要包括分立式IGBT、IGBT模块和IPM模块，其中以IGBT模块为主，占比52.21%。
MOSFET是最成熟的功率器件之一，全球MOSFET市场规模正在稳步增长。据Yole统计，全球MOSFET市场规模预计将从2020年的75亿美元增长至2026年的94亿美元，2020年至2026年的复合年增长率为3.8%。其中，下游领域汽车和工业对MOSFET的需求增长迅速。
IGBT在MOSFET的基础上改进，市场空间迅速扩大。 IGBT作为全控半导体功率器件，是由BJT（双极型三极管）和MOSFET（绝缘栅场效应晶体管）组成的复合全控电压驱动功率半导体器件，具有高输入阻抗和GTR低导通电压的特点。滴剂有两个好处。 IGBT的开关特性包括能够在直流电和交流电之间进行转换，改变电流的频率，并具有逆变和变频的功能，应用领域极其广泛。从电压分布来看，消费电子领域使用的IGBT产品均在600V以下，太阳能逆变器、白色家电和电动汽车所需的IGBT为600-1700V，动车组常用的IGBT模块为3300V和6500V。传输IGBT 为1700V 至6500V。 IGBT主要应用于电驱动系统、汽车空调系统、电动汽车充电桩等领域。
据Yole预测，全球IGBT市场规模预计将从2020年的54亿美元增长至2026年的84亿美元，2020年至2026年复合年增长率为7.5%。它有潜力成为该细分市场中增长最快的分立器件。
功率二极管和晶闸管是传统功率器件，基本具有稳定的市场规模。据IHSmarkit统计，2019年全球晶闸管市场规模为4.93亿美元，预计2024年将达到4.76亿美元。 2019年中国市场价值2.05亿美元，预计2024年将达到1.91亿美元。基本上没有什么变化。 2019年全球二极管市场规模为43.26亿美元，预计2024年将达到46.62亿美元，2019-2024年复合增长率为1.51%，中国市场为390亿美元，预计2024年将达到46.62亿美元。 2024 年为15.54 亿美元，19-24 年复合年增长率为1.55%。这一变化和增速表明，两个市场规模基本稳定。
从衬底材料角度分析功率半导体，Si仍占据市场压倒性地位，SiC、GaN的份额正在加速增长。由于成本和技术原因，SiC和GaN在功率器件中的份额仍然较低，2019年SiC仅占3.3%，GaN占0.4%，但其份额不断增加。预计2017年至2023年GaN市场份额将以年均0.57%的速度增长，2017年至2022年SiC市场份额预计将以年均0.88%的速度增长。
以SiC、GaN为代表的第三代半导体正进入快速发展时期。根据Omdia 的SiC 和GaN 电力数据，随着市场达到临界质量，到2021 年混合动力和电动汽车、电源和太阳能光伏(PV) 逆变器将推动变压器需求，这种转变随之而来。收入预计将在2021 年超过10 亿美元2020.而且，分立SiC功率器件将占据第三代半导体器件的主要份额。增长将继续加速，2021年至2024年增加10亿美元，年均增加3.3亿美元，2024年至2029年增加30亿美元，年均增加6亿美元。
功率半导体行业：（1）注重规模无关的工艺、结构和技术改进以及材料重复；（2）以IDM为中心的商业模式，有利于技术积累和迭代；（3）注重细分需求。它具有三个行业特有的特征： 多元化。我们依赖于我们特色工艺平台的全面性和深度。
从功率半导体产业链的工艺角度来看，设计、制造工艺、封装的整合都非常重要。功率半导体基于晶圆、光刻胶和基板材料等半导体材料，经过设计、制造和封装以形成碎片化的最终产品。其中，除了设计之外，功率半导体的制造工艺和封装工艺也很重要。
制造工艺需要外延工艺、光刻工艺、薄膜化、背面金属化等制造工艺，制造工艺是决定器件性能的重要因素之一。
在封装过程中，裸芯片被封装为器件、模块或集成封装，如果裸芯片与器件封装，则为功率分立器件，如果与模块封装，则为功率分立器件。将是功率分立器件。组成电源模块。由于功率半导体工作在极端环境下，对可靠性和寿命有很高的要求，因此封装技术也是影响器件性能的核心因素之一。
最终的功率器件应用于各种终端。功率分立器件主要应用于家用电器、家用电器等领域。电源IC主要应用于电源管理芯片，适用于工业控制、网络通信等。功率模块主要应用于军工、航空航天、轨道交通等行业的DC/AC逆变器、整流器、驱动控制电路等。
2.1. 行业特征一：工艺尺寸无关，注重结构和材料性能
集成电路技术的发展主要分为三个技术方向。这些是与尺寸相关的先进工艺、具有与尺寸无关的特性的工艺以及先进的封装工艺。在垂直先进技术中，业界正在追求更窄的特征线宽、更低的工作电压和更高的开关频率。主要是为了赶上摩尔定律，我们不断推出更高密度的技术，从130nm到3nm工艺，晶体管集成度提高，成本大幅下降，芯片价格不断下降。
横向表征过程重点关注芯片在不同场景下如何承受高电压、输出大电流，以及如何提高电路的线性特性和降低噪声，使器件特性多样化。特色工艺追求的不是彻底的器件减少，而是根据不同的物理特性生产不同的产品，如高频器件、模拟器件、无源器件、高压功率半导体、传感器等。三是先进包装技术方向，采用专业化包装进行密集包装，创造更高价值的产品。
功率半导体是不依赖尺寸的特殊工艺产品，在制造过程中不追求极限线宽，不遵守摩尔定律。数字芯片更加注重工艺升级，目前处理器等高端数字芯片的先进工艺基本都在14nm以下，高端产品已经达到5nm工艺，算力正在快速提升。发展。功率半导体的性能发展缓慢，工艺在90nm至0.35m之间基本稳定，发展要点是制造工艺、封装技术和基础材料的进步。
开发点一：制造工艺。功率半导体生产中特别困难的工艺包括沟槽工艺和背面工艺（晶圆减薄和高剂量离子注入）。以IGBT为例，自20世纪80年代问世以来，每一次性能升级都离不开表面结构和背面技术的进步。
（1）沟槽工艺：目前中高端功率器件（MOSFET、IGBT）均采用沟槽工艺。 IGBT表面结构的发展已从平面栅极技术发展到沟槽栅极技术。第一代和第二代IGBT采用平面栅极技术，其中p基极和扩散区形成球形PN结，从而产生JFET效应和高导通压降。英飞凌的第三代IGBT 采用沟槽栅极结构。这使得P型发射极区的倒置沟道垂直于硅片表面，有效消除了JFET效应，增加了表面沟道密度，降低了器件传导损耗。此外，最新的IGBT7进一步改进了沟槽工艺，通过应用微沟槽栅与FS和低压MOS技术相结合的MPT（Micro Pattern Technology）结构，沟道密度进一步显着提高，从而获得了更好的性能。设备，实现性能控制。范围。由于与平面栅极相比，沟槽栅极结构的性能得到了显着提高，因此即使在IGBT 器件中，表面结构的改进也是通往高端产品的唯一途径。
沟槽型器件的制备工艺壁垒较高，设计制造过程需要长期的技术沉淀。沟槽IGBT 的沟槽宽度仅为1 至2 m，但沟槽深度必须至少为4 m。因此，在通过酸刻工艺制备沟槽时，必须精确控制沟槽的宽度和深度。此外，沟槽壁应尽可能光滑以提高产量。同时，IGBT沟槽底部倒角应圆整且均匀，以免影响器件击穿电压。沟槽形状与设备条件、刻蚀工艺和后处理密切相关，为了量产具有良好沟槽形状的IGBT产品，需要巧妙地调整这三者之间的关系。因此，功率半导体的制造工艺壁垒较高，需要晶圆厂和芯片设计部门长期合作，长期细化和优化器件设计和制造技术。
(2)背面工艺：这对良率和成本影响很大，减薄和背面金属是关键。以IGBT为例，背面工艺主要包括表面镀膜、背面减薄、背面清洗、背面P注入、激光退火、背面B注入、背面金属化、烘烤等。 IGBT 4相比IGBT 3具有更薄的背面结构，进一步降低了开关损耗，同时最高工作结温从125提高到150，但背面工艺的复杂度也相应增加。它还显着增加，主要反映了减薄、注入和金属化等工艺中的晶圆减少。
背面的处理容易积聚灰尘。晶圆减薄至100-200m后，后续的掺杂和背面金属化工艺也会因工艺控制和处理不慎而带来碎片产生的风险。因此，当晶圆尺寸超过8英寸时，背面工艺难度增加，对IGBT良率的影响也变大，目前能够量产12英寸IGBT的晶圆厂很少。而且，采用场截止技术时，对背面掺杂工艺提出了更高的要求，需要综合考虑深度、浓度、分布以及与集电极的匹配等因素，导致变量较多，难以优化。
开发点二：封装工艺。封装工艺也是功率半导体的一个主要关注点，因为它们在极端环境下运行，并且对可靠性和寿命有很高的要求。封装工艺主要在三个方面进行改进：（1）增加芯片面积与占位面积之比，（2）最小化封装电阻和热阻，以及（3）最小化寄生电阻和电感。 TOLL可应用于分立功率器件的封装。
汽车级IGBT模块封装技术壁垒较高，封装质量和散热至关重要。汽车级IGBT 模块是功率半导体封装技术最具挑战性的产品之一。汽车级封装不仅支持芯片表面互连、贴片互连、端子引出、散热等关键技术工艺，也是保证高温运行、高功率密度、高可靠性的重要要素。
直接液冷是目前车用IGBT模块主流的冷却方案。模块散热设计时，结构设计难度较大，需要制造商对热力学和材料系统有深入的了解。早期的汽车级IGBT模块采用基于铜基板的三明治结构，但这种设计散热性能差且结构笨重，限制了模块输出的进一步提升。为了提高散热能力，pin-fin直接水冷散热结构和更先进的双面散热结构被提出并广泛采用，目前正在采用Nippon Denso、Hitachi、Infineon的双面散热模块。它已经商业化。
发展关键3：材料的重复。功率半导体同样注重材料重复，现有的第三代半导体材料可以有效提升原有硅基材料的性能，突破原有器件的性能极限。基于SiC、GaN等第三代半导体材料的功率半导体可以工作在更高的频率和更高的电压环境下，性能优于原有的硅基IGBT和硅基MOSFET，原有的成本问题始终得到解决。 （报告来源：未来智库）
2.2.行业特征二：IDM模式与外包并存，技术迭代激增，产能供给增多。
半导体行业主要有两种商业模式：IDM和垂直分工。 IDM模式是一种垂直整合模式。这意味着，半导体公司的经营范围除了半导体设计之外，还包括芯片制造、封装、测试等各个环节。垂直分工模式，划分了各个环节，每个公司只专注经营一个环节。例如，无晶圆厂模式仅专注于半导体设计和销售，将芯片制造和封装测试留给纯粹的代工厂。模型， 企业.
对于半导体产品企业来说，采用IDM模式对企业技术、资金、市场占有率要求较高，具有典型的资产导向特征。公司不仅需要拥有自己的研发设计团队，还需要建设自己的芯片制造、封装测试生产线，以及半导体设计、芯片制造、封装测试完成后的下游客户，还需要销售给。建设内部芯片制造、封装和测试生产线需要大量的资金投入，例如建设一条8英寸芯片制造生产线的投资约为30亿元，因此采用IDM模式。许多公司都表现良好。我们不仅要有研发的技术能力，还要有足够的资金。采用垂直分工运营模式下的无晶圆厂模式，只需专注于产业链中的芯片设计和销售环节，可以相对有效地控制投资和成本。垂直分工模式在数字逻辑集成电路领域得到了快速发展。
电力行业企业既有IDM模式，也有垂直分工模式。海外IDM样板公司有英飞凌、安森美、TI、意法半导体、东芝等，国内IDM样板公司有中微电子、士兰微、华润微等。垂直划分模式的无晶圆厂公司包括新洁能源、思达等，代工公司包括华虹半导体、世先进、中芯国际等。
功率半导体采用IDM模式的主要优点是：
(1)IDM模式具有技术内部整合的优势，有利于积累工艺经验，形成核心竞争力。其研发和生产是产品设计和工艺研发相结合的综合技术活动，IDM模式在研发和生产综合环节的长期积累变得更深，技术和生产的融合有助于积累。产品群的形成有助于形成更强的市场竞争力。
（2）IDM模式具有内部整合资源的优势，可以根据客户的定制需求共同优化设计和制造环节，减少产品开发时间。功率半导体是需要先进工艺特性和定制化的半导体产品，因此对设计、制造和封装工艺的集成提出了很高的要求。 IDM企业内部，通过建设主产品工艺技术平台，开发细分模型产品，不断升级产品工艺平台，“打造-衍生-升级”的良性发展，可以形成模型、细分模型。产品可以快速“裂变”生产，满足下游多个环节的需求，最终带动公司业务规模快速增长。相比于无晶圆厂模式运营的竞争对手，该公司拥有更快的产品迭代速度、更强的产线协调能力、以及根据客户需求高效且有特色的工艺定制能力。
（3）制造环节更加重要，IDM模式对产品附加值更高。功率半导体属于专业化工艺产品，定制化要求高，细分产品出货量低。如果功率半导体交给晶圆厂代工，无法实现足够的规模经济，成本也会增加。更重要的是，该公司将所有制造环节整合到自己的运营中，获取了本应属于晶圆厂的利润，从而增加了产品的内在附加值，确实如此。
然而，IDM显然具有资产导向的性质，这对收入扩张和关键收入市场的整合产生了重大限制。随着全球新兴产品的爆发以及以中国为代表的区域需求的快速扩张，纯IDM企业的产能供给无法有效跟上终端的需求，而半导体行业由于周期性的原因，纯IDM企业的产能供给无法有效跟上终端的需求。企业往往受到固定产能的限制，最终陷入被动局面。因此，IDM模式+外包并存是一种既能根据市场波动及时扩大或收缩产能，又能满足邻近区域市场需求的商业模式未来的发展方向。
2.3. 行业特征三：细分需求多样化，依赖自有工艺平台的全面性和深度
“平台多元化”是特种工艺品企业构筑竞争壁垒、创造竞争优势的核心武器，工艺品平台越强的企业，技术经验越丰富，服务能力越强，在专业开发能力上具有很大优势。
功率半导体行业的细分需求正在多样化，从大型产品平台到不同电压、不同面积、不同封装形状可以相互组合形成1000多种细分产品。以新洁能源的产品布局为例，该公司主要分为沟槽功率MOSFET、超级结功率MOSFET、屏蔽栅功率MOSFET、IGBT四大主要产品平台，每个平台都有不同的电压和不同的结构。为了满足客户需求，需要调整芯片面积，采用30多种封装形状，集成单管、功率模块、智能功率模块。工艺平台分为不同电压系列、不同面积系列、不同封装系列，相互组合形成1000多个细分产品型号。
因应客户客制化需求，功率半导体产品需求呈现多元化，但各类型细分需求均小于IC产品，因此我们在行业内获得足够的市场竞争力，需要专用的制程平台。对全面性和深度的要求非常高。
新能源汽车的普及和太阳能发电建设的加速是功率半导体市场快速增长的主要驱动力。电动汽车：从ICE（内燃机汽车）到MEV（轻度混合动力汽车），从MEV到BEV（纯电动汽车），一辆电动汽车�**沧暗墓β势骷约芭涮咨璞负统涞绲氖空诓欢显黾印３中黾印Ｒ宰孕谐滴Φ亩ψ爸檬亢凸婺４蠓黾印９夥⒌纾核孀胖饕叶浴疤贾泻汀焙头⒌绯杀窘档偷墓彩叮蛱裟芊⒌缱盎萘拷中焖僭龀ぃ魑诵牡墓β拾氲继宓氖亢图鄹窠中焖僭龀ぁＤ姹淦髟不嵘险恰�
3.1.电动汽车：汽车正在向纯电动化方向发展，功率半导体的数量和价格不断增加。
3.1.1.新能源汽车保有量持续增加，汽车电动化是大势所趋。
电动汽车主要分为三类：MHEV、PHEV、BEV。 MHEV是一种轻度混合动力汽车，仅在发动机上连接一个小型电动机以改善发动机的启动和停止，而PHEV是一种插电式混合动力汽车，既使用电动机又使用发动机来运行。通过外部电源充电的BEV 是纯电动汽车，使用电池存储电力并使用电动机驱动。
随着技术的不断进步和世界各国政府的大力推动，从供给端看，未来新能源汽车有望保持较高增速。像特斯拉这样的新兴汽车厂商，通过打造新的用户体验和产品模式，倒逼传统厂商向新能源转型，形成良性循环，打造出一大批优质新能源车型投放市场。从需求端来看，购车群体逐渐开始认可新能源汽车，加上政府的大力推动，新能源汽车消费者也逐渐开始购买新能源汽车。因此，新能源汽车未来有望逐步取代传统能源汽车，成为汽车市场增长的主要动力。
预计2021年全球新能源汽车出货量将快速增长。 2021年初以来全球出货量快速增长，截至2021年�**肽辏蛐履茉雌党龌趿吭ぜ平�250万辆，年增长率超过50%。从出货量结构来看，纯电动汽车和插电式混合动力汽车约占全球市场份额的99%，而氢燃料电池汽车约占1%。
从区域来看，中国是全球最大的市场之一，预计2021年将快速增长。 2020年，中国占全球新能源汽车出货量份额为41.27%，欧洲份额为43.06%，两国成为全球最大的新能源汽车市场。从销量构成来看，国内纯电动汽车占新能源汽车销量的81.6%，混合动力汽车占18.60%，氢燃料电池汽车仅占0.07%。
销售增长预计将持续，带动上游汽车电子需求。随着技术的成熟和成本的大幅下降，新能源汽车的用户体验将大幅提升，消费需求将不断释放，将带动中国乃至全球新能源汽车销量的增长，预计将保持快速增长未来长期增长，行业处于高景气周期，预计2021年至2026年复合年增长率接近30%。随着下游新能源汽车需求持续释放，汽车电子作为新能源汽车产业链上游有望充分受益。
3.1.2.作为汽车电动化核心部件的功率半导体数量和价格快速上涨。
功率半导体主要负责汽车中的能量转换，并且其在电动汽车中的使用正在增加。燃料
车的功率半导体应用场景主要包括启停模块、车灯、引擎、车身、音响控制、防盗以及动力传输系统等。而对于电动车而言，功率半导体用量在燃油车的基础上显著提升，主要增量体现在车载充电系统 （OBC）、电池管理（BMS）、高压负载、高压转低压 DCDC、主驱动 等，用量相比于传统燃油车显著提升，将成为电动车核心元件之一。 相比燃油车，电动车功率半导体复杂度亦显著提升。燃油车功率器件电压等级低，40V的功率MOSFET即可满足EPS(电动助力转向系统)和EPB(电子驻车制动系统)等核心安全系统要求。此外，燃油车动力总成电压往往在30V左右，电助力制动器电压70V左右，单车平均电气功率不超过20kW，因此高性能车规低压MOSFET即可满足车辆低功耗需求。 而对于新能源汽车而言，相比于传统能源车多出了主电机驱动、DCDC、OBC、车载电动空调、电池管理（BMS）等部件，其中纯电动主电机驱动功率往往可超过100kW，发电机功率平均达到30kW，单车平均功率要远超出传统燃油汽车。此外，与传统汽车不同的是，由于较高的驱动功率、电压以及高能耗敏感度，电动车厂往往会采用导通压降小、工作电压高的IGBT模块，而非在传统燃油车中采用的MOSFET，单车功率半导体复杂度亦将呈现显著提升。 随着电动车加速渗透，功率半导体单车价值量上升趋势明显。根据英飞凌、strategyanalytics和IHSMarkit的统计数据，ICE（内燃车）内功率半导体价值71美元，总成本占比不足10%；而PHEV和BEV二者平均功率半导体价值量为330美元，占总成本的39.56%，相比ICE的功率半导体价值量增加了约240美元。 3.1.3. 车规级功率空间广阔，IGBT和MOSFET增速快 IGBT及MOSFET是汽车功率半导体价值量提升的主要推力。传统汽车中蓄电池电压主要为12V或24V，分立功率器件主要被应用于调节各低压工作单元的通断，因此最常用的分立器件是MOSFET，用以控制车灯、天窗、雨刷等模块。而对于电动车来说，动力电池电压往往要大于300V，且平均功率亦显著提升（这意味着流经功率模块电流显著提升），因而往往在关键环节会使用能够适应高电压、大电流的IGBT模块，同时MOSFET的用量及价值量亦显著上升。在下文中，我们主要对新能源汽车的5大增量模块进行梳理。 对大多数车型而言，电驱逆变器核心部件是IGBT和FRD。逆变器可选的方案主要为硅MOSFET、IGBT以及SiC方案，MOSFET主要应用于A00级车型，市场占有率较低，且未来有望被IGBT所取代。SiC目前受限于高成本及产能释放，3-5年维度来看难以大规模放量，因此IGBT是电驱逆变器最为主流的方案。 以典型主控功率逆变器为例，IGBT和FRD用量大。以单驱为例，旺材电机与电控披露，英飞凌的部分产品由六桥臂单元（内含6组IGBT、6组FRD）构成，其中每个桥臂包含3颗IGBT芯片、3颗FRD芯片，共计18颗IGBT和18颗FRD。 高压转低压DC-DC：开关元件主要是MOSFET，功率二极管用量多。该模块几乎被应用于所有新能源车型中，功率范围在2kW左右，其主要作用是取代传统汽车中的12V发电机，将动力电池的高压电转换为低压电，随后被低压蓄电池收集。此外，部分方案可能会采用IGBT作为开关器件。OBC：中高端产品采用IGBT，中低端为MOSFET方案。OBC的主要作用是将充电桩交流电转换为动力电池所需要的直流电，并依据BMS提供的数据，实现对电压、电流等参数的动态调节。IGBT单管或者高压MOSFET等开关器件则是OBC中实现DC-DC转换模块的核心开关器件。 电池管理（BMS）：核心分立器件为MOSFET。BMS主要用来可监控并调节电动车电池的充放电过程，通过对电池的电压、温度、容量、荷电状态等指标的监测，实现对剩余电量的有效利用并避免电池的过充损耗。在电动车中，每一电池组往往都有其独立的BMS系统，用以确保行车安全。 新能源汽车MOSFET、IGBT单车价值量提升，市场空间快速增长。MOSFET来看，根据Yole数据及我们的测算，新能源汽车（EV/HEV）的MOSFET单车价值量有望达到31美金，相比于传统燃油汽车的19美金，增长约12美金。IGBT来看，结合全球汽车销量和Yole，我们预估2020年新能源汽车（包括EV和HEV）单车IGBT价值量约为204美金。进一步，在新能源汽车拉动下，国内电动车IGBT市场空间从2020年的2.0亿美金成长至2026年的22.3亿美金，CAGR为49.9%。MOSFET市场来看，由于燃油车亦采用MOSFET功率器件，我们测算2020年国内车规MOSFET市场空间为5.0亿美金，2026年将达到6.5亿美金，2020-2026年CAGR为4.6%。 核心假设：假设国内汽车出货量平均每年2500万辆，采用Si-MOSFET逆变器车型2020-2026出货量预估为20/28/32/35/40/42/44万辆，SiCMOSFET逆变器车型在2020-2026年出货量占比分别为 15.0%/11.4%/12.4%/15.4%/18.4%/20.4%/22.4%。此外，综合考虑新能源汽车逐步在中端及高端车型渗透，以及IGBT厂商的降价，假设2020-2026年新能源汽车IGBT价值量保持稳定。 此外，充电基础设施是电动车必不可少的配套设施，其内部也含有较大数量的功率器件。以典型的直流充电桩为例，三相交流380V输入电压经过两路AC/DC电路并联后，得到800V直流母线电压，然后经过两路全桥LLCDC/DC电路，输出250V到950V（或750V）高压给电动汽车充电使用，从拓扑电路来看，充电桩包含的功率器件较多。 充电基础设施的充电效率越高，则对充电功率要求越高，继而需要的功率器件也越多。根据英飞凌的数据，随着DC充电系统的功率的增大， 充电时间不断减小，但每个 DC 充电系统所含的功率器件价值处于上升 趋势。20 kW 充电系统所含功率器件主要为 Si 基，价值 40 美元；150 kW 充电系统所含功率器件也主要为 Si基，价值 300 美元；而 350 kW 充电系统所含功率器件变为 SiC 基，价值3500 美元，价值相较于20 kW 充电系统提升明显。因此整个电动车系统所需的功率器件不仅包含电 动车本身所拥有的，也包含充电桩内所必需的，因此电动汽车的发展 所带动的功率器件市场，超过我们单纯依据电动车内功率器件价值量 所算出的增量市场。 3.2. 光伏：全球光伏装机量提升，推动功率半导体需求增长 3.2.1. 光伏装机量快速提升，逆变器需求将迎爆发 光伏逆变器是太阳能光伏系统的心脏。光伏逆变器主要由输入滤波电 器、DC/DC MPPT 电路、DC/AC 逆变器、输出滤波电路、核心控制单 元电路组成。逆变器在光伏电站中占据核心地位，是连接电网和光伏 系统的关键枢纽，其主要功能是将太阳电池组件产生的直流电转化为 交流电，并入电网或供负载使用。逆变器的性能对电站运行平稳性、 发电效率和使用年限都会产生直接影响。此外，逆变器还负责整个光 伏系统的智能化控制，能够通过最大功率电追踪（MPPT）显著提升系 统发电效率，对系统状态进行监控、调节和保护。 集中式逆变器和组串式逆变器占据装机规模近90%的份额，是当前行 业主流。光伏逆变器的发展过程中，出现了集中式逆变器、集散式逆 变器、组串式逆变器和微型逆变器四大类，当前集中式和组串式逆变 器占据近 90%的装机规模。 集中式逆变器体积大、功率高，通常功率在500kW以上，只适用于大型地面集成式光伏电站。组串式逆变器体积小、易安装、功率小，功率略小于集中式逆变器，可调节多块光伏组件的电流输出，适用于分布式光伏系统。随着技术发展，组串式逆变器逐渐也可用于大功率电站场景，叠加其安装方便等优势，渗透率迅速提升。2020年国内组串式逆变器出货量已占据市场65%以上的份额。 乘政策之东风，全球光伏市场方兴未艾。随着全球多个国家陆续提出碳中和的相关政策，光伏发电在全球的能源占比未来将不断提升。全球来看，光伏发电不仅在欧美日等发达地区蓬勃发展，在中东、南美等地区也在快速起量，目前已经成为清洁、低碳并具备一定价格优势的发电形式。2021年，在光伏发电成本持续下降及全球政府大力支持等有利因素的推动下，全球光伏新增装机量有望快速增长。 国内光伏市场空间广阔。2020年，国内光伏新增装机48.2GW，创历史 第二高，同比增加 60.1%。2020 年由于受到疫情影响，20H1 新增光伏 装机规模较少的情况下，下半年光伏装机快速发展，12 月单月新增光 伏装机规模达到 29.5 GW，创历史新高。 光伏新增装机放量叠加存量替代空间扩大，逆变器渗透率提升。光伏 新增装机速度逐年提升，市场需求不断扩大，作为光伏电站系统核心 的逆变器有望迎来量价齐升。此外，存量市场方面，考虑到光伏逆变 器寿命一般在 10 年左右，当前存量替换需求主要来自 2010 年前后分布于欧洲地区的光伏装机。国内光伏装机于 2013 年起腾飞，因此预计未 来 2-3 年国内存量替换市场也将不断扩大。如果假设存量替代为 10 年 前的新增规模，则未来存量替代亦将显著拉动光伏逆变器的需求。综 上，光伏装机增量与存量的相互作用，将带动光伏逆变器渗透率不断 提升、市场空间显著扩大。 3.2.2. IGBT是逆变器核心，国内市场空间广阔 IGBT等功率半导体是逆变器实现直流转交流的关键所在，在逆变器成 本中约占据 13%的价值。IGBT 和MOSFET 等电力电子开关器件的高频 率开合特性是逆变器实现直流电转交流电这一基础功能的基础。逆变 器生产所需原材料主要包括电子元器件、机构件以及辅助材料，其中 电子元器件包括功率半导体、集成电路、电感磁性元器件、PCB 线路 板、电容、开关器件、连接器等，机构件主要为压铸件、钣金件等， 辅助材料主要包括塑胶件等绝缘材料。根据固德威招股说明书披露， 机构件、电感、IGBT 功率器件为 3 大核心耗材，占据近 60%的成本， 其中 IGBT 功率器件占据约 13%，位列第三。 全球逆变器 IGBT市场扩容，国内逆变器厂商市占率高。我国逆变器产业经过大量的研发积累，近年来不断从海外品牌 ABB、SMA、TMEIC 等手中抢夺市场份额，形成了华为、阳光电源、锦浪、固德威等诸多 逆变器全球龙头企业，当前中国逆变器出货全球市占率已经超过65%。 2026 年国内光伏逆变器 IGBT需求有望超过 40 亿人民币。根据测算， 我们预估 2026 年全球光伏 IGBT 市场需求将从 2020 年的 28.3亿元提升 至 63.5 亿元。若假设国内厂商能拿到 65%的市场份额，则国内光伏 IGBT 需求将从 2020 年的 18.4 亿元提升至 2026 年的 41.3 亿元，CAGR 达到 14.4%。由此可见，光伏放量驱动逆变器市场规模扩大，逆变器进一步为光伏 IGBT 带来巨大的增长潜力，光伏 IGBT 有望迎来量价齐升。 对于功率半导体企业而言，想实现市场份额及营收规模的快速提升， 关键有二： 1、能力：国内厂商技术和平台化（产品覆盖度）是核心要素。全球功 率器件市场基本为英飞凌等国际大厂垄断，国内厂商目前仍主要集中 在二极管、低压 MOSFET 等低端功率器件市场。短时间内，国内厂商 要想增强市场竞争力，实现国产替代，最主要是在产品技术和平台化 建设上做出足够的投入。 产品技术方面：设计、制造及封装工艺加速研发追赶。尽管功率半导 体对设计、制造、模块封装乃至材料等技术都有较高的要求，但技术 迭代速度较慢，国内厂商通过产业链协同有望突破壁垒，强化技术和 产品竞争力。平台化建设方面：“平台化多样性”是特色工艺企业构筑竞争壁垒、打 造竞争优势的核心武器，工艺平台越强大的企业，其在技术经验、服 务能力和特殊化开发能力方面具有深厚的优势，因此足够全面性和深 度性的特色化工艺平台有助于增强公司的竞争力。 2、机遇：缺货周期恰逢产能释放，是实现客户导入的重要契机。功率 半导体平均价值量低、在产品及系统效能中重要性高，下游客户通常不会轻易更换供应商，新进入者实现客户导入难度大。通过复盘过往 半导体景气周期，我们发现在缺货时期恰逢产能释放是实现客户导入 的重要契机，公司有望借机获得长期成长机遇。 4.1. 英飞凌市占率领先，行业格局相对分散 功率半导体市场以英飞凌为龙头厂商，整体市场份额相对分散。根据 IHS markit 的统计数据，2019 年功率半导体市场龙头厂商英飞凌市场份 额为 19%，其次为安森美公司，占 8%，之后各公司的市场份额均不超 过 6%，整体市场份额相对分散。 从横向角度看，2015年后市场集中度整体有所下降，行业集中度水平 CR10 下降 5.9%，CR5 下降 2.8%。根据 IHS markit 的统计数据，自 2009 年后，市场集中度整体处于上升趋势，行业整合增多，头部效应 不断加强，且 top1 厂商始终为英飞凌，所占份额不断增多，从 2009 年 的 11%增加到 2019 年的 19%；但是 2015年后，市场集中度整体有所下 降，市场份额相对分散。从长周期角度看，功率半导体行业集中度水 平 CR1将维持在 20%左右，CR5将维持在 40%左右，CR10将维持在 60%左右。 头部功率半导体厂商均为 IDM模式，行业格局较为稳定。根据 IHS markit 的统计数据，2009 年，功率半导体前五厂商分别为英飞凌、 Toshiba、Fairchild、Mitsubishi 和 STMicro；2019 年功率半导体前五厂 商分别为英飞凌、ON Semi、STMicro、Mitsubishi 和 Toshiba。其中 Fairchild 在 2016 年被 ON Semi 收购，ON Semi从而代替 Fairchild 出现 在榜单上。总体来看，排除份额的变化，功率半导体前 5 厂商位序变动 不大。 从 2019年数据来看，功率半导体前十厂商基本为欧美日功率大厂，中 国厂商暂时处于弱势地位。从 2019 年的统计数据可以看出，英飞凌、 STMicro 为 欧洲 厂商 ，ONSemi、Vishay 和 ROHM 为美 国厂 商 ， Mitsubishi、Toshiba、Fuji Electric 和 Renesas 为日本厂商，Nexperia 本为 欧洲厂商，现已被闻泰科技收购。整体而言，中国功率半导体厂商暂 时处于弱势地位，市场份额较低。 4.2. 国内厂商快速发展，竞争实力不断强化 中国是最大的功率半导体需求国之一，占据全球功率半导体30%的需求。但国内功率半导体行业发展相对滞后。历经多年追赶，随着国内半导 体行业整体的崛起，功率半导体行业亦迎来新转机。新能源汽车、光 伏带来功率器件新应用场景，国产厂商有望抓住机遇，打破国外垄断 市场，实现部分功率半导体的国产替代，主要依据有三： 一、 技术研发层面，与国外厂商差距不断缩小。经过多年的积累， 国内厂商如士兰微、时代电气、斯达半导、比亚迪、华虹等厂商 已取得很大的技术进步，与海外巨头之前的技术差距正在缩小， 国产化进程正加速进行。 二、 客户服务层面，本土厂商有更强配套优势。国内新能源汽车、 光伏逆变器等新兴需求增速领先全球，是最大的市场之一，本土 厂商有望凭借更积极的响应和定制化的服务，实现份额的提升。 三、 供应链层面，疫情证明国内供应链实力。疫情在运输及生产 方面影响全球供给，而国内强大的疫情控制能力使得供应链得以 第一时间保障，证明了国内制造业供应链的实力。未来更多国内 的厂商愿意去尝试引入本土供应商，保障供应链安全。 因此，我们认为未来国内的功率半导体无论是二极管/晶闸管，还是 MOSFET，乃至难度更高的 IGBT，市场份额均有望显著提升，实现功 率半导体的国产替代。 4.2.1. 二极管/晶闸管 对于二极管和晶闸管而言，由于技术壁垒较低，国内厂商市占率较高： 1、 晶闸管国内厂商份额领先。在晶闸管的市场格局方面，根据 IHS Markit 和 WSTS 的统计数据，2019 年度瑞能半导体晶闸管产品的全 球市场占有率为 21.8%，全球排名第二，中国市场占有率达 36.2%， 国内排名第一。此外，根据捷捷微电披露，公司部分晶闸管产品占 据国内同类产品 50%左右份额，部分产品的技术参数媲美进口同类 产品。 2、 二极管市场较为分散，国内出口金额大于进口。二极管技术简单， 中国大陆厂商凭借低成本及政府的大力扶持快速崛起。从今年来的 进、出口金额来看，二极管国产替代率较高，并远销海外。 4.2.2. MOSFET 中国占全球 MOSFET 需求 38%，国内厂商份额较低。就 MOSFET 竞争格局而言，英飞凌为分立 MOSFET 全球龙头厂商，市场份额占 24.6%，中国厂商主要有 Nexperia 和华润微（China Resources）， 分别占 4%和 3%的市场份额。我们将从国内厂商 MOSFET产品下游覆盖的广度以及技术深度两个角 度出发，探讨国产 MOSFET供应链竞争力： 1、通过 MOSFET电压等级来看产品覆盖广度。从下游应用来看，不 同电压等级对应不同应用场景。其中，低压 MOSFET 应用十分广 泛，2021 年�**肽晔芤嬗谙训缱拥耐⑿枨螅脱� MOSFET 出 货快速增长，有望达到 36 亿美金。此外，中电压和高电压的 MOSFET 主要被应用于电网、汽车、基站以及工控中，市场需求亦稳步增长。 国内 MOSFET产品覆盖大多数电压等级，市场覆盖范围广。通过梳理 国内主要上市公司 MOSFET 的主要电压等级（包括 P型和 N型沟道）， 我们发现国内公司产品覆盖广度已经可满足大部分的下游应用需求。其中从电压范围 来看，华润微 、士兰微、新洁 能、捷捷微电 的MOSFET 产品覆盖面较广。 2、从器件结构来国内厂商技术进步。 目前国内厂商大部分已掌握超结及沟槽 MOSFET工艺。目前来看，国 内厂商华润微、士兰微等厂商均已掌握平面、沟槽及超结 MOSFET 产 品的设计、生产能力，在器件结构技术方面已和国外厂商并驾齐驱， 技术实力有望不断提升。 技术进步叠加产品线逐渐丰富，大陆 MOSFET 厂商有望崛起。从 MOSFET 产品种类 来看，新洁 能 MOSFET 产品种类已经达到 1300 种以上，虽然与英飞凌（超 2500 种 MOSFET 产品）尚有一定差距，但亦能说明国内 MOSFET 厂商已形成了丰富的产品结构，可为下游应用领域提供综合解决方案。随着技术 的不断突破，对于中高端的 MOSFET 市场而言，下游客户对器件性能 及客户匹配的重视程度要高于低端 MOSFET，国内厂商有望凭借技术 突破及本土化优势实现客户的快速导入。 4.2.3. IGBT 就 IGBT竞争格局而言，在分立 IGBT方面，全球龙头供应商为英飞凌， 市场份额占 32.5%，中国厂商士兰微进入前十，市场份额占 2.2%；在 IPM方面（下游主要是消费和工业），全球龙头供应商为三菱电机， 市场份额占 37%，中国厂商士兰微再次进入前十，市场份额占1%（在 IPM领域份额较高）。 在 IGBT模组方面，英飞凌为全球绝对龙头，市场份额占35.6%，中国厂商斯达排名第八，市场份额 2.4%。中国厂商进入 IGBT 行业较晚， 但是通过研发交流，产业链协作，中国厂商目前已经研发出第六代 FSTrench IGBT，并在第七代 RC IGBT 上具备相应的技术储备，同时随着 政府对中国 IGBT 企业的政策支持，叠加中国下游市场对产品的大量需 求，中国企业有望实现大规模的国产替代，后来居上与国际巨头正面 竞争。 我们同样从国内厂商 IGBT产品下游覆盖的广度以及技术能力两个角度 出发，探讨国产 IGBT供应链竞争力： 1、覆盖广度来看：国内厂商 IGBT产品电压范围内覆盖主要应用。车规级 IGBT 模块和分立器件电压范围主要涵盖 750 V-1400 V，工业应用 IGBT 模块电压范围往往在 1200 V以上。国内 厂商的产品电压规格目前大部分已经涵盖 500-1400 V，卡位下游最主要 的车规及工业分立器件应用，成长性较高。此外，斯达半导等公司的 产品电压范围已经覆盖 3300 V 以上，在高端工业应用等领域具备较强 竞争力。 2、电学参数来看：部分国内车规级 IGBT模块性能已与国外厂商相当。英飞凌是 IGBT 模块的主流厂商，尤其是在电动汽车领域，其 Hybrid PACK 产品客户覆盖宝马新能源以及国内的精进电机、上海电驱动、汇 川等供应商。此外英飞凌还推出可用于重型卡车、客车的 Econodual、 Prime PACK系列模块，产品技术领先且应用广泛。通过与英飞凌 Econodual 1200 V/600 A电 动汽车 IGBT 模块的关键参数对比，可发现其电学性能与国外产品相当， 部分性能如饱和压降 VCE(sat)等相较于国外产品性能更加优异。 3、模块散热来看：目前国内厂商在直接液冷方案已实现突破。尽管双面冷却更为先进，但我们预计单面液冷仍在一段时间是下游电动车模 块的主要散热方案。此外，对于双面冷却模块方案（主要用于高端 新能源车型如雷克萨斯等），国内厂商也在加速突破。随着国内 IGBT 厂商已突破下游应用较为广泛的直接液冷方案，以及在双面冷却封装 领域的持续研发投入，IGBT 模块封装能力在电动车等下游新兴领域已 经有了较高竞争力。 技术进步叠加下游需求放量，国内 IGBT厂商有望崛起。通过上文对国 内厂商 IGBT 产品的梳理，在器件电压覆盖范围及技术指标均满足电动 车等新兴下游领域的需求。 国内厂商在车规 IGBT领域渗透率有望持续提升。根据斯达半导的招股书披露，随着 IGBT 电学性能的不断 提升，公司 IGBT 模块已进入到汇川、上海电驱动等国产电驱动供应商。此外，在中低端 IGBT 领域，如家电 IPM、 工业单管及模块等应用中，国内厂商有望通过性价比优势实现份额的稳步增长。 4.3. 缺货加速国产替代，国内厂商获得良机 4.3.1. 终端需求不断释放，功率器件缺货持续 终端需求不断上涨，8寸产品缺货涨价成共识。2020年以来终端需求不 断上涨的关键原因主要分为三个：①5G 商用需求量价齐升，带动原材 料硅含量增加以及功率管理应用成长；②年初“防疫停工”导致晶圆 产能被拖后 2-3 月，同时“宅经济”需求畅旺，带动平板等消费电子的 需求上升；③“华为禁令”、“中芯遭禁”的国际贸易摩擦加重市场担 忧带动囤货。另外，智能手机发布会的追单效应、车用芯片订单的大 幅释放，都加剧了 8寸产能的紧缺，2021 年 8寸产品缺货涨价几乎成市 场共识。 功率器件主要依赖于 8寸产线，受影响程度严重。虽然12英寸晶圆厂 已经逐渐成为主流，但是 8 英寸晶圆更加适配功率器件。首先，8 英寸 晶圆具备更加成熟的特色工艺，而功率器件对特种工艺的要求较高；其次，8 英寸晶圆产线相对于 12 英寸晶圆产线具有成本优势，大多数 8 英寸设备已经完成折旧，剩余折旧额较低，在市场产能紧缺及涨价效 应下，更具经济效益。因而在 8 寸线产品供不应求的形势下，功率器件 受影响程度同样严重。 功率器件产能吃紧，各类供应商纷纷加入涨价浪潮。2021 年 Q3新一轮已 调价产品涵盖了 IPM、IGBT、二极管、LED 驱动芯片等产品类别，涉 及 LED 照明、家电、汽车等细分市场。 国内主要功率器件供应商仍然是 Infineon、ON Semi、STMicro等国际大 厂。根据 IHS 的统计，就 MOSFET 市场而言，英飞凌、安森美、东芝、 ST 以及瑞萨合计占据了国内市场的主要份额，国际大厂供应不足，必 然导致当下国内功率器件需求的进一步紧缺。 4.3.2. 复盘历史缺货周期，国产替代有望加速 行业缺货是国内功率半导体厂商完成客户导入，实现快速发展的重要 契机。因 此，对于国内功率半导体企业而言，下游需求放量或者上游供给短缺 导致的产品缺货阶段，是其实现客户导入的重要窗口期。复盘过往两 次功率半导体的景气周期（2009-2011,2016-2018）可以发现，当行业缺 货时，若恰逢细分产品技术成熟及产能释放，国内厂商有望获得重要 发展机遇。 1、2009-2011 年的功率景气周期。2008 年经济危机使得各大厂商缩减 制造产能，随着 2009 年年末全球经济复苏，市场对功率器件的需求大 幅上升，导致功率器件开始供不应求。根据 Vishay 披露的二极管 book to bill数据，2010 年第一季度 book to bill达到了 1.63。随着供给的不断 释放，功率行业景气度随后开始逐渐下滑。 士兰微功率 MOSFET、二极管等产品出货提升。在缺货的背景下，国 内厂商如士兰微凭借其产能不断释放（2010 年扩产后的士兰集成产能 达到 12.5 万片每月，2011 年达到 15.8 万片每月）以及技术的发展 （2009 年开始具备高压 VDMOS 和低压 VDMOS 等产品量产能力），实 现了在 MOSFET 以及二极管等产品领域的出货提升。2010 年全年公司 分立器件业务营收达到了 5.13 亿，同比增长 60%以上。 2、2016-2018年的功率景气周期。2016年末美国二极管和三极管制造商Diodes密苏里州工厂KFAB因火灾停工（后于2017年Q3正式关闭），导致供给下滑。同时由于指纹识别芯片、CIS芯片占用了大量的8寸产能，导致全球功率半导体供给雪上加霜。2016年末起，功率半导体器件行情回暖，部分MOSFET、二极管、晶闸管交期出现延长。2017年，随长电科技大涨MOSFET价格，台厂富鼎、尼克森的供货商开始全面涨价，铸就2016-2018两年的功率半导体景气周期。最终，2018年Q3，台厂商营收到达高点，随后开始逐月回落，景气度逐渐下滑。 士兰微IPM产品受益缺货实现客户导入。士兰微自2007年发力高压驱动电路HVIC设计，2010年进军高压功率模块IPM封装。2012年起，公司IPM产品开始在白电工业领域推广。在2016-2018年功率半导体缺货的背景下，士兰微IPM在国内白电客户中持续取得突破（其8寸产线亦在2017年开始贡献产能，年末实现1.5万片月产能），完成了客户导入并取得在国内厂商中的先发优势，其白电核心客户目前已经包括海信、海尔、长虹、美的、格力等知名厂商。2020年，士兰微在白电客户IPM的出货量超过1800万颗（2016年IPM出货数仅为100万颗左右），实现了爆发式的增长。 本次缺货亦将成为国内功率半导体厂商发展的重要机遇，无论IDM还是 Fabless 都有机会，理由有二： 1、大陆功率产能恰在本轮缺货周期中释放，功率半导体厂商产品供给 较为充沛。其中英飞凌、意法半导体以及国内的华虹 （代工厂）、士兰微将领先增长，合计将增加 70万片/月等效 8寸产能。 国内功率半导体代工产能在缺货周期不断释放。IDM厂商士兰微12寸特色工艺产线于2020年年末投产，21年底产能有望达到3.5万片/月，2022年有望爬坡至6万片/月。华虹无锡12寸代工产能自2019年Q3投产后持续释放，预期2021年底会达到6.5万片/月的产能，且目前已经具备量产IGBT能力。中芯绍兴8寸产能自2019年年末量产后，2021年8月月产能已爬坡至7万片/月。此外，IDM厂商华润微规划3万片/月的12寸产线亦预计在2022年实现产能贡献。在本轮缺货周期中，国内功率新增产能占全球比重较高。因此，在本轮景气周期中，国内厂商代工供给较为充沛，新客户的导入预计将较为顺利。 2、国内功率半导体产品力持续升级，有望在中高端市场快速渗透。与上两轮周期比，当下国内功率半导体厂商已具备更高的产品力，有望向中高端市场快速渗透，相关公司有望获得长期持续成长。IPM来看，如士兰微在IPM领域优势明显，恰逢其12寸线产能释放，有望在缺货周期进一步提升IPM市场份额。车规IGBT来看，斯达半导IGBT产品已经进入到国内新能源汽车tier1中，随华虹12寸产能不断爬坡、释放，IGBT模块在国内新能源车型中份额或将显著提升。光伏IGBT来看，根据宏微科技披露，其光伏产品亦在逐步放量。（报告来源：未来智库） 前文论述过关于功率半导体的国产替代问题，而碳化硅产业仍处于起 步阶段，国内、外厂商有望同台竞技。 5.1. 碳化硅材料高性能，市场快速持续增长 5.1.1. 碳化硅性能较优异，下游需求快速扩张 区别于传统硅基衬底，碳化硅半导体材料具有耐高压、耐高温、低损 耗等优良性质。相比于传统单晶硅，碳化硅的击穿电压约为硅基材料 的 10 倍（更高的击穿电压有利于器件承受高压）。此外，碳化硅具备热 导率是硅材料的 2-3 倍，使得碳化硅散热更加迅速，有助于提高器件功 率密度，在相同电流下，设备尺寸可以做得更小。同时，碳化硅材料 具有相比于硅约 2 倍的饱和电子漂移速率、3 倍的禁带宽度，使得碳化 硅导通电阻率更低、功率损耗更小。另外，碳化硅器件在关断过程中 不存在电流拖尾现象，可以大幅提高实际应用的开关频率，降低开关 损耗。 根据电阻率不同，碳化硅衬底可以分为导电型和半绝缘型两类，分别 外延 SiC 和 GaN后，适用于不同的场景，下游需求正持续扩张。 1）导电型衬底电阻率在 15-30 mΩ·cm，主要适用于耐高温、耐高压的 功率器件。通过化学气相沉淀生长碳化硅外延层后，可制得碳化硅基 碳化硅外延片（SiC-on-SiC），进一步可制成肖特基二极管、MOSFET、 IGBT 等，应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空 航天等领域。根据 Yole 数据，2020 年 SiC 电子电力市场规模约 5.4亿美 元，到 2025 年这一规模有望超过 25 亿美金。 2）半绝缘型衬底电阻率约在 105Ω·cm以上，外延生长 GaN材料，形成 碳化硅基氮化镓外延片（GaN-on-SiC），主要应用于微波射频领域，在 5G 驱动的通讯变革中，GaN 外延片需求有望得到提升。2020 年底， GaN 电子电力市场约 1.51 亿美元，预计 2025 年将超过 6.8 亿美元。 5.1.2. 技术资金壁垒限制，目前供需仍存缺口 因此，尽管碳化硅材料性质优异，但受到技术、资金双重壁垒限制， 当前碳化硅衬底供需仍存缺口。 1）技术：熔点高、硬度强、晶体结构复杂造成碳化硅制备工艺难。碳化硅衬底制备采用物理气相传输法（PVT），区别于传统单晶 1600 ℃的 生长环境，碳化硅生长温度需高达 2000 ℃、压强近 350 MPa，以使其 升华，这对长晶炉、热场等设备都提出了更高的要求。此外，碳化硅 硬度强，是仅次于金刚石硬度的材料，为消除表面的损伤，后续切片、 打磨、抛光的材料要求比传统工艺更加苛刻。碳化硅本身晶形多样， 有超过 200 种近似的晶形，但只有零缺陷、全为 4H 晶形的衬底才算制 备成功，而为达到这一目的，则需要更精确的材料配比、温度控制， 以及丰富的经验积累。 2）资金：投资门槛不高但回报期长。对于衬底而言，厂商需要对设备进行较为复杂的工艺调试从而提升良率，耗时较大。对于器件而言，碳化硅器件与传统硅工艺有一定差异，部分工艺需要高温处理（离子注入和退火）。国内部分碳化硅产线采用旧6寸硅生产线搭配部分专用设备，尽管初始投资规模不大，但需要对制造工艺进行长期打磨和调试。为在技术上取得突破，行业新进入者需要长期持续的资本投入，导致器件出货价也较高。但随着工艺不断成熟，单位成本降低，碳化硅半导体价格逐渐下降，有望部分替代IGBT，同时持续带动需求放量，反过来进一步助推制造商形成规模效应、降低成本，实现良性循环。 国内供需仍存缺口，有效产能不足。我国2020年碳化硅导电型衬底产能约40万片/年（约当4英寸）、外延片折合6英寸22万片/年、器件26万片/年；半绝缘型衬底折算4英寸产能近18万片/年。随着新能源汽车、5G等下游应用市场的快速起量，国内现有产品供给无法满足需求，目前第三代半导体主要环节国产化率仍然较低，超过80%的产品要靠进口。 5.2. 国内厂商发力布局，行业格局尚未固化 5.2.1. 市场份额美日领先，国内技术不断发展 当前碳化硅市场呈现美国一家独大，日本、欧洲紧随其后的格局，国 内厂商正在加速追赶，有望实现弯道超车，在全球市场占据一定份额。 1）从衬底来看，美、日厂商占据市场主要份额。美国CREE、II-VI和 日本 ROHM 旗下子公司 SiCrystal已成功研制并规模化生产 4 英寸、6英寸衬底，2019 年 CREE 和 II-VI 同时宣布 8 英寸产线建设计划，预计 2022 年有望实现量产。国内厂商中，山东天岳在 2019 年开始建设 6 英 寸产线；天科合达在 2014 年成功研制 6 英寸产线，现已实现小批量生 产，于 2020 年成为国内首家启动研发 8 英寸衬底的厂商。 国内衬底厂商虽在产品规格和技术成熟度上有差距，但存在较大追赶可能。国内厂商目前虽无法规模化生产高质量、大规模的6英寸的碳化硅晶片，但是在高质量的4英寸晶片方面，天科合达等中国厂商有足够的竞争能力。目前国产SiC衬底已经实现微管密度小于1个/cm2，衬底面积95%可用，位错约在103/cm2；虽然在单晶一致性、成品率方面与国际先进水平仍有差距，但未来可期。 2）从器件来看，相比器件设计，制造附加值更高。 市场和技术主要掌握在英飞凌、ROHM、CREE和意法半导体等国际龙头手中。2020年，国际上共有10余家公司推出211款SiC MOSFET系列产品。CREE推出第三代SiCMOSFET，击穿电压650V，导通电阻降低至15mΩ，开关损耗降低20%；ROHM推出1200V第四代SiC MOSFET。此外，国际厂商CREE、ROHM和英飞凌均已推出车规级SiC MOSFET，比国内产品元胞尺寸更小、导通电阻更低、阈值电压更高。 国内厂商积极研发布局碳化硅器件项目。现在已经商业化的SiC产品主要集中在650V-1700V电压等级，主要产品为二极管和晶体管，3000V以上电压及SiC IGBT尚在研发当中。国内厂商如泰科天润已发布3300V/0.6A-50 ASiC二极管系列产品；三安集成、基本半导体等公司已实现650V、1200V、1700VSiC MOSFET的小规模量产；功率模块方面，国内上市企业士兰微、斯达半导等公司积极布局，目前比亚迪汉已经成功搭载了自主研发的SiC MOSFET控制模块。国内市场已经初步实现低端产品的国产替代化，高端产品依然依赖进口。 3）资金来看，国内第三代半导体投资力度高企，力争追赶国际厂商。根据CASAResearch披露，2018年至今，国内厂商始终加强布局第三代半导体产业，2020年一共有24笔投资扩产项目（2019年17笔），增产投资金额超过694亿元，同比增长161%，其中SiC领域共17笔、投资550亿元，GaN领域共7比、涉及资金144亿元。 根据CASA数据，2020年我国电力电子和射频电子总产值超过100亿元，同比增长了69.5%。其中，SiC、GaN两种材料的电力电子产值合计达44.7亿元，同增54%。其中，衬底材料2.2亿元，外延及芯片5亿元，器件及模组约7.2亿元，装置约30亿元。 报告来源：未来智库