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本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 1 Table_Title 电子行业功率器件深度报告 功率的进击 国产 器件 厂商 的崛起之路 2022 年 05 月 15 日 Table_Summary 全球功率器件行业景气度居高不下，产品仍在快速升级，国产替代酝酿机遇。受益于全球能源变革带动新能源汽车、光伏、风电等下游应用领域需求的快速提升全球功率半导体持续维持高景气度。从 1Q22 情况来看，海外龙头厂商诸如英飞凌、意法半导体等相继发布涨价函，英飞凌功率器件交货周期最高攀升至 65 周，达到2020 年以来最高水平，行业景气度有望持续。当前国内功率器件国产化率仍处于较低水平， 2021 年国内主要功率器件上市公司营收占国内总市场比重仅 22%，当前仍有较大国产替代空间。而目前功率器件正在持续进行产品的升级迭代， IGBT、 SiC等高端器件国产化率更低，空间增长更快，具备更好的国产替代机遇 。 至 2025 年国内 IGBT 市场空间有望达到 583 亿元，国内厂商快速追赶海外龙头。 IGBT 在功率器件的市场空间仅次于 MOSFET，且增长最快，国产化率较低，国内外厂商差距正在快速缩小，因此具备极佳的产业前景。据我们测算至 2025 年国内 IGBT 市场空间 有望 达到 583 亿元，其中新能源车、风 /光 /储能、工控、家电领域的市场空间分别为 231 亿元、 197 亿元、 66 亿元和 66 亿元，新能源 有望 成为 IGBT下游应用领域中占比最大，增长最快的行业。同时新能源车、光伏、风电等领域由于对 IGBT 产品要求较高的功率、稳定性等，毛利 率相较工控和家电领域更高，已成为功率器件厂商的“必争之地”。国内厂商进展来看，当前时代电气、斯达半导、士兰微等厂商 IGBT 产品已能够对标英飞凌第七代产品；时代电气、斯达半导、 BYD 半导、士兰微、宏微科技等厂商 IGBT 产品已在新能源车用领域实现量产；头部厂商在光伏、风电领域亦实现批量出货，预计未来业绩有望实现快速增长。 重视国内 厂商 的产品品类 高端化 ，产品下游应用领域优化以及晶圆产线 向大尺寸的 升级节奏。 行业景气之外，当前国内厂商正在经历几大内部的重要变化： 1）产品品类高端化： MOS 领域，诸如新洁能等厂商的超结和 屏蔽栅 MOS 器件营收占比快速提升； IGBT 和 SiC 方面，当前国内闻泰科技、时代电气、士兰微等厂商均在不断推进产品开发和升级节奏，高端产品性能已能够对标海外龙头。 2）下游应用架构优化：当前功率器件需求增长最快的来源为新能源汽车、光伏、风电等，同时由于这些领域较高的性能、稳定性要求，竞争格局相对较好，行业缺货情况显著，目前国内功率器件领先厂商在新能源应用的占比不断提升，新能源占比的提升也 有望 反向推动厂商的营收增速和毛利率加快增长。 3）晶圆产线向大尺寸升级：相较于 6 英寸和8 英寸， 12 英寸产线具备更低的成本，更优质 的工艺和更好的产品性能，当前国内闻泰科技、士兰微、华润微等厂商纷纷布局 12 英寸产能，其他厂商也正在加快基于12 英寸平台的功率器件产品开发节奏，晶圆产线升级 有望 进一步推动厂商成本优化，产品性能改良。 投资建议： 当前功率器件行业景气度维持高位，主要公司业绩快速增长，产品升级和下游结构优化的过程中，功率器件厂商的成长天花板正在不断打开。估值来看，功率赛道经过调整后已进入攻守兼备的位置，当前可重点关注功率赛道的投资机会。建议关注：士兰微、时代电气、斯达半导、闻泰科技、新洁能、东微半导、扬杰科技等优质国产功率器件厂商 。 风险提示： 下游需求增速放缓的风险；产能扩张节奏不及预期风险；行业竞争格局恶化的风险。 Table_Invest 推荐 维持评级 Table_Author 分析师： 方竞 执业证号： S0100521120004 电话： 15618995441 邮箱： 研究助理： 童秋涛 执业证号： S0100122010028 电话： 13127514626 邮箱： Table_docReport 相关研究 1.汽车电子 4 月跟踪：复工复产有序推进，展望新车发布潮 2.电子行业 2021 年报及 2022Q1 季报总结：不畏浮云，寻找穿越周期的力量 3.电子板块 2022 年一季度基金持仓分析：深度回调 +持仓下降，电子板块底部特征明显 4.EDA 深度报告：半导体赋能基石，国产突围势在必行 5.电子行业周报 20220417：不畏浮云，坚守成长 行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 2 目 录 1 景气度居高不下，国产替代和产品迭代酝酿机遇 . 3 1.1 全球功率器件景气度维持高位 . 3 1.2 IGBT 和 SiC 器件前景明朗 . 6 2 IGBT 市场空间测算及国内厂商进展分析 . 13 2.1 IGBT 需求迎来快速增长期，新能源车是主要驱动力 . 13 2.2 新能源车成为 IGBT 需求增长的最大来源 . 13 2.3 风、光、储能是 IGBT 增长的重要动力 . 19 2.4 工控和家电是 IGBT 需求的稳定来源 . 23 3 关注国内厂商的品类切换、结构优化、产线升级节奏 . 28 3.1 产品品类升级，高端产品对标海外龙头厂商 . 28 3.2 下游市场切换，新能源收入占比快速提升 . 29 3.3 晶圆产线持续升级，功率产品价格更优、性能更良 . 30 4 投资建议 . 32 5 风险提示 . 33 插图目录 . 34 表格目录 . 34 行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 3 1 景气度居高不下，国产替代和产品迭代酝酿 机遇 1.1 全球功率器件景气度维持高位 1.1.1 功率半导体下游应用广泛，能源变革 驱动需求快速增长 功率半导体 作为电能转换、电路控制的核心部件，广泛应用于汽车、消费电子、计算机、网络通信、工控等场景，其中汽车在下游需求的占比中最高，达到 35.4%。 2020 年以来，全球范围内新能源汽车、光伏、风电应用领域的下游需求激增，带动功率半导体行业 进入景气期 。 全球新能源渗透率的持续增长 有望 带动功率 器件 行业景气度维持高位。 据中国汽车工业协会数据，至 2027 年中国和全球的新能源汽车出货量 有望 分别达到 1970 万辆和 539 万辆，相比2021 年 CAGR 增速分别达到 30%和 22%；新能源发电领域， Woodmac 预计至 2025 年全球光伏和风电装机量 有望 分别达到 146GW 和 86GW。作为功率器件应用的重要下游 ，全球新能源渗透率的快速提升 有望 持续带动功率器件下游需求，全行业景气度有望维 持高位。 图 1： 2019 年全球功率半导体下游需求占比 （ %） 资料来源： 智研咨询 ， 民生证券研究院 图 2： 2020-2027 年全球新能源汽车出货量（万辆） 图 3： 2020-2025 年全球光伏和风电新增装机量（ GW） 资料来源 ： 中国汽车工业协会 ， 民生证券研究院 资料来源： Woodmac， 民生证券研究院 35.40%13.20%26.80%24.60%汽车消费电子工业其他0%20%40%60%80%100%120%140%05001000150020002500全球 中国 全球 YoY 中国 YoY-20%0%20%40%0204060801001201401602019 2020 2021 2022E2023E2024E2025E光伏 风电 光伏 YoY 风电 YoY行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 4 1.1.2 交货周期持续拉长，行业景气度居高不下 2022 年一季度海外主流功率 器件 厂商 交货周期和价格均呈现上升态势。 货期方面，海外供应商几乎全品类货期均有上行，其中英飞凌最长货期已达到 65 周；价格方面，除个别品类外，主流器件价格均有上升趋势。我们认为，一季度的涨价及货期拉长主要原因包括下游需求持续旺盛、上游产能释放缓慢、全球海运价格上行、疫情持续以及上游原材料成本上升 等 ，货期及价格的上涨也预示着功率 器件 景气度仍然维持高位。 表 1：全球主要功率半导体器件厂商交货周期变化情况 厂商名称 器件名称 货期（周） 价格变化 1Q20 2Q20 3Q20 4Q20 1Q21 2Q21 3Q21 4Q21 1Q22 1Q22 英飞凌 IGBT 22-30 22-30 - 18-26 18-26 26-52 39-50 18-26 39-50 + 低压 Mosfet 15-30 15-30 - 15-30 16-39 26-52 39-52 15-30 52-65 + 高压 Mosfet 21-26 24-28 - 18-20 18-22 26-40 26-40 18-20 52-65 0 军用 -航空晶体管 - 20-35 - 20-40 20-40 30-50 30-50 20-40 25-50 0 宽带隙 Mosfet - - - 20-22 24-30 26-36 36-50 20-22 42-52 + 双学晶体管 /RETS - - - 10-16 10-16 12-40 12-52 - 12-52 + 通用晶体管 - 10-18 - 12-18 12-18 12-52 12-52 12-18 12-52 + 安森美 ESD 18-20 8-20 8-20 8-20 8-20 20-50 20-50 8-20 20-50 + 低压 Mosfet 13-20 13-20 8-16 14-24 18-30 26-52 42-52 14-24 42-52 + 高压 Mosfet - - - - - - - - 36-52 + 开关二极管 11-16 10-20 8-16 12-18 12-30 16-52 16-52 12-18 16-52 + 宽带隙 Mosfet - - 12-14 12-22 24-34 26-36 36-50 12-22 42-52 + 逻辑器件 12-25 12-25 12-16 30-50 30-50 30-50 30-50 30-50 30-50 0 齐纳二极管 11-17 10-20 8-16 12-40 12-40 16-52 16-52 12-40 16-52 + 双极晶体管 13-17 10-20 8-16 10-18 10-30 16-52 16-52 10-18 16-52 + 通用晶体管 11-17 10-20 8-12 10-18 10-30 16-52 16-52 10-18 20-52 + 小信号 MOSFET 13-21 10-20 10-20 12-20 12-30 16-52 16-52 12-20 16-52 + 肖特基二极管 11-16 10-20 8-16 12-18 12-30 16-52 16-52 12-18 16-52 + 整流器 10-20 12-20 12-20 12-39 12-39 14-52 8-52 12-39 40-52 + 意法半导体 ESD 20-24 20-24 13-20 13-20 13-20 13-29 20-40 13-20 20-40 + IGBT 17-25 16-20 14-18 18-24 18-24 30-36 36-42 18-24 47-52 + TVS 二极管 13 18-20 14-16 14-20 14-20 14-20 30-40 14-20 30-40 + 低压 Mosfet 17-30 24-30 14-26 18-26 18-26 30-52 42-52 18-26 48-52 + 高压 Mosfet 19-24 18-30 12-18 14-18 14-26 22-30 26-36 14-18 47-52 + 晶闸管 /Triac 22-26 22-26 16-20 16-20 16-20 40-50 40-50 16-20 40-50 0 宽带隙 Mosfet - - 26-30 26-39 30-39 30-39 42-52 26-39 42-52 + 双极晶体管 13-19 10-20 10-20 12-20 12-30 20-40 20-40 12-20 20-40 + 整流器 15-20 10-12 10-16 10-26 10-26 38-40 38-40 10-26 48-50 + 资料来源： 富昌电子， 民生证券研究院 注：价格变化中，“ +”代表环比涨价，“ 0”代表环比持平；“ -”代表环比降价 行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 5 全球 功率 器件 厂商的营收的高增长和毛利率的持续攀升亦能反应行业景气度的居高不下。 从行业增速来看 ： 受益下游需求的高景气， 1Q20 以来国际和国内的主要 厂商 营收均呈现快速上升的态势，虽然 2Q21 以来由于基数较高、产能不足等问题，行业 厂商 营收增长速度有所放缓，但行业总体增速仍维持高位， 4Q21 全球和国内主要功率 器件主要 厂商 的营收增速分别达到40.00%和 38.06%。 从行业毛利率水平来看： 全球功率器件厂商自 2020 年以来持续攀升， 显示出 行业供需失衡的状态仍在持续。 尽管 2020 年以来全球厂商 纷纷 扩产，但半导体新增产能的开出通常需要 3-5年的时间，当前全球和国内功率 器件 主要 厂商 的平均毛利率分别达到 40.00%和 39.74%，为2014 年以来的最高水平，预示行业供给相对不足和高景气的情况有望 持续。 图 4： 功率半导体全球及国内营收增速和毛利率情况（ %） 资料来源： Wind，民生证券研究院 注：主要测算公司包括：英飞凌、安森美、士兰微、华润微、斯达半导、扬杰科技 1.1.3 功率 器件 面临国产化窗口，当前国产化率仍有较大空间 国内功率半导体市场国产化率不足 30%，国内厂商仍有较大成长空间。 据 Omida， 2021年全球和中国功率半导体市场空间分别为 462 亿美元和 182 亿美元，至 2025 年，全球和中国市场空间 有望 分别达到 548 亿美元和 195 亿美元，相比 2021 年复合增速分别 有望 达到 5.92%和 4.55%。 当前国内功率器件仍主要依赖进口，据我们测算，国内功率器件主要上市公司 2021年相关收入占当前国内功率器件市场份额为 22.08%，相比 2020 年提升 7.81pct，但当前国产替代仍有较大空间。 且国内厂商主要以二极管、晶闸管等技术壁垒相对较低的品类为主，在大功率 MOSFET、 IGBT 等领域的国产化率更低。 我们认为，当前全球大功率 器件 需求快速上升，全球供给相对不足，而国产厂商技术快速跟进，客户认可度持续提升，当前时点是功率 器件 国产替代的重要窗口期，国产厂商未来有望在大功率 MOSFET、 IGBT、 SiC 等器件获得更高的国产化率。 -10%10%30%50%-20%0%20%40%60%80%100%2014Q12014Q22014Q32014Q42015Q12015Q22015Q32015Q42016Q12016Q22016Q32016Q42017Q12017Q22017Q32017Q42018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q32019Q42020Q12020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q4全球营收增速（ %） 国内营收增速（ %） 全球毛利率（ %）右轴 国内毛利率（ %）右轴行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 6 图 5： 2018-2024 年全球和中国功率半导体市场规模及预测（亿美元） 图 6： 2016-2021 年中国功率器件市场空间及国产化率（亿元， %） 资料来源 ： Omdia， 民生证券研究院 资料来源： IHS Markit，公司公告 注： 国产化率计算过程所用美元人民币汇率为 6.5； 华润微、 BYD 半导、宏微科技、苏州固锝 2021 年功率器件收入为民生证券预测数据 1.2 IGBT 和 SiC 器件 前景 明朗 1.2.1 IGBT 和 大功率 MOSFET 是功率 器件 增长的主要驱动力 类别来看，功率半导体可以粗分为功率 IC 和功率器件两大类别。 其中，功率器件主要 包括二极管、晶闸管和晶体管，功率 IC 又包括电源管理 IC 和驱动 IC 等。二极管和晶闸管出现的时间相对较早，总体结构和生产工艺较为简单，目前需求增长较快的 IGBT、 MOSFET 等属于晶体管系列，当前正处于下游景气度高企和国产替代的关键时期。 从功能来看， 功率器件主要用于电能变换和电能控制电路，主要功能为逆变、整流、变压和变频 ；而 功率 IC 则由于进一步封装了驱动、控制、保护、接口、监测等外围电路，从而具有 电源管理、驱动电路、电能变换和控制等 功能。 图 7：功率半导体类别梳理 图 8： 功率器件和功率 IC 的主要功能 资料来源： 新洁能 ，民生证券研究院 资料来源： 新洁能 ，民生证券研究院 -6%-4%-2%0%2%4%6%8%01002003004005006002018 2019 2020 2021 2022E 2023E 2024E全球 中国 全球 YoY 中国 YoY0%5%10%15%20%25%0501001502002502016 2017 2018 2019 2020 2021士兰微 时代电气 斯达半导 华润微BYD半导 扬杰科技 新洁能 捷捷微电东微半导 宏微科技 苏州固锝 银河微电国产化率行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 7 功率器件按照开关控制能力可分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件。 1）二极管： 二极管中商业化较为成功的器件包括 PiN 功率二极管和肖特基势垒功率二极管，其中， PiN 功率二极管具备耐高压、低泄漏电流和低导通损耗等特点，但开关速度较慢；而肖特基势垒功率二极管则具备较高的开关频率、但有较大的泄露电流、较低的击穿电压和较差的高温特性，二者呈现互补关系。当前市场正在通过工艺改进及材料替换来开发具有更优的高压、高频特新的二极管。 2）晶闸管： 晶闸管是一种半控型功率器件，早期由于其较高的电压和应用电流，被广泛应用率高功率场景，而新型功率 MOS，尤其是 IGBT 的出现则在一定程度上替代了晶闸管的应用。 3） BJT： 双极结型晶体管是结构相对简单的功率器件，其在功率和频率上的表现都不突出，但由于其工艺成熟、成本较低等优点，仍在低端功率应用场景中具备一定的份额。 4） IGBT： IGBT 的出现大大拓宽了硅基功率半导体的工作电压范围，其最高工作电压达到6500V，同时具备功率 MOS 相对合适的工作频率，在电动车、轨道交通、电网、光伏和风电等领域具有广泛的应用。 5） MOSFET： 功率 MOS 可以进一步细分为平面型 MOSFET、沟槽型 MOSFET、超结MOSFET、屏蔽栅 MOSFET，分别具有不同的功率和频率特性，应用场景较为广泛。 表 2： 不同类型功率半导体性能 控制能力 产品类型 出现时间 技术路线 优点 缺点 现状 不可控型器件 二极管 1950s PiN 功率二极管 耐高压、大电流、低泄露电流、低导通损耗 关断速度慢 - 肖特基势垒功率二极管 开关频率高 泄露电流大，击穿电压低（通常用于 250V 以下），高温特性差 - 半控型器件 晶闸管 1960s - 相对较高的应用电压和电流 大损耗、低频率、不易驱动 逐渐被新一代功率MOS 和 IGBT 替代 全控型器件 BJT 1950s - 工艺成熟、成本低、良率高 频率较低、电压较低、热容量小、不以驱动 在低端应用中仍有一定份额 平面型MOSFET 1970s - 易于驱动，工作频率高 芯片面积较大，损耗较高 - 沟槽型MOSFET 1980s - 高频、热稳定性好、损耗低 耐压低 - IGBT 1980s - 低损耗、耐高压（ 600V6500V）、相对高频、易于驱动 频率较低 主要应用于高压、大电流场景 超结MOSFET 1990s - 高频、低损耗、耐压较高（ 500V900V） - - 屏蔽栅MOSFET 2000s - 高频、低损耗、耐压中等（ 30V300V） - 高端电源管理、电机驱动、汽车电子领域 资料来源： 中国半导体行业协会，新洁能 , 民生证券研究院 IGBT 和功率 MOS 有望 成为全球功率器件市场的主要增长来源。 根据英飞凌、 Omedia 等机构的数据， 2020 年全球功率半导体市场规模达到 452 亿美元，其中功率 IC 市场规模为 243亿美元，功率器件市场规模为 209 亿美元。功率器件中，二极管、晶闸管、 BJT、功率 MOS 和IGBT 的市场规模分别为 38.7 亿美元、 4.7 亿美元、 18.1 亿美元、 81 亿美元和 66.5 亿美元。其行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 8 中二极管和晶闸管市场规模 总体较为平稳 ，而 受益于新能源汽车、光伏、风电、电网建设等下游需求的持续增长， IGBT 和 大 功率 MOSFET 的市场空间 仍保持快速上升的态势 ，其中 IGBT 在2021 年 -2023 年全球市场空间的复合增速 有望 达到 7.48%。 图 9： 2020 年全球功率半导体细分品类市场空间梳理 资料来源： 英飞凌， Omdia， IHS Markit， 民生证券研究院 注：其中 IGBT 和 MOSFET 市场空间数据来自英飞凌 年报 图 10： 2017-2023 年全球二极管、晶闸管、 MOSFET、 IGBT 市场空间及预测（亿美元， %） 资料来源： Yole， IHS Markit， 民生证券研究院 1.2.2 IGBT 应用步入成熟期，国产替代空间广阔 IGBT 全称为绝缘栅极晶体管，可以被认为是 MOSFET 和 BJT（双极型三极管）组成的混合型器件， 具有 MOSFET 的高输入阻抗，同时兼具晶闸管等双极型器件的低导通压降，以及具有相对合适的工作频率。 从应用场景来划分， 开关频率大于 20kHz 的应用场景主要采用 MOSFET，电压等级大于 1200V 以上的高压场景主要采用 IGBT，在介于两者之间的场景，主要根据应用的-20%0%20%0204060801001201401601802002202017 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E二极管 晶闸管 MOSFET IGBT二极管 YoY 晶闸管 YoY MOSFET YoY IGBT YoY行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 9 需求采用 MOSFET 或 IGBT 的解决方案。 图 11： MOSFET 和 IGBT 内部结构对比 图 12： MOSFET 和 IGBT 性能比较 资料来源： 华芯百创， 民生证券研究院 资料来源： MOSFET 和 IGBT 性能的比较 ，民生证券研究院 以英飞凌 IGBT 产品代际为准，目前主流的 IGBT 已迭代到第七代产品，除了第一代产品外，其他代际都在适应的场景有所应用，代际的迭代主要是通过 IGBT 内部的结构改善，从而降低产品的功耗。 目前 IGBT 的发展主要有三大特征： 1）产品不追求制程，生产模式以 IDM 为主； 2）通过改进元胞设计概念、改进垂直结构等方式提升产品在功耗、工作温度、频率等方面的性能；3）不同代际和技术路线的 IGBT 产品根据其性能、价格、稳定性等综合因素广泛适用于各种不同场景，例如目前工控、家电及大部分汽车 IGBT 使用英飞凌第四代（沟槽栅）产品，较高端车型使用英飞凌第七代（ EDT2 产品）。 图 13： 英飞凌不同代际产品结构及性能差异 资料来源： 英飞凌， 民生证券研究院 据 英飞凌， 2020 年全球 IGBT 市场空间达到 66.5 亿美元，供给格局较为集中， CR10 达到82.6%， 其中英飞凌市场份额超过 30%。而前十大供应商中，国内供应商份额较少，当前只有行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 10 士兰微、斯达半导和华微电子在个别细分品类中挤入前十大份额，当前 IGBT 仍有较大的国产替代空间。 2020 年，全球 IGBT 单管 CR10 为 85.7%，国内仅有士兰微一家进入全球前十大供应商，份额为 2.6%；全球 IGBT 模块 CR10 为 79.1%，斯达半导表现优异，为全球第六大供应商，市场份额达到 2.8%；全球 IPM 模块 CR10 为 87.9%，士兰微和华微电子分别位列第九和第十，合计份额达到 2.5%。 IGBT 总体来看，全球 CR10 份额为 82.6%，其中国内厂商在前十大份额中占比为 2.7%，当前 IGBT 仍有较大的国产替代空间。 图 14： 2020 年全球 IGBT 单管前十大供应商（亿美元） 图 15： 2020 年全球 IGBT 模块 前十大供应商（亿美元） 资料来源 ： 英飞凌， 民生证券研究院 资料来源： 英飞凌， 民生证券研究院 图 16： 2020 年全球 IPM 模块 前十大供应商（亿美元） 图 17： 2020 年 全球 IGBT CR10 及国内厂商 份额（ %） 资料来源 ： 英飞凌， 民生证券研究院 资料来源： 英飞凌， 民生证券研究院 1.2.3 SiC 和 GaN 性能优异 ，但技术和 工艺 仍有待完善 硅基衬底是目前技术和工艺最成熟、成本最低的功率半导体材料；碳化硅器件具有更高的频率、功率性能，目前在汽车电子领域已有所应用；氮化镓主要用在高频率场景，目前主要应用领域是超级快充。 不同材料衬底的特性决定了其功率和频率特性，从而具有不同的适用场景： 1）024602468101214024685.7%79.1%87.9% 82.6%2.6% 2.8% 2.5% 2.7%0%20%40%60%80%100%IGBT单管 IGBT模块 IPM模块 IGBT整体CR10 国内厂商份额行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 11 功率：功率器件的击穿电压取决于电场给载流子施加的速度是否能造成半导体材料发生雪崩击穿，因此宽禁带半导体具备更大的击穿电场强度，碳化硅（ 3.4eV）和氮化镓（ 3.2eV）的禁带宽度远大于硅（ 1.12eV），从而碳化硅和氮化镓功率器件的击穿电压高于硅基器件。 2）频率：功率半导体的开关时间取决于载流子迁移速度、晶体管发射级和集电极的间距，因而具备更高饱和电子迁移速率和相对小体积的氮化镓（ 2.5*107cm/s）和碳化硅（ 2*107cm/s）功率器件的频率性能高于硅（ 1*107cm/s）基功率器件。此外，第三 代半导体在最高工作温度方面同样显著优于硅基功率器件。 表 3：不同衬底材料性能对比 指标参数 硅（第一代） 砷化镓（第二代） 碳化硅（第三代） 氮化镓（第三代） 禁带宽度（ eV） 1.12 1.43 3.20 3.40 饱和电子漂移速率（ 107 cm/s） 1.00 1.00 2.00 2.50 热导率 （ W*cm-1*K-1 ） 1.50 0.54 4.00 1.30 击穿电场强度（ MV/cm） 0.30 0.40 3.50 3.30 最大工作温度（ Tmax， ） 150 - 760 800 资料来源：宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路，民生证券研究院 注：碳化硅有 200 多种晶型，上表列示目前主流的碳化硅晶型 4H-SiC 的参数。 基于不同衬底的特性，硅、碳化硅和氮化镓衬底的功率器件呈现出不同的工作范围和应用场景。 硅基功率器件主要用于 25V-6500V 和相对低频的应用范围，典型应用场景包括工控、家电等；碳化硅功率器件的工作电压介于 650V-3300V，主要应用于相对高频和高压的场景；氮化镓器件工作电压相对较低，介于 80V-600V 之间，但具有很好的高频性能，主要应用场景包括快充、高端服务器、 5G 通信等领域。 图 18： 硅、碳化硅、氮化镓衬底功率器件主要应用场景 资料来源： 英飞凌， 民生证券研究院 行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 12 当前 SiC 和 GaN 材料仍在开发早期， 当前 国内大力投资第三代半导体材料，预计未来 有望实现对国外厂商的 弯到超车 。 据 CASA Research 统计， 2019 年国内第三代半导体材料市场空间为 24 亿元。而过去几年国内第三代半导体投资快速增长， 2020 年中国 SiC 和 GaN 投资规模分别达到 550 亿元和 144 亿元，产业的大力投资预期 有望 带来第三代半导体技术的加速成熟和市场空间的快速增长，预计至 2025 年，中国第三代半导体市场空间 有望 达到 315 亿元，相比2019 年 CAGR 增速达到 53.60%。 图 19： 2017-2020 年中国 SiC 和 GaN 投资额（亿元） 图 20： 2016-2025 年中国 SiC 和 GaN 器件市场规模（亿元） 资料来源 ： CASA Research， 民生证券研究院 资料来源： CASA Research， 民生证券研究院 65 60220.8550191124514401002003004005006002017 2018 2019 2020碳化硅 氮化镓050100150200250300350行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 13 2 IGBT 市场空间测算及国内厂商进展分析 2.1 IGBT 需求迎来快速增长期，新能源车是主要驱动力 IGBT 在 功率器件中 的市场空间仅次于 MOSFET，受益于下游新能源发电、电动车的快速普及，行业空间快速成长 ， 且当前工艺仍在快速更新，国内厂商市场份额较低且正在快速追赶海外龙头的技术水平，具备极佳的国产替代前景，因此我们将就 IGBT市场空间进行详细拆解和分析。 据测算，中国 IGBT 市场空间有望在 2025 年达到 584 亿元，相比于 2020 年 CAGR 增速达到 22.8%。 2025 年国内 IGBT 需求格局中，新能源汽车、 光 /风 /储能、工控、家电、轨交电网五大场景市场空间 有望 分别达到 231 亿元、 197 亿元、 66 亿元、 66 亿元和 11 亿元。 新能源汽车 有望 成为国内 IGBT 最大且增速最快的应用场景。 据测算，至 2025 年国内新能源车用 IGBT 市场 有望 达到 231 亿元， 5 年 CAGR 增速达到 48%，占国内 IGBT 总需求的 40%。同时，新能源汽车用 IGBT 由于性能、稳定性要求较高， 毛利率达到 35%-40%，可谓功率器件“兵家必争之地”。 表 4： 2020-2025 年中国 IGBT 需求测算 （亿元） 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 5 年 CAGR 毛利率 新能源汽车 32.64 76.25 125.98 159.08 187.99 231.44 47.96% 35%-40% 光伏、风电、储能 67.91 64.57 90.72 115.70 151.10 197.17 23.76% 35% 工控 49.47 52.60 55.30 58.54 62.17 66.02 5.94% 25% 家电 46.30 50.44 54.77 58.72 62.24 66.12 7.39% 25% 轨交电网 8.06 8.49 8.99 9.55 10.21 10.97 6.36% 45% 其他 4.17 5.15 6.85 8.20 9.67 11.67 22.84% - 合计 208.55 257.50 342.61 409.79 483.37 583.39 22.84% - 资料来源： Wind， 中电联 ， GWEC， Wood Mackenzie.， CPIA， Yole， 民生证券研究院 测算 2.2 新能源车 成为 IGBT 需求增长的最大来源 2.2.1 新能源车相比燃油车的功率半导体 单车价值量 有较大提升 汽车电动化带来内部功率半导体应用场景快速增加。 传统燃油车中的功率半导体主要用于辅助驱动系统，而新能源车汽车中功率半导体的应用场景涵盖牵引逆变器、 OBC、高低压辅助驱动系统、 DCDC 模块、充电桩等 。 新能源车用功率半导体的品类和数量相较传统燃油车均有较大提升。 车用功率半导体相较于工业级功率半导体的性能要求同样存在差异。工业级功率半导体产品品类多、标准化程度高、应用环境复杂、失效率要求相对较低、产品生命周期较短；而汽车级功率半导体 产品品类相对较少，但定制化程度高、高温和振动性能要求较高、失效率要求严格、产品生命周期要求更长。 行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 14 图 21： 功率半导体在新能源汽车上的应用 图 22： 汽车级和工业级功率半导体性能要求 资料来源 ：英飞凌， 安森美， 民生证券研究院 资料来源：民生证券研究院 整理 相较于传统燃油车，新能源汽车的 功率半导体单车价值量有显著的提升，新能源车单车功率器件的用量主要和车的功率大小、电气化程度相关。 一般而言，新能源车的功率越大，电气化程度越高，单车功率半导体价值量越大。根据英飞凌数据，新能源汽车的单车功率半导体价值量可达到 400 美元，约为传统燃油车的 5 倍。 据我们测算， 随着单车功率器件价值量的提升和新能源车的逐步渗透， 国内新能源车用 IGBT 市场空间 有望 在 2025 年达到 231 亿元，为 2020 年的 7 倍。 图 23： 不同新能源车型功率半导体单车价值量 （美元） 图 24： 国内新能源车用 IGBT 市场空间预测（亿元） 资料来源 ： 英飞凌， 民生证券研究院 资料来源： Wind， 中电联 ， GWEC， Wood Mackenzie.， CPIA， Yole，民生证券研究院 测算 1、 牵引逆变器 牵引逆变器是新能源汽车的核心功率器件，主要为汽车提供扭矩和加速度。常见的牵引逆变器功率水平在 40kW-150+kW，运行电流达到 1000A，额定工作电压为 600V-1200V。为了适应大功率、高压和大电流的工作环境，新能源车牵引逆变器通常采用 IGBT、 SiC 等产品。 从价值量来看，不同车型的牵引逆变器价格区间较大， A00 级车型单车 IGBT 价值量在 600元，而高端车型可达到 3000-4000 元以上。 0100200300400500600700800900燃油汽车 48V MHEV FHEV/PHEV其他 传感器增加价值量MCU增加价值量 功率半导体增加价值量燃油汽车半导体用量32.64231.440501001502002502020 2025ECAGR增速 48%行业深度报告 /电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 15 图 25： 新能源车牵引逆变器电路图 资料来源： 安森美 ，民生证券研究院 2、 OBC 模块 车载功率模块的功能主要为将外部提供的交流电，转换成新能源车电池充电所需的稳定高压直流电。 OBC 的工作 功率 范围通常在 3.3kW-22kW 之间，并且能够为汽车主电池提供 800V 以上的电压。 OBC 中主要用到功率半导体的模块包括整流模
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