中国半导体功率器件十强企业（附报告）！

一、物联网驱动的电动化和智能化带来功率半导体新周期

（一）复盘 2020-2021 年功率半导体周期：涨价与隐忧

2019 年末开启的 5G 手机渗透率提升成为全部半导体行业需求动能的来历，市场对于 5G 手机在未来几年 的微弱增加布满信心，可是进入 2020 年全球范围内出现新冠疫情，5G 手机的需求爆发被按下了停息键。随着 疫情的进一步成长，居家办公带来了远程办事器的巨量需求，寂静十年的笔电市场迎来大幅增加，同时双碳政 策鞭策下，国内电动车的高速成长进一步刺激了对于功率半导体的需求。在需求端一片向好的增加趋向下，芯片供给端由于遭到疫情的影响大幅缩水，全球功率半导体封测重镇马来西亚无穷期封城无疑对功率半导体行业 落井下石。

由于功率半导体供需错配，原本产物价格较低的功率器件在晶圆厂产能供给的优先权就比力低，晶圆产能 供给严重的时辰代工和封测本钱端大幅上升，各大功率半导体厂商纷纷大幅上调产物价格，估计行业均匀价格 涨幅跨越 20%，部分产物甚至价格上涨了 7-8 倍。按照我们对于 2020-2021年这一轮周期的复盘，行业均匀毛 利率在 2021 年 Q3 创近十年历史新高，行业接近 29%的增速高点也远超上一轮周期的增速高点。可是疯涨的功率半导体行情也让市场对于 2022 年的价格回调压力布满担忧，大师对于 2018 年 Q4 起头的下行周期中价格下跌的惨烈仍历历在目，特别是消耗类相关的功率半导体价格，2022 年贬价压力较大。

（二）功率半导体下流利用周全开花，电动车和光伏/风电新能源范畴需求激增

在全球分立器件的下流需求中汽车占比最高，到达 35%左右，国内市场中汽车行业对于分立器件的用量占比为 27%。以 MOSFETs 为代表的中高压分立器件普遍利用于汽车的电动天窗、雨刮器、平安气囊、后视镜等 范畴，纯电汽车的车载充机电（OBC）、DC-DC 转换器对于 MOSFETs的需求进一步增加。别的汽车车灯转为 LED 大灯今后，MOSFETs 的需求量从本来每个车灯需要 1 颗增加至 18 颗，很多造车新势力热衷的车顶和侧边 突变玻璃对于 MOSFETs 的需求也在增加。

传统燃油车中唯一少许的 IGBT 单管用于策动机焚烧器，纯电汽车的动力系统转为电池今后，IGBT 模块成 为电驱系统中逆变器的标配，此外新能源汽车在车载充机电（OBC）、DC-DC 升压器、电空调驱动也需要用到 IGBT 单管。按照产业链调研与我们测算，四驱版本的纯电车型前后双机电各需要 18 颗 IGBT，车载充机电需要 4 颗，电动空调 8颗，合计一台电动车需要 48 颗 IGBT 芯片。

按照 Strategy Analytics 测算，传统燃油车功率半导体用量仅为 71 美圆，48V 轻混车型功率半导体代价量增值至 90 美圆，而纯电车型的功率半导体用量增幅高达 364%，大幅上涨至 330 美圆。

双碳政策下，以光伏微风电为代表的新能源发电的装机量大幅增加，太阳能发电中 DC-DC 直流转换器和 光伏逆变器均需要用到 IGBT 作为功率开关。其中逆变器的效力很洪流平上取决于设想利用的元器件，元器件 的性能可以由功率消耗来权衡，功率消耗分为导通消耗和开关消耗。相较于 MOSFETs 而言，IGBT 适用于较低 开关频次和大电流的利用，大电流下 IGBT 的导通消耗比 MOSFET 更低，MOSFET 有才能满足高频、小电流的利用，具有更低的开关消耗，更合适开关频次在 100KHz 以上的逆变器模块。

从逆变器种别来看，由于微型及单相逆变器功率较小，一般采用 IGBT 单管计划为主，高功率三相逆变器 则采用 IGBT 模块，低功率三相逆变器则两种计划都有采用。今朝集合式光伏逆变器本钱在 0.16-0.17 元/W，组 串式光伏逆变器本钱在 0.2 元/W 左右，整体光伏逆变器本钱在 0.2 元/w，IGBT 模块占光伏逆变器的本钱比例约 为 15%，每 GW 对应功率半导体的代价量约为 0.3 亿-0.4 亿元。

除了电动车和光伏发电两大驱动力之外，智能家居中也大量用到功率半导体的分立器件，比如多功用扫地 机械人。在一个扫地机中，能够会有分歧的部分用到这样的功率分立器件：无线充电、电池治理系统、音频放大器、吸尘器、清洁系统机电控制、移动机电控制等，由于功用分歧，所需要的 MOS 也不尽不异，大约在 2-6 颗不等。

（三）功率半导体行业合作格式

全球功率半导体行业市场范围在 2019 年到达 464 亿美圆，相较于上一轮高景气周期的 2018 年同比下滑 3.53%。2020 年和 2021 年在疫情影响全球进入“居家办公形式”，办事器和 PC 的微弱苏醒叠加高景气的电动车 和新能源发电需求刺激，功率半导体行业迎来拐点。SIA 估计 2021 年全球半导体的销售额将到达 5530 亿美圆， 创下新高，同比增加 25.6%，全球功率半导体龙头厂商英飞凌 Infineon，恩智浦 NXP，意法半导体 STM，安森 美 ON semi，2021 年前三季度别离长大 32.5%，31.43%，31.8%和 28.5%，我们估计全球功率半导体的行业增速 估计在 2021 年有望到达 30%，市场范围将接近 600 亿美圆。从全球功率半导体分立器件需求结构来看，汽车是 需求最大的范畴，占比到达 35%，其次是产业和消耗电子范畴，需求占比别离为 27%和 13%。

从产物形状分类，功率半导体可以分为分立器件、模组和功率 IC 三大种别，一类是分立器件指单管，即 1 颗芯片加上封装外壳，第二类是模块，把几个单管和特定功用的电路封装在一路组成模块，第三类就是功率 IC， 包括交换直流转换器 AC/DC，直流-直流转换器 DC/DC，电源治理 IC 和驱动 IC。2019 年分立器件/模组与功率 IC 的市场范围别离为 224 亿和 240 亿美圆，其中英飞凌是分立器件和模组市场当之无愧的全球龙头，市占率高 达 19%，美国功率半导体大厂安森美市占率为 8.4%，功率 IC市场占有率最高的是德州仪器 TI，市场份额为 16%，其次是英飞凌和 ADI，占比别离为 7.7%和 7.2%。

按照 Omdia 的统计，2019年国内功率半导体市场范围约为 177 亿美圆，约占全球市场需求的 38%，2020年随着半导体行业苏醒进入新一轮高增加周期。今朝国内功率半导体分立器件厂商营收范围最大的是闻泰科技 收买的安世半导体，2020 年营收到达 96.4 亿元群众币，2021 年大幅长大 53.3%，功率半导体营收增至147.8 亿 元。

我国外乡 IDM 厂商中功率半导体营收范围最大的厂商是华润微电子，2020年公司功率半导体营收到达 28 亿元，估计 2021 年营收同比增加 49.3%，跨越 41 亿元群众币。Fab-less 形式为代表的 MOSFET 厂商无锡新洁 能和 IGBT 模组厂商嘉兴斯达半导在2021 年实现了更快的长大，2021 年营收两者估计将别离大增 64.8%和 71.6%。前十大国内功率半导体厂商 2021 年营收范围合计到达 362.5 亿元，同比长大57.4%，相较于国内集成电路产业 2021 年前三季度 16.1%的长大速度，显现了功率半导体产业超预期的苏醒态势。

国内首要的功率半导体厂商以分立器件为主，包括二极管、整流管、MOSFETs 等，二极管三极管属于根基 的电子元器件，这些年技术迭代较慢，价格也比力昂贵，行业壁垒较低。肖特基二极管是以其发现人肖特基博 士（Schottky）命名的，与 PN 二极管分歧，肖特基二极管不是操纵 P 型半导体与 N 型半导体打仗构成 PN 结 道理建造的，而是操纵金属与半导体打仗构成的金属－半导体势垒道理建造的。肖特基二极管多用作高频、高压、大电流整流二极管、续流二极管、庇护二极管，例如手机和手持装备适配器、彩电的二次电源整流、高频 电源整流等利用。近年来随动手机等手持装备电源适配器等快充电源小型化的市场变化，传统肖特基已不可以 满足低导通电压的需求，采用沟槽结构的 TMBS将成为肖特基产物的技术支流。

功率 MOSFET 是 70 年月在典范 MOSFET 的根本上成长而来的，首要作为功率电子开关利用。分歧于典范 MOSFET，功率 MOSFET 重点进步了功率特征，特别是增加器件的工作电压和工作电流。功率 MOSFET 围绕 若何处理耐压和功耗之间的冲突发生了很多新的工艺结构，从 LD MOSFET 结构起步履历了 VV MOSFET，VU MOSFET，VD MOSFET，SJ MOSFET（超结）,Trench MOSFET（沟槽型）, SGT MOSFET（屏障栅）。

沟槽型 MOSFET，首要用于高压（100V）范畴；SGT（Shielded Gate Transistor，屏障栅沟槽）MOSFET，首要用于中 高压（200V）范畴；SJ-MOSFET，即超结 MOSFET，首要在高压（600V-800V）范畴利用。SGT MOSFET（Shield Gate Trench MOSFET）是一种新型的功率半导体器件，SGT 工艺比普通沟槽简单，开关消耗小。再加上 SGT 比普通沟槽工艺挖掘深度深 3-5 倍，可以横向利用更多的外延体积来阻止电压，这也使得 SGT 的内阻比普通 MOSFET 低 2 倍以上，所以 SGT MOSFE 作为开关器件利用于新能源电动车、新型光伏发电、节能家电等范畴 的机电驱动系统、逆变器系统及电源治理系统，是焦点功率控制部件。

今朝国内功率半导体厂商众多，产物线差别也比力大，营收范围较大的厂商主力产物是 MOSFETs，随着电 动车和光伏、风电等新能源发电范畴对于 IGBT 的大幅需求增加，各个厂商起头慢慢将产物线扩大至 IGBT，部分龙头厂商已经起头结构第三代半导体 SiC 衬底的功率 MOSFET。按照我们的统计，今朝国内在功率半导体产物结构最完善的厂商是闻泰科技旗下的安世半导体，首先公司 主力产物线覆盖了晶体管（包括庇护类器件 ESD/TVS 等）、Mosfet 功率管、模拟与逻辑 IC 三大范畴，小型号 MOSFET 居于全球排名第二，公司汽车类 POWER MOSFET 估计市场职位仅次于英飞凌。其次公司经过进步研 发投入进一步增强了在中高压 Mosfet、化合物半导体产物 SiC 和 GaN 产物结构，同时收买英国 Newport 晶圆厂 100%股权，获得了 4000 片/月的 IGBT 产能，今朝公司汉堡工场已经起头搬入碳化硅装备，估计 SiC MOSFET 新品在 2022 年量产。

在 MOSFET 范畴，新洁能和华润微在沟槽 MOS，屏障栅 SGT-MOS 和超结 SJ-MOS 等高附加值的产物具 备技术领先上风，新洁能是国内率先把握超结理论技术，并量产 SGT MOSFET 及超结功率 MOSFET 的企业 之一，是国内最早同时具有沟槽型功率 MOSFET、超结功率 MOSFET、SGT MOSFET 产物平台的外乡企业。中高压 MOSFET 根基上已经过国产厂商供给为主，SGT-MOSFET 的国产替换趋向已经比力明白，随着 5G、AI、 EV（电动汽车）等利用市场的成长，对于 SGT-MOSFET 的需求将延续增加。

在 IGBT 范畴，比亚迪半导体和时代电气别离是国内供给新能源车规 IGBT 和轨交列车 IGBT 的龙头厂商， 先发上风明显，士兰微在在家电范畴利用为主的 IPM 模块市场占据明显上风，2021 年市占率接近 10%，斯达半 导在 IGBT 模组范畴堆集多年，今朝已经切入 IGBT 芯片的设想，车规级 IGBT 模块已经多量量出货。

（四）功率半导体行业供需分析

假定 2030 年全球汽车销量到达 1 亿辆，假如 50%的燃油车替换为电动车，对应约 5000 万辆电动车，依照 单车功率半导体代价量为 400 美圆计较，估计全球车规功率半导体市场范围到达 200 亿美圆，假如国内电动车 市场占全球的 50%，那末 2030 年国内车规功率半导体市场空间将到达 100 亿美圆。存量市场 2021 年全球功率 半导体市场范围将增加至 441 亿美圆，国内需求占全球市场份额的 36%，2021 年市场范围有望到达 159 亿美圆， 未来十年依照 5%的复合增速测算，存量市场如工控和家电范畴的需求在 2030 年将到达 239 亿美圆。光伏范畴对于功率半导体市场需求为 30 亿美圆，加总今后估计到 2030 年国内功率半导体市场空间到达 369 亿美圆，对 应 2500 亿群众币左右的市场空间。

1 台新能源汽车均匀消耗一片 8 英寸硅片，其平分立器件、IGBT 消耗 0.4 片，DMOS 占 0.1 片，IC 占了 0.5 片，主如果 MCU 和电源治理芯片，2021 年新能源汽车销量为 340 万台，同比增加 1.5 倍，估计 2022 年国内新 能源汽车销量到达 500 万辆，对应的增量需求为 160 万片 8 寸晶圆，折合 13~14 万片月产能，假如 2025 年国内 电动车销量到达 1000 万辆，对应增量需求为 54-55 万片月产能。

停止 2020 年 12 年全球晶圆产能约为 2082 万片/月（等效 8 寸），中国大陆晶圆产能占比为 15.3%，估计为 318.4 万片/月（等效 8 寸），国内首要晶圆厂 12 寸产能约 100 万片/月，8 寸产线约为 115 万片/月。其中我们统 计国内一切功率半导体厂商新减产线的产能增量，估计 2022 年全年新增功率半导体产能为 18 万片/月（等效 8 寸），假如假定 2022 年国内新增电动车销量为 200 万台，全球新增 500 万台电动车，所需要对应约 250 万片 8 寸的年产能，对应需要新增 20.8 万片月产能，而全球功率半导体的新减产能几近都在中国，仅仅满足全球的电 动车的需求新增供给尚且不够，假如斟酌光伏需要的产能则供给缺口进一步增加。

二、电动车大时代：IGBT 厂商 IDM 为王

在新能源汽车中，IGBT 首要利用于机电驱动控制系统、热治理系统、电源系统等，具体功用以下：在主 逆变器中，IGBT 将高压电池的直流电转换为驱动三相机电的交换电；在车载充机电中，IGBT 将交换电转化为 直流电并为高压电池充电；在 DC-DC 变更器中，IGBT 将高压电池输出的高电压转化成低电压后供汽车高压 供电收集利用；此外，IGBT 也普遍利用在 PTC 加热器、水泵、油泵、空调紧缩机等辅逆变器中，完成小功率 DC-AC 转换。（报告来历：未来智库）

（一）电动车爆发带来 IGBT 需求激增

1、电驱逆变器中的 IGBT

电驱系统是纯电汽车的焦点，可以了解为传统燃油车的策动机，首要包括了逆变器（Inverter），减速器 （Gearbox）和机电(Motor)。逆变器中的电子电力控制器件如 IGBT/SiC MOSFET 将电池中的直流电转逆变成交 流电传送到三相机电，机电从 0rpm/min 起头输出峰值扭矩，但当机电转速高于恒扭矩区间时，机电扭矩就会有 所下降，所以这时就需要减速器的介入，减速器经过量级齿轮的传动即可实现下降转速、提升扭矩的结果，从 而满足车辆高速行驶时对扭矩的需求。电驱系统未来的成长趋向是高度集成化，今朝支流的电驱采用三合一的 集成电驱，假如依照 2021 年 340 万台电动车的出货量测算，我们估计国内电驱市场容量为 221 亿元左右。

凡是我们将交换转换为直流称为整流，反过来直流转换为交换则称为逆变，电动车的逆变器承当的焦点职 能是将动力电池输出的直流电转换为交换电供驱动机电利用。纯电动汽车上的逆变器位于机电控制器（MCU 内）， 除了逆变器外，还有控制器一路组合在 MCU 内，MCU 是全部动力系统的控制中心。控制器是接管驱动机电的 需求信号，当车辆制动大概加速时，控制器控制变频器的频次升降使汽车行驶。逆变器接管动力电池输出的直 流电能，逆酿成三订交换电供给给机电运转，在电动汽车制动进程中又起到制动接管电能的感化。

逆变器内部是由 6 个 IGBT 组成。电动车的功率半导体代价增量大部分来自 IGBT 模块，单 车 MOSFETs 才 400 元左右的代价量，1 个 IGBT 模块大如果 1000 元左右，今朝 A0/A00 级电动车用 1 个逆变器， 1 个 IGBT 模块，假如是四驱的电动车一般采用 2 个模块，代价量为 2000 元左右，大巴车用 3 个模块，3000 左右，所以 IGBT 均匀单车代价量在 2000 元群众币。

2、车载 OBC 用到的 IGBT

车载充机电是指牢固安装在电动汽车上的充机电，具有为电动汽车动力电池，平安、自动布满电的才能， 充机电根据电池治理系统（BMS）供给的数据，能静态调理充电电流或电压参数，履行响应的行动，完成充电 进程，凡是车载充机电作为一个节点，挂在 CAN 总线上，经过 CAN 与整车控制器交换数据。充电器有很多 分歧的功率品级，功率品级越高，充电时候就越短。这些充电器需要大量的交换电源，按照车载充电器的设想， 由单相或三相电源供电。根据全球可用的典型交换电源，已成长出四个通勤奋率品级，3.3kW 和 6.6kW 充电器 已成为根基构建块用于一切功率品级的充电器。11 kW 和 22 kW 充电器都是将三个单相单元连系起来，每个单 元运转三相中的一相。

来自电网的交换输入源被滤波、整流并馈送到一个多相 PFC 电路中。PFC 电路是开关电路，负责控制输入 正弦波的导通周期，以调理使输入电流与输入电压分歧。这类电压-电流调理对交换电源发生一个高功率因数， 且需要经过大大都电力公司的调理。这进程分几个阶段，将传导消耗分离到一组更普遍的器件上。下一个模块 利用 H 桥转换器来下降直流电压，并将其传送到变压器的输入端。该块凡是采用谐振 LLC 电路设想，且对变压 器施加的电压巨细的控制使对电池功率的调理更简单。最初，对变压器的输出停止整流、滤波和毗连到高压电 池。代价量方面，以 6.6KW 慢充为例，大要需要 20 多颗 IGBT 和 MOSFET 分立器件，整体本钱在 300 元以下。

3、充电桩中的 IGBT 模块

充电桩按充电才能分歧可以分为交换慢充和直流快充两大类，以处置分歧的用电场景。一级充电桩是120 V、 输出 15 A 或 20 A 的交换充电桩，每充电 1 小时增加约 4 至 6 英里里程。二级充电功率有 3.3 kW、6.6 kW、9.6 kW、19.2 kW 四种功率级别，适用于输出电流别离达 20 A、20 A、50 A、100 A 的 240 V 交换电源插座。直流 快速充电(DCFC)桩的输入电压为 440 V 或 480 V，能在 30 分钟内充到 80%左右，用于公共充电桩。

充电桩将由现在支流的 60 kW、90 kW 成长到未来的 150 kW、240 kW，响应地充电桩电源模块将由现在的 15 kW、20 kW、30 kW 进步到未来的 40 kW、50 kW、60 kW，以收缩布满电的时候。例如，210 kW 电动汽车 充电点由 14 个 15 kW 模块组成，每个 15 kW 的电池充电器模块都是由 3 订交换 380 V 输入，经过 3 相 Vienna 功 率因数校正(PFC)后，电压升高到 800 V 直流电压，再经太高压 DC-DC 输出 250 V 至 750 V 直流电压。

Vienna 整流＋LLC 组成了充电桩的根基电路。假如斟酌装备本钱，利用 Si 基 IGBT 和超级结 MOSFET、 FRD（快规复二极管）计划更具本钱上风；假如需要高功率密度和高效力，碳化硅 MOS/SBD 计划更具性能优 势。PFC 部分更合适利用碳化硅器件，来由有二：其一，高温时导通电阻增加较少，能实现高效力，同时可抑 制发热，利用更小的散热板；其二，碳化硅器件的规复消耗很是小，开关消耗较小，可以进步工作频次，有助 于输入线圈的小型化。作为硅器件处理计划，Si 基的超级结 MOS 和 IGBT 也是不错的替换计划。代价量方面， 慢充 20KW 之内用半桥产业 IGBT，单桩代价量在 200 元之内，假如采用超级快充 100KW 以上，超大功率的充 电桩会采用 SiC 计划，本钱会成倍增加，整体代价量会提升至 1000 元以上。

（二）IGBT 市场需求结构和市场需求猜测

1、估计 2021 年全球市场范围约为 76.8 亿美圆，车规需求快速增加

2019 年全球 IGBT 市场范围估计在 64 亿美圆，2020 年略有下滑至 60.47 亿美圆，2021 年市场起头快速复 苏，估计 2021 年全球 IGBT 市场范围将同比增加 20%，将到达 76.8 亿美圆。从市场结构来看，IGBT 首要以 IPM 模块和 IGBT 模组形式为主，两者合计营收占比跨越 76%，在分立单管和 IGBT 模块占比最高的是德国英飞凌， 市占率跨越 30%，在 IPM 模块市场日本三菱市占率排在第一位，高达 32.7%。从 2020 年 IGBT 模块全球利用 占比来看，产业控制占比 33.5%，是今朝 IGBT 最大的利用范畴，新能源汽车占比 14.2%。未来，汽车电动化、 智能化鞭策车规级 IGBT 成为增加最快的细分范畴。

按照集邦征询的统计，2018 年中国 IGBT 市场范围估计为 153 亿群众币，相较 2017 年同比增加 19.91%， 2020 年受益于新能源汽车和光伏、风电等新能源发电范畴需求的大幅增加，我国 IGBT 市场范围延续增加，我 们估计 2025 年国内 IGBT 市场范围将增加至 592 亿元，2020 到 2025 年复合增速 CAGR 为 27%。从需求结构进 行分析，2018 年国内 IGBT 需求占比最大的范畴是新能源汽车，占比为 31%，紧随厥后的是消耗电子和产业控 制，市场范围占比别离为 27%和 20%。

2、新能源汽车销售快速增加，带动国内 IGBT 厂商突起

按照中汽协的统计，2021 年估计中国新能源汽车销量将到达 340 万辆，相较于 2020 年 137 万辆新能源汽 车的销售，同比大增 148%。按照产业链调研，我们估计 2021 年国产厂商配套的新能源汽车占比提升，其中斯 达半导体配套汽车辆为 50 万套，占比 15%，比亚迪半导体首要配套同一团体旗下的比亚迪车型，按照公司 2020 年产能为 40 万套估计在车载 IGBT 市场占比 12%，随着中车时代电气一期产能的满产，估计配套电动车约 24 万辆占比 7%，特斯拉销售预估在国内销售量为 40 万，占比 12%，特斯拉的车型首要意法半导体供给 SiC 作为 逆变器的焦点器件，英飞凌作为国内车载 IGBT 龙头厂商估计继续连结接近 50%的市占率，其他德国和日本的 厂商供给占比约为 13%。

2021 年 10 月起头，全球汽车范畴缺芯情况逐步减缓，我们估计 2022 年国内新能源汽车销量有望跨越 500 万辆到达 550 万辆，同比长大 62%。经过我们的产业链跟踪与调研，国内厂商 IGBT 产线在 2021 年末相继投入 量产，估计 2022 年国内车载 IGBT 芯片市场格式将发生较大的变化。首先是市占率提升最明显的估计是中车时 代电气，由于公司月产能 2 万片的 8 寸线在 2021 年末已经投产，满产可以供给 200 万辆新能源汽车所需的 IGBT 模块，拉平全年预估公司车载 IGBT 配套的汽车为 106 万辆，市占率从 7%提升至 19%，其次是士兰微由于 12 寸 IGBT 产线投产，估计明年有望配套 20 万辆左右电动车，市占率到达 4%。美国安森美估计在 2022 年配套约 20 万辆左右的电动车，市占率估计为 4%。比亚迪和意法半导体的市占率估计将连结稳定，斯达和英飞凌的占 比将出现下滑。

3、IGBT 国产替换加速停止，2025 年市场空间将 500-600 亿

从投资功率半导体的角度，我们更看好的是 IGBT 范畴的结构，一方面 MOSFET 的技术相对成熟，另一方面就是电车的增量功率需求也主如果 IGBT。2019 年到-2020年国内新能源汽车销售范围为 120-130 万台，增速 相对平稳，2021年国内新能源汽车销量到达 340 万台，依照单车功率半导体代价为 3000 元计较，对应约 102 亿左右的车载 IGBT 市场范围。估计到 2025年国内新能源汽车销售量将到达 1000 万台左右，对应需求空间约 为 300 亿左右（不斟酌 SiC 对于 IGBT 的替换）。

光伏市场今年依照 200GW 的装机量测算，估计市场范围为 50亿群众币左右，估计 2025年光伏逆变器装机量将到达 400GW 左右，对应市场需求将到达 110 亿群众币。存量 市场主如果产业，家电和燃油车范畴用到的 IGBT 需求，估计 2021 年市场范围约为 150 亿，工控范畴占比力高， 估计为 100 亿群众币，假如未来 5年工控范畴带动存量的IGBT 市场依照每年 5%左右的复合增速长大，估计 2025 年将到达 182 亿群众币。综合存量市场的产业和家电需求，加上高速增加的车载和光伏对于功率半导体的需求 大幅增加，估计到 2025年国内功率半导体市场范围将到达 592.3 亿元。2021 年车用 IGBT 才 60 亿范围，光伏 逆变器用 IGBT50 亿范围，悲观来看，车用 IGBT 增漫空间还有 5 倍，光伏还有 2 倍，合计还有四倍的增漫空间。

（三）IDM 形式终极胜出，产业链各个环节的合作力综合表现

IGBT 下流的需求首要集合在汽车、产业控制和家电等范畴，分歧于 MOSFET 多以分立器件形式利用为主， IGBT 则以更常见的形式如 IGBT 模块和 IPM 模块普遍利用于汽车和家电终端产物，特别是汽车产业在欧洲、 日本和美国更加发财，所以 IGBT 芯片市场首要被德国英飞凌，日本罗姆、三菱以及美系大厂安森美和 ST 意法 半导体等厂商控制。由于 IGBT 芯片从晶圆生产到芯片封测以及模块封装一般都是采用 IDM 形式，所以 IGBT 模块供给商也首要由芯片厂商供给。IGBT 模块是电动汽车逆变器的焦点元器件，所以博世、电装、德尔福等 Tier1 汽车零部件集成厂商会采购 IGBT 模块生产电驱系统供给下流的汽车主机厂，此外也有部分国内的主机厂 如长城汽车、长安汽车、奇瑞和蔚来自立生产逆变器。

国内电动车销量占据全球电动车市场的半壁山河，可是由于疫情影响，欧美 IGBT 大厂外洋工场产能操纵 率较低，英飞凌车载 IGBT 均匀交期在一年以上，国内汽车主机厂由于缺芯影响严重制约汽车销售。国内自立 品牌厂商作为电动车的主力军，率先导入国产 IGBT 芯片产物，这给了国产 IGBT 芯片突起的历史性机遇。

比亚迪作为国内电动车的龙头企业，旗下比亚迪半导体在 2008 年收买宁波中玮的 IDM 晶圆厂起头进入 IGBT 芯片产业链，2012 年导入比亚迪电动车，2015 年自研 IGBT 起头上量，2020 年宁波产线具有 40 万 套电动车 IGBT 模块的配套才能，2021 年收买济南富能 8 寸产线，新增年产能可配套新能源汽车需求约 90 万辆，合计配套 130 万量。

中车时代电气是国内轨交、电网高压 IGBT 芯片龙头厂商，2012 年收买英国的丹尼克斯起头进入 IGBT 芯 片的生产与研发。2017 年起头从 6500V、7500V 高压范畴扩大至 650V、750V 和 1200V 的车规级 IGBT 模 块市场，2018 年起头导入大巴车、物流车和 A00 级车，2019-2021 年芯片设想改版后已经成为国内首家突 破 A 级车 IGBT 芯片的厂商，同时与汇川等 Tier1 厂商也连结慎密合作。公司此前有一条月产能为 1 万片 的 8 英寸产线，2021 年末二期月产能为 2 万片的 8 寸线投产，估计可以配套约 200 万辆新能源车 IGBT 模 块，凭仗 IDM 厂商的产能上风有望在 2022 年获得车载 IGBT 芯片较大的市场份额。

斯达半导 2008 年起头进入 IGBT 芯片市场，最起头也从英飞凌采办芯片，2015 年出现了切入 IGBT 芯片生 产的机遇，2015 年英飞凌收买 IR（International Rectifier）将其芯片研发团队闭幕，该团队成为了斯达半导 体芯片研发团队，2016 年起头推行自己的芯片，今朝公司产物已经在大巴车、物流车和 A00 级电动车上有 所利用，2020 年公司生产的车载 IGBT 模块配套约 20 万辆新能源车，估计 2021 年配套车辆将增加至 50 万套。

士兰微在家电范畴的 IPM 模块出货量上风明显，2020 年 IPM 模块出货量约 1800 万颗，2021 年上半年出货 量大增 150%，已经占全球 10%的出货量，公司从家电切入车载 IGBT 范畴，今朝已经有 A00 级别客户如 零跑和菱电起头采用士兰微的车载 IGBT 模块。由于公司 IDM 的形式，产物迭代很是快，迭代一版产物历 时只要 3 个月，而 Fabless 厂商则需要 6 个月以上。今朝士兰微的 A 级车 750V 模块性能处于行业领先，输 出功率可以到达 160kw-180Kw，公司 12 寸的晶圆厂已经投产，估计年末可实现月产能 3.5 万片的产能方针。

（四）IGBT 供给紧平衡，2022 年产业进入爆发期

我们以为 2022 年国内 IGBT 产业进入爆发期，国产 IGBT 厂商在车载 IGBT 范畴的替换进程会加速。一方面国内新能源汽车 2022 年销量预期都比力悲观，市场预期均匀增速在 50%以上，可是国外 IGBT 芯片厂商如英 飞凌和安森美等大厂的交期均匀都在一年以上，同时外洋如欧洲和美国的电动车市场也起头进入高速增持久， 这些国际大厂会优先保障外乡供给。在供需偏紧的情况下，国产 IGBT 厂商对于国内电动车主机厂而言成为了 最重要的芯片供给保障，而且时代电气、士兰微和华虹半导体等厂商的 IGBT 产能已经在 2021 年末相继投产， 有望成为 IGBT 芯片国产化最受益的厂商。对于国内的 IGBT 厂商而言，最受益的厂商还是以 IDM 形式为主的 厂商，如比亚迪半导体，时代电气和士兰微。

我们以为市场对于 IGBT 芯片供给大幅开出今后致使 IGBT 芯片市场合作加重的担忧大可不必，我们梳理了国内明年新增的 IGBT 产能，假如拉平 2022 年全年的 IGBT 供给增量，估计为 5.04 万片/月，假如斟酌良率等题目，估计现实产能不敷 4 万片/月，对于明年 200 万辆电动车的 IGBT 芯片消耗量就到达 2-3 万片/月，假如 再斟酌光伏微风电等范畴用到的 IGBT 芯片，估计产能供给相对偏严重。

三、碳化硅新天下：衬底成为产业链最重要的环节

（一）碳化硅器件良好性能带来全新替换需求

1、SiC 与 IGBT 性能对照

不异规格的碳化硅基 MOSFET 和硅基 MOSFET 相比，导通电阻下降为 1/200，尺寸减小为 1/10；不异规格的 利用碳化硅基 MOSFET 的逆变器和利用硅基 IGBT 相比，总能量损失小于 1/4。由于碳化硅器件具有的上述优 越性能，可以满足电力电子技术对高温、高功率、高压、高频及抗辐射等卑劣工作条件的新要求，从而成为半 导体材料范畴最具远景的材料之一。具体对照以下：

① 能量消耗低。SiC 模块的开关消耗和导通消耗明显低于同等 IGBT 模块，且随着开关频次的进步，与 IGBT 模块的消耗差越大，SiC 模块鄙人降消耗的同时可以实现高速开关，有助于下降电池用量，进步续航里程，解 决新能源汽车痛点。

② 更小的封装尺寸。SiC 器件具有更小的能量消耗，可以供给较高的电流密度。在不异功率品级下，碳化硅 功率模块的体积明显小于硅基模块，有助于提升系统的功率密度。

③ 实现高频开关。SiC 材料的电子饱和漂移速度是 Si 的 2 倍，有助于提升器件的工作频次；高临界击穿 电场的特征使其可以将 MOSFET 带入高压范畴，克服 IGBT 在开关进程中的拖尾电流题目，下降开关消耗和 整车能耗，削减无源器件如电容、电感等的利用，从而削减系统体积和重量。

④ 耐高温、散热才能强。SiC 的禁带宽度、热导率约是 Si 的 3 倍，可承受温度更高，高热导率也将带来功率密度的提升和热量的更易开释，冷却部件可小型化，有益于系统的小型化和轻量化。（报告来历：未来智库）

2、碳化硅器件得需求测算：电车和产业

SiC 器件利用第三代半导体材料碳化硅作为衬底，与同规格硅基器件相比，SiC 器件效力及耐温性更高，可 明显下降能耗，进步功率密度，减小体积，是下一代新能源汽车机电驱动控制系统的理想器件，能进一步进步 新能源汽车的续航里程、百千米加速才能和最高时速。特斯拉的 Model3 的主驱动逆变器采用了 24 个 SiC MOSFET，每个模块有 2 个 SiC 裸晶(Die)共 48 颗 SiC MOSFET，总本钱约为 5000 元。比亚迪汉后驱三相桥 6 桥臂采用了 30 个 SiC MOS 模块，总本钱 7000 元。2021 年公布的新款车型中，蔚来 ET，小鹏的 G9，广汽埃安 的 LX 和长城的机甲龙均采用 800v 平台，从 400V 提升到 800V，一个系统用到 30-50 个 SiC 芯片，2 套驱动系 统的芯片量会增加更多。

新能源汽车系统架构中触及到功率半导体利用的组件包括：机电驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩。碳化硅功率器件利用于机电驱动系统中的主逆变器，可以明显下降电 力电子系统的体积、重量和本钱，进步功率密度。Wolfspeed 估计 2026 年车载 SiC 市场范围将从 2022 年的 16 亿美圆增加至 2026 年的 46 亿美圆。

除了新能源汽车范畴，光伏发电、轨道交通、智能电网以及射频器件都可以采用 SiC 器件替换 IGBT 作为 电子电子控制器件。利用碳化硅 MOSFET 或碳化硅 MOSFET 与碳化硅 SBD 连系的功率模块的光伏逆变器，转 换效力可从 96%提升至 99%以上，能量消耗下降 50%以上，装备循环寿命提升 50 倍，估计在组串式和集合式 光伏逆变器中，碳化硅产物估计会逐步替换硅基器件。将碳化硅器件利用于轨道交通牵引变流器，能极大发挥 碳化硅器件高温、高频和低消耗特征，进步牵引变流器装配效力。估计产业范畴的 SiC 器件市场范围估计从 2022 年的 6 亿美金增加至 14 亿美金。

3、功率半导体厂商纷纷公布碳化硅产物

比亚迪：比亚迪在 2020 年公布的比亚迪汉纯电动高性能四驱版成为国内首款采用自研 SiC 模块的车型，功 率密度提升了一倍，其 SiC 芯片采购自国外厂商。比亚迪半导体碳化硅 SiC 功率模块是一款三相全桥拓扑结构 的灌封全碳化硅功率模块，首要利用于新能源汽车机电驱动控制器，是全球首家、国内唯一实现在机电驱动控 制器中多量量装车的 SiC 三相全桥模块。按照公司通告显现，2020 年 SiC 模块销售支出为 1.42 亿元，依照单价 1577 元测算，估计 2020 年销售碳化硅模块 9 万个，2021 年上半年销售支出到达 1.14 亿元，依照 1069 元单价 计较，2021 年上半年销售碳化硅模块为 10 万个，估计全年销量将跨越 20 万个。

华润微：外乡功率半导体龙头厂商华润微在 2020 年 7 月份公布 SiC 二极管产物，2021 年实现小批量供货。2021 年 12 月 17 日，公司又公布推出 1200V SiC MOSFET 新品，采用 Wolf Speed 的衬底，实现了碳化硅芯片的 国产化。华润微自立研发量产的新品 SiC MOS 单管，具有栅氧牢靠性好、高电流密度、高开关速度、产业级可 靠性、Ron 随温度变化小等上风，首要利用于新能源汽车 OBC、充电桩、产业电源、光伏逆变、风力发电等领 域。

时代电气：从轨交和电网高压 IGBT 切入新能源汽车功率半导体的时代电气在 2021 年末公布了国内首款基于自立碳化硅芯片的大功率电驱产物- C- Power 220s。公司的 SiC MOSFET 芯片已经成长了 4 个代次，从第三代起头面向车规级利用，今朝已经推出的 1200V/600A 的 SiC MOSFET 模块 S3 可以满足 120KW～200KW 功率 品级电驱需求，在 190KW 高输出功率条件下，逆变总消耗可以比硅基 IGBT 下降 54%，逆变效力从 97.%提升 至 98.77%。

（二）碳化硅产业链之咽喉：衬底

1、衬底行业概况：分类，产业链环节，代价量散布

SiC 衬底的原材料为高纯碳粉和高纯硅粉，在 2,000℃以上的高温条件下经过特定反应分解碳化硅粉。在特 殊温场下，采用成熟的物理气相传输法（PVT 法）发展分歧尺寸的碳化硅晶锭，经过量道加工工序产出碳化硅 衬底。按照下流终真个利用分歧可以分为导电型和半绝缘型两类，导电型碳化硅衬底首要利用于制造功率器件， 与传统硅功率器件建造工艺分歧，碳化硅功率器件不能间接建造在碳化硅衬底上，需在导电型衬底上发展碳化 硅外延层获得碳化硅外延片，并在外延层上制造各类功率器件。半绝缘型碳化硅衬底首要利用于制造氮化镓射 频器件。经过在半绝缘型碳化硅衬底上发展氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片，可进一步制成氮化镓 射频器件。

在半导体利用中，SiC 首要用于电力电子器件的制造。从 SiC 器件制造流程顺序来看，SiC 器件的制造本钱 中，SiC 衬蓝本钱占比 50%，SiC 外延的本钱占比 25%，这两大工序是 SiC 器件的重要组成部分。按照立昂微和 沪硅产业表露的招股书，一片 8 寸的硅外延片为 250 元左右，一片 12 寸的硅外延片为 300-400 元左右，而天科 合达和天岳先辈表露的 6 寸导电型 SiC 衬底和 4 寸半绝缘 SiC 衬底别离为 3000 元和 8000-9000 元，全球龙头 Wolfspeed 的 6 寸导电型 SiC 衬底价格高达 6000 元以上，假如完成外延加工估量到达 8000 元左右。

SiC 器件本钱高的一大缘由就是 SiC 衬底制造困难，与传统的单晶硅利用提拉法制备分歧，今朝范围化生 长 SiC 单晶首要采用物理气相输运法（PVT）或籽晶的升华法。这也就带来了 SiC 晶体制备的两个难点：

1、发展条件刻薄，需要在高温下停止。一般而言，SiC 气相发展温度在 2300℃以上，压力 350MPa，而 硅仅需 1600℃左右。高温对装备和工艺控制带来了极高的要求，生产进程几近是黑箱操纵难以观察。假如温度 和压力控制稍有失误，则会致使发展数天的产物失利。

2、发展速度慢。PVT 法发展 SiC 的速度缓慢，7 天赋能发展 2cm 左右。而硅棒拉晶 2-3 天即可拉出约 2m 长的 8 英寸硅棒。

此外 SiC 器件制造必必要经过外延步调，外延质量对器件性能影响很大。SiC 基器件与传统的硅器件分歧， SiC 衬底的质量和概况特征不能满足间接制造器件的要求，是以在制造大功率和高压高频器件时，不能间接在 SiC 衬底上建造器件，而必须在单晶衬底上额外堆积一层高质量的外延材料，并在外延层上制造各类器件，目 前效力也比力低。别的 SiC 的气不异质外延一般要在 1500℃以上的高温下停止。由于有升华的题目，温度不能 太高，一般不能跨越 1800℃，因此发展速度较低。

2、市场格式

全球碳化硅衬底市场首要由美国和欧洲厂商控制，按照 Yole 的统计，2018 年导电型碳化硅衬底市场中 CREE 占比为 62%，美国半导体材料大厂Ⅱ-Ⅵ市占率为 16%，国内厂商天科合达和山东天岳占比仅为 1.7%和 0.5%。半绝缘型衬底市场中 Wolf speed 市占率从 2019 年的 41%下滑至 32%，Ⅱ-Ⅵ半导体市占率从 2019 年的 27%上升 至 35%，两大龙头合计占据近 70%的市场。山东天岳以半绝缘型衬底产物为主，2020 年市占率到达 30%，根绝 公司招股书表露 2020 年公司半绝缘型衬底 3.47 亿元营收测算，全球半绝缘型碳化硅市场范围仅为 12 亿元群众 币。2020 年 Wolf-Speed 营收为 4.71 亿美圆，剔除 0.59 亿美圆半绝缘型衬底的营收，估计导电型碳化硅衬底营 收范围约为 4.12 亿美圆，假定 Wolfspeed 市占率在 2020 年接近 50%，合计导电型碳化硅衬底市场范围约为 8.24 亿美圆。综合来看，2020 年全球碳化硅衬底市场约为 10 亿美圆，2021 年 Wolfspeed 营收增加 12%，估计 2021 年全球碳化硅衬底销售范围增至 11.3 亿美圆。

在功率半导体芯片市场，特别是 IGBT 芯片市场的合作已经从芯片设想延长至中游的制造和下流的模块封 装范畴，但是进入到碳化硅时代，我们以为碳化硅功率半导体的合作已经从芯片设想、中游制造和下流封装进 一步向产业链上游的衬底和外延环节扩大。国际大厂很早就意想到了碳化硅之争的关键就在对于衬底资本的控制权，早在 2009年日本罗姆就经过收买德国 SiC 衬底和外延片供给商 SiCrystal 实现了 SiC 器件研发的本色性 冲破。2018年英飞凌收买了德国碳化硅晶圆切割范畴的新锐公司 Siltectra，经过收买获得了一种称为“冷割裂 （Cold Split）”的材料切割技术，借助这类专有工艺可以高质量低本钱的加工晶圆和对晶圆停止减薄，特别是对 于碳化硅这类超高硬度材料的切割上风很是明显。

2019 年 12 月，意法半导体以1.375亿美圆现金从三安广电手中购得了瑞典 SiC 衬底和外延片制造商 Norstel AB，获得了 6 英寸 SiC 衬底和外延片的生产制造才能。2021 年 11 月 1日，安森美公布耗资 4.15 亿美圆对于美国碳化硅生产商 GTAT 的收买，经过外延收买衬底资产可以帮助 安森美削减对于 Wolfspeed 的原材料依靠。时至本日，功率半导体大厂根基上对于衬底资本的掠取战已经告一 段落，国内企业只要三安光电在这场衬底资本争取战中有所斩获，曾转移了部分 Norstel AB 的专利到国内，才 得以完成国内首条从衬底、外延到器件的长沙 6 寸 IDM 产线。

（三）国内衬底产业链梳理

1、国内衬底厂商对照

国内供给碳化硅衬底首要厂商包括山东天岳、天科合达、三安光电、山西烁科与河北同光五家，今朝在国 内市场销售范围排在前三位的是山东天岳，山西烁科和天科合达。按照公然材料显现，销售范围排在前三位的 碳化硅衬底销售额别离为 3.5 亿（2020 年），3 亿左右（2020 年），1.55 亿（2019 年）。对照未来五家衬底产能 计划，2025 年产能最大的厂商是河北同光，估计月产能到达 5.83 万片，年产能到达 70 万片，满产后产值为 45-60 亿元。排在第二位的是三安光电，厦门三安和湖南三安两地合计碳化硅衬底产能在 2025 年将到达 4.2 万片/月， 山东天岳的碳化硅衬底月产能在 2025 年末将到达 3.5 万片紧随厥后，其中 2.5 万片为导电型衬底，占公司总产 能比到达 71.4%。