功率半導體：市場(chǎng)空間大，細分品類(lèi)多

1.1. 簡(jiǎn)介：能源轉換的核心器件，細分品類(lèi)眾多

功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，主要指能夠耐 受高電壓或承受大電流的半導體分立器件，主要用于改變電子裝置中 電壓和頻率、直流交流轉換等。

功率半導體主要起源于 1904 年第一個(gè)二極管的誕生，而 1957 年的美國 通用電氣公司發(fā)表的第一個(gè)晶閘管，標志著(zhù)電子電力技術(shù)的誕生； 1970 年代，功率半導體進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，GTO、BJT 和 MOSFET 的 快速發(fā)展，標志著(zhù)第二代電子電力器件的誕生。之后 1980 年后期， IGBT 開(kāi)始出現，各種功率模組推動(dòng)著(zhù)功率半導體快速向前發(fā)展。進(jìn)入 21 世紀，以全新寬禁帶材料為襯底的半導體器件開(kāi)始出現，功率半導體的性能和市場(chǎng)需求進(jìn)入一個(gè)全新的階段。

功率半導體目前主要可以分為功率 IC和功率器件兩大類(lèi)。功率器件按 照外界條件控制器件的開(kāi)通和關(guān)斷的分類(lèi)標準可分為：不可控型、半 控型和全控型功率器件。其中，二極管單向導通，可以實(shí)現整流，屬 于不可控型；晶閘管只能觸發(fā)導通，不能觸發(fā)關(guān)斷，屬于半控型；晶 體管包括 IGBT 和 MOSFET 等，可以觸發(fā)導通，也可以觸發(fā)關(guān)斷，屬于 全控型器件。功率 IC 指功率類(lèi)集成電路設計，屬于模擬 IC 的一種，主 要分為 AC/DC、DC/DC、電源管理 IC 和驅動(dòng) IC 等。

功率器件主要為二極管、三極管、晶閘管、MOSFET和 IGBT等，市 場(chǎng)主要被國外廠(chǎng)商壟斷。二極管是基礎性器件，主要用作整流，雖然 原理成熟，但受產(chǎn)品穩定性及客戶(hù)認證壁壘影響，國產(chǎn)化率仍然較低； 三極管主要適用于消費電子等產(chǎn)品，用于開(kāi)關(guān)或功率放大，國外廠(chǎng)商 仍占據市場(chǎng)份額的前列，國內廠(chǎng)商在附加值較低的部分已完成了國產(chǎn) 替代；晶閘管主要用于工業(yè)領(lǐng)域，屬于電流控制型開(kāi)關(guān)器件，市場(chǎng)整 體規模較小。

MOSFET 和IGBT 是最主要的功率器件，其中MOSFET 適 用于消費電子、網(wǎng)絡(luò )通信、工業(yè)控制、汽車(chē)電子等，相較于前三者， 適用頻率高，但一般用于功率不超過(guò) 10kw 的電力電子裝置，在中低壓 領(lǐng)域，國內廠(chǎng)商正逐步展開(kāi)國產(chǎn)替代；IGBT 可用于電機節能、軌道交 通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車(chē)電子等高壓高頻領(lǐng)域，高 壓下，開(kāi)關(guān)速度高，電流大，但開(kāi)關(guān)速度低于 MOSFET，前五大企業(yè) 的市場(chǎng)份額超過(guò) 70%，國內企業(yè)與國外企業(yè)技術(shù)水平存在一定差距。

SiC與 GaN由于其性能的優(yōu)越性，可以適用于更廣泛的范圍。SiC與 GaN 在 5G、電動(dòng)汽車(chē)、光伏等各個(gè)領(lǐng)域均表現出更加優(yōu)異的性能。其 中，特斯拉已經(jīng)將電動(dòng)汽車(chē) model3 中的 IGBT 器件替換為多個(gè) SiC MOSFET 模塊，取得了更優(yōu)的性能。

在功率半導體的發(fā)展路徑中，功率半導體從結構、制程、技術(shù)、工藝、 集成化、材料等各方面進(jìn)行了全面提升，其演進(jìn)的主要方向為更高的 功率密度，更小的體積，更低的功耗及損耗。在結構更改方面，從晶 閘管到 IGBT，功率半導體的器件結構進(jìn)行了顯著(zhù)的升級和更改，IGBT 結構與 MOSFET 結構就有較大的變化；在制程縮小方面，功率半導體 的線(xiàn)寬制程從最初的 10 μm 縮小至如今的 0.15-0.35 μm；在技術(shù)變化和 工藝進(jìn)步方面，超薄圓片結構、背面擴散技術(shù)、超級結技術(shù)等的優(yōu)化 都使產(chǎn)品更加適應小功率市場(chǎng)，具備更出色的性能和易用性；在集成 調整方面，成功推出功率模塊，即將多個(gè)功率器件進(jìn)行封裝，使其可 以在更高頻率工作的同時(shí)，能夠擁有更小的設備體積和重量；在材料迭代方面，從 Si材料逐漸向 GaN、SiC等寬禁帶材料升級，使得功率器 件體積和性能均有顯著(zhù)提升。

1.2. 市場(chǎng)特征：廣闊應用下周期性減弱，市場(chǎng)規模呈上升 趨勢

從縱向角度看，看細分品類(lèi)，根據 Omdia的數據，2019年功率半導體 全球市場(chǎng)規模為 463億美元。功率IC市場(chǎng)規模為244億美元，占52.7%， 功率器件市場(chǎng)規模為 210 億美元，占 47.3%。功率器件中的晶體管市場(chǎng) 規模為 144.4 億美元，占功率器件市場(chǎng)的 68.76%。晶體管市場(chǎng)主要由 MOSFET 和 IGBT 組成，其中 MOSFET 市場(chǎng)占 56.09%，約 81億美元， IGBT 市場(chǎng)占 43.91%，約 63.4億美元。其主要廠(chǎng)商包括英飛凌、意法半 導體、德州儀器、安森美、三菱等，其中功率半導體龍頭廠(chǎng)商為英飛 凌。

看下游應用，功率半導體下游需求主要以車(chē)載方向和電機驅動(dòng)等為主。 根據 Yole 的 2019 年統計數據，功率半導體主要下游驅動(dòng)應用方向分別 為車(chē)載方向（包括 EV、HEV，硅 MOSFET）、電機驅動(dòng)（Motor Drive， IGBT 模組）、智能手機以及無(wú)線(xiàn)設備（硅 MOSFET）、計算機技術(shù)以及 存儲（硅 MOSFET）、工業(yè)方向（硅 MOSFET）和 EV、HEV 方向 （IGBT 模組）等。

從區域角度看，中國是全球最大的功率半導體消費國，且中國的功率 半導體的市場(chǎng)規模在全球的占比仍在逐步增加。根據IHS markit 的數據， 2018 年，中國功率半導體市場(chǎng)規模為138億美元，占全球需求比例高達 35%，14-18 年市場(chǎng)占比平均每年約增加 0.8 pct。未來(lái)中國的功率半導 體市場(chǎng)占比仍將加速增加，預計 2021 年中國市場(chǎng)規模達到 159 億美元， 18-21 年 CAGR 為 2.39%，在全球市場(chǎng)的占比增加到 36.1%，18-21年市 場(chǎng)占比平均每年約增加 0.37 pct。

從橫向角度看，回溯過(guò)去七年：

（1） 市場(chǎng)規模方面，功率半導體的市場(chǎng)規模在全球半導體行業(yè)的占比 在 8%-10%之間，結構占比基本保持穩定，功率半導體的周期性 相對較弱。這主要是因為功率半導體應用領(lǐng)域廣泛，下游客戶(hù)季 節性需求呈現此消彼長(cháng)的動(dòng)態(tài)均衡關(guān)系，致使行業(yè)的季節性特征 并不非常明顯；

（2） 增速方面，功率半導體 14-20 年 CAGR 為 3.41%，略小于半導體 行業(yè) 14-20 年 CAGR 的 4.33%。

展望未來(lái)，根據 Omdia的數據，2023年功率半導體市場(chǎng)規模預計達到504.66億美元，17-23年 CAGR為 4.93%。另外根據 SEMI的數據，從 17-23年，細分市場(chǎng)增速最快的是 IGBT與模塊產(chǎn)品和 IPM，CAGR分 別為 7.86%和 7.61%，隨著(zhù)未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新領(lǐng)域的不斷 拓展，高密度、能承受高電流和高電壓的IGBT、IPM以及相關(guān)模塊產(chǎn) 品的需求量將加速上升。

1.3. 細分品類(lèi)：分立器件中MOSFET和IGBT占比最大，寬禁 帶進(jìn)入快速發(fā)展期

MOSFET和 IGBT 是占比最大的分立器件。根據可控類(lèi)型分類(lèi)角度進(jìn) 行細分領(lǐng)域分析，功率半導體除了功率 IC 以外，主要包括 IGBT、 MOSFET、晶閘管和二極管等分立器件，其中 IGBT 和 MOSFET 市場(chǎng)占 比最大，分別占 14.51%和 18.54%。在 IGBT 器件中，主要包括分立 IGBT、IGBT 模塊和 IPM 模塊，其中主要為 IGBT 模塊，占 52.21%。

① MOSFET是最為成熟的功率器件之一，MOSFET全球市場(chǎng)規模穩 定增長(cháng)。根據 Yole 統計數據，全球 MOSFET 市場(chǎng)規模由 2020年的 75 億美元，預計增長(cháng)至 2026 年的 94 億美元，20-26 年 CAGR 為 3.8%，其中汽車(chē)、工業(yè)等下游細分 MOSFET 需求增速較快。

② IGBT在 MOSFET基礎上升級，市場(chǎng)空間增速快。IGBT 作為半導 體功率器件中的全控器件，是由 BJT（雙極型三極管）和 MOSFET （絕緣柵型場(chǎng)效應管）組成的復合全控型電壓驅動(dòng)式功率半導體器 件，有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。 IGBT 的開(kāi)關(guān)特性可以實(shí)現直流電和交流電之間的轉化或者改變電 流的頻率，有逆變和變頻的作用，其應用領(lǐng)域極其廣泛。按電壓分 布來(lái)看，消費電子領(lǐng)域運用的 IGBT 產(chǎn)品為 600V以下；太陽(yáng)能逆變 器、白色家電、電動(dòng)汽車(chē)所需的 IGBT 在 600-1700V 之間；動(dòng)車(chē)組 常用的 IGBT 模塊為 3300V 和 6500V，軌道交通所使用的 IGBT 電 壓在 1700V-6500V 之間。IGBT 在電動(dòng)汽車(chē)中主要運用于電力驅動(dòng) 系統、車(chē)載空調系統和充電樁。

根據 Yole的預測，IGBT全球市場(chǎng)規模預計由 2020年的 54億美元，增 長(cháng)至 2026年的 84億美元，2020-2026年 CAGR為 7.5%，或將是市場(chǎng) 空間增速最快的分立器件。

③ 功率二極管和晶閘管作為傳統的功率器件之一，市場(chǎng)規?；沮呌?穩定。根據 IHS markit的統計數據，晶閘管 2019年全球市場(chǎng)規模為 4.93 億美元，預計 2024 年為 4.76 億美元，中國市場(chǎng) 2019 年為 2.05億美元，預計 2024 年為 1.91 億美元，基本保持不變。二極管 2019 年全球市場(chǎng)規模為 43.26 億美元，預計 2024 年為 46.62億美元，19- 24 年 CAGR為 1.51%；中國市場(chǎng) 2019年為 14.39 億美元，預計2024 年為 15.54 億美元，19-24 年 CAGR 為 1.55%。從變化增速可以看出， 兩者市場(chǎng)規?；沮呌诜€定。

功率半導體從襯底材料角度的細分領(lǐng)域分析，Si仍舊占據市場(chǎng)主導位 置，SiC 和 GaN的市場(chǎng)占比加速增加。SiC 和 GaN由于成本和技術(shù)原 因，在功率器件中的占比仍較小，2019 年 SiC 占總份額的 3.3%，GaN 僅占 0.4%，但是占比在不斷增加。GaN的市場(chǎng)占比2017-2023年平均每 年增長(cháng) 0.57pct，SiC 的市場(chǎng)占比 17-22 年平均每年增長(cháng) 0.88pct

以 SiC和 GaN為首的第三代半導體，將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。根據Omdia 的 SiC＆GaN Power 數據，隨著(zhù)市場(chǎng)規模達到臨界規模，這一轉變即將 到來(lái)，預計到 2021 年，收入將超過(guò) 10 億美元，這得益于混合動(dòng)力和電 動(dòng)汽車(chē)，電源和光伏（PV）逆變器的需求。另外，分立 SiC 功率器件 將占第三代半導體器件的主要份額。未來(lái)規模擴張速度將不斷加快， 預計從 2021 年到 2024 年將增加 10 億美元，年均增加 3.3 億美元，從 2024 年到 2029 年將增加 30 億美元，年均增加 6 億美元。

2.細說(shuō)功率半導體三大行業(yè)特性

功率半導體行業(yè)有著(zhù)三個(gè)獨有的行業(yè)特性，分別為：①非尺寸依賴(lài)型 工藝，專(zhuān)注于結構和技術(shù)改進(jìn)以及材料迭代；②商業(yè)模式以IDM為主， 利于技術(shù)積累和迭代；③細分需求多樣化，依賴(lài)特色工藝平臺的全面 性和深度性。

從功率半導體產(chǎn)業(yè)鏈流程來(lái)看，設計、制造工藝和封裝集成均十分重 要。功率半導體以晶圓、光刻板、襯底材料等半導體材料為基礎，經(jīng) 過(guò)設計、制造、封裝后形成細分終端產(chǎn)品。其中，除了設計之外，功 率半導體的制造工藝和封裝工藝亦十分關(guān)鍵：

① 在制造工藝中，需要涉及外延工藝、光刻工藝、減薄、背面金屬化 等制造工藝，制造工藝是影響器件性能的核心因素之一；

② 在封裝工藝中，裸片會(huì )進(jìn)行器件封裝或模組封裝或集成封裝，裸片 若經(jīng)過(guò)器件封裝會(huì )形成功率分立器件，若經(jīng)過(guò)模組封裝會(huì )形成功率 模組。由于功率半導體工作環(huán)境極端，對可靠性和壽命等要求較高， 因此封裝技術(shù)同樣是影響器件性能的核心因素之一。

最后成型的功率器件會(huì )用于各類(lèi)終端，功率分立器件主要用于消費電 子、家用電器等，功率 IC 多用于電源管理芯片，適用于工業(yè)控制、網(wǎng) 絡(luò )通信等，功率模組可承受更高壓環(huán)境，則主要用于軍工航天、軌道 交通等產(chǎn)業(yè)內的 DC/AC 逆變器、整流器、驅動(dòng)控制電路方面。

2.1. 行業(yè)特性一：非尺寸依賴(lài)型工藝，專(zhuān)注結構與材料特 性

集成電路技術(shù)的發(fā)展主要分為三個(gè)技術(shù)方向：尺寸依賴(lài)的先進(jìn)工藝， 非尺寸依賴(lài)的特色工藝以及先進(jìn)封裝工藝。 在縱向的先進(jìn)工藝中，業(yè)界追求特征線(xiàn)寬的縮小、工作電壓的降低、 開(kāi)關(guān)頻率的提高等。它主要追趕摩爾定律，不斷實(shí)現更高密度的技術(shù)， 從 130 nm 到 3 nm 工藝，晶體管的集成度越來(lái)越高，成本大幅下降，芯 片的價(jià)格也不斷下降。

在橫向的特色工藝中，強調器件特征多樣化，專(zhuān)注于芯片如何在不同 場(chǎng)景下承受高電壓、輸出高電流，以及如何提高電路線(xiàn)性特征，降低 噪聲。特色工藝追求的不完全是器件的縮小，而是根據不同的物理特 性，做出不同的產(chǎn)品，比如射頻器件、模擬器件、無(wú)源器件、高壓功 率半導體、傳感器等。第三個(gè)方向為先進(jìn)封裝工藝方向，利用特種的 封裝進(jìn)行高密度的組裝做出更高價(jià)值產(chǎn)品。

功率半導體屬于特色工藝產(chǎn)品，非尺寸依賴(lài)型，在制程方面不追求極 致的線(xiàn)寬，不遵守摩爾定律。數字芯片更加注重制程的升級，目前處 理器等高端數字芯片的先進(jìn)制程基本在 14 nm 以下，高端產(chǎn)品更是達到 了 5 nm 制程，算力發(fā)展速度較快。而對于功率半導體而言，性能發(fā)展 速度較慢，制程基本穩定在 90 nm-0.35 μm 之間，其發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)主要包 括制造工藝、封裝技術(shù)、基礎材料的升級。

發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn) 1：制造工藝。功率半導體制造工藝的具體難點(diǎn)在于溝槽工 藝以及背面工藝（晶圓減薄、高劑量離子注入）等。以 IGBT 為例，自 上世紀 80 年代被推出后，每一次的性能升級都離不開(kāi)表面結構及背面 工藝的進(jìn)步。

（1）溝槽工藝：目前中高端的功率器件（MOSFET和IGBT）均使用 溝槽工藝。IGBT 的表面結構發(fā)展曾歷經(jīng)平面柵工藝到溝槽柵工藝的演 變。第一代和第二代的 IGBT 采用平面柵工藝，由于 pbase 與擴散區形 成球面 PN 結，產(chǎn)生 JFET 效應，導致導通壓降較大。英飛凌在第三代 IGBT 中采用溝槽柵結構，使得 P 型發(fā)射區的反型溝道垂直于硅片表面， 有效消除 JFET 效應，增加了表面溝道密度，降低了器件導通損耗。另 外，最新的 IGBT 7 對溝槽工藝進(jìn)一步升級，采用 MPT（Micro Pattern Technology）結構將微溝槽柵和 FS 組合并應用低壓 MOS 技術(shù)，進(jìn)一步 大幅提高了溝道密度，從而實(shí)現更大的器件性能控制范圍。相比于平 面柵，溝槽柵結構性能得到了顯著(zhù)的提升，所以對于 IGBT 器件而言， 表面結構升級也是產(chǎn)品高端化的必經(jīng)之路。

制備溝槽型器件工藝壁壘高，設計-制造環(huán)節須歷經(jīng)長(cháng)期技術(shù)沉淀。溝槽柵 IGBT 的溝槽寬度僅有 1-2 μm，而溝槽深度要達到 4 μm 以上。因 此，通過(guò)酸腐蝕工藝制備溝槽時(shí)，須對溝槽的寬度和深度實(shí)現精確控 制。此外，溝槽壁亦要盡可能光滑以提升良率。同時(shí)，IGBT 溝槽底部 的倒角亦須圓潤、均一以免影響器件耐壓。而溝槽形貌與設備條件、 刻蝕工藝和后處理有著(zhù)十分緊密的聯(lián)系，須大力協(xié)調三者之間關(guān)系才 可規模量產(chǎn)溝槽形貌良好的 IGBT 產(chǎn)品。因此，功率半導體的制造工藝 壁壘較高，需要晶圓廠(chǎng)與芯片設計部門(mén)長(cháng)期合作，對器件的設計及制 造技術(shù)長(cháng)期打磨及優(yōu)化。

（2）背面工藝：對良率、成本影響顯著(zhù)，減薄和背金是關(guān)鍵。同以 IGBT 為例，背面工藝主要包括正面貼膜、背面減薄、背面清洗、背面 P 注入、激光退火、背面 B注入、背面金屬化、烘烤等。IGBT 4相較于 3 進(jìn)一步減薄了背面結構，使得開(kāi)關(guān)損耗進(jìn)一步降低，同時(shí)最高工作結 溫也從 125 ℃提升至 150 ℃，但相應的背面工藝復雜度也顯著(zhù)提升，主 要體現在晶圓減薄、注入及金屬化等工藝中。

在背面工藝易產(chǎn)生碎片。在晶圓被減薄至100-200 μm后，后續的摻雜 以及背面金屬化的過(guò)程中，亦會(huì )因為工藝控制及搬運不慎帶來(lái)碎片的 風(fēng)險。因此，在 wafer 尺寸超過(guò) 8 寸后，背面工藝難度提升，對 IGBT 良率影響也顯著(zhù)放大，目前能夠規模量產(chǎn) 12英寸 IGBT 的晶圓廠(chǎng)較少。 此外，使用場(chǎng)截止技術(shù)時(shí)，亦對背面摻雜工藝提出更高要求，須綜合考量深度、濃度、分布以及與集電極的匹配等影響因素，涉及的變量 較多，優(yōu)化難度大。

發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn) 2：封裝工藝。由于功率半導體工作環(huán)境極端，對可靠性和 壽命等要求較高，因此封裝工藝同樣是功率半導體的主要關(guān)注點(diǎn)。封 裝工藝主要從三種途徑進(jìn)行改進(jìn)：①提高芯片面積與占用面積之比； ②將封裝的電阻和熱阻減至最??；③將寄生電阻和電感減至最小。 TOLL可以被應用于離散型功率器件封裝。

車(chē)規級 IGBT模塊封裝技術(shù)壁壘更高，封裝質(zhì)量及散熱重要性突出。車(chē) 規級 IGBT 模塊是功率半導體封裝技術(shù)壁壘最高的產(chǎn)品之一。車(chē)規級封 裝是保障高溫運行、高功率密度、高可靠性的關(guān)鍵因素，不僅僅涉及 到芯片表面互連、貼片互連、端子引出、散熱等關(guān)鍵技術(shù)工藝。

直接液冷是目前車(chē)規 IGBT模塊的主流散熱方案。對于模塊散熱設計而 言，其結構設計難度大，需要廠(chǎng)商對熱力學(xué)及材料體系有較為深入的 理解。早期車(chē)規 IGBT 模塊采用基于銅基板的三明治結構，該設計散熱 性能差且結構笨重，限制模塊功率進(jìn)一步提升。為提升散熱能力，針翅直接水冷散熱結構以及更為先進(jìn)的雙面散熱被提出并廣泛采用，目 前日本電裝、日立以及英飛凌的雙面散熱模塊已實(shí)現商業(yè)化。

發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn) 3：材料迭代。功率半導體還專(zhuān)注于材料的迭代，現有第三 代半導體材料可有效提升原有硅基材料的性能，突破原有器件性能天 花板。以 SiC、GaN 等第三代半導體材料為基礎的功率半導體可在更高 頻、更高壓的環(huán)境下工作，性能上超過(guò)原有 Si基 IGBT 和 Si基MOSFET， 且原有的成本問(wèn)題也不斷得到了優(yōu)化。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）

2.2. 行業(yè)特性二：IDM模式與委外代工共存，技術(shù)迭代與產(chǎn) 能供給齊飛

半導體行業(yè)內主要存在 IDM與垂直分工兩種經(jīng)營(yíng)模式。IDM模式即垂 直一體化模式，是指半導體企業(yè)除進(jìn)行半導體設計外，業(yè)務(wù)范圍還包 括芯片制造、封裝和測試等所有環(huán)節。垂直分工模式則是將各個(gè)環(huán)節 劃分開(kāi)來(lái)，各家公司只專(zhuān)注經(jīng)營(yíng)一個(gè)環(huán)節，例如 Fabless 模式則僅專(zhuān)注 于半導體的設計和銷(xiāo)售環(huán)節，而芯片制造和封裝測試則交給 Foundry 模 式的純代工企業(yè)。

對于半導體產(chǎn)品公司而言，采用 IDM模式對企業(yè)技術(shù)、資金和市場(chǎng)份 額要求較高，具有典型的重資產(chǎn)屬性。公司不僅自身需要擁有研發(fā)設 計團隊，還需自建芯片制造、封裝和測試生產(chǎn)線(xiàn)，在完成半導體的設 計、芯片制造、封裝測試等環(huán)節后銷(xiāo)售給下游客戶(hù)。自建芯片制造和 封裝測試生產(chǎn)線(xiàn)就需要巨額的資金投入，如投資建設一條 8 英寸芯片制 造產(chǎn)線(xiàn)的資金約 30 億元人民幣，因此采用 IDM 模式的企業(yè)往往除了擁 有較強的研發(fā)技術(shù)實(shí)力外，還必須擁有雄厚的資本實(shí)力。在垂直分工 經(jīng)營(yíng)模式下采用 Fabless 模式僅需專(zhuān)注于從事產(chǎn)業(yè)鏈中的芯片設計和銷(xiāo) 售環(huán)節，能夠相對有效控制投入和成本。垂直分工模式在數字邏輯集 成電路領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。

功率行業(yè)中公司既有 IDM模式，也有垂直分工模式。國外IDM模式公 司有英飛凌、ON Semi、TI、STMicro、東芝等；國內公司 IDM 模式公司有華微電子、士蘭微、華潤微等。垂直分工模式中的 Fabless 包括新 潔能、斯達等；Foundry 則包括華虹半導體、世界先進(jìn)、中芯國際等。

功率半導體采用 IDM模式的主要優(yōu)勢：

（1）IDM模式具有技術(shù)的內部整合優(yōu)勢，有利于積累工藝經(jīng)驗，形成 核心競爭力。其研發(fā)及生產(chǎn)是一項綜合性的技術(shù)活動(dòng)，涉及到產(chǎn)品設 計與工藝研發(fā)等多個(gè)環(huán)節相結合，IDM 模式在研發(fā)與生產(chǎn)的綜合環(huán)節 長(cháng)期的積累會(huì )更為深厚，有利于技術(shù)的積淀和產(chǎn)品群的形成，從而有 助于形成更強的市場(chǎng)競爭力。

（2）IDM模式具備資源的內部整合優(yōu)勢，針對客戶(hù)定制化需求，IDM 模式能協(xié)同優(yōu)化設計與制造環(huán)節，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。因為功率半導 體屬于對工藝特色化、定制化要求較高的半導體產(chǎn)品，對設計、制造 以及封裝工藝環(huán)節結合的要求更高。在 IDM 企業(yè)內部，公司可以通過(guò) 構建主要產(chǎn)品工藝技術(shù)平臺，衍生開(kāi)發(fā)細分型號產(chǎn)品，并持續升級產(chǎn) 品工藝平臺，形成了“構建-衍生-升級”的良性發(fā)展模式，從而使得公司 細分型號產(chǎn)品能夠快速、“裂變式”產(chǎn)生，滿(mǎn)足下游多個(gè)領(lǐng)域的需求，最 終引致公司經(jīng)營(yíng)規模迅速增長(cháng)。相比 Fabless 模式經(jīng)營(yíng)的競爭對手，公 司能夠有更快的產(chǎn)品迭代速度和更強的產(chǎn)線(xiàn)配合能力，同時(shí)也可以根 據客戶(hù)需求進(jìn)行高效的特色工藝定制。

（3）制造環(huán)節重要性高，IDM模式享受更高產(chǎn)品附加值。功率半導體 屬于特色工藝產(chǎn)品，定制化要求較高，且細分產(chǎn)品出貨量較低。如果 將功率半導體交給晶圓廠(chǎng)進(jìn)行代工，無(wú)法達到足夠的規模效應，成本 較高。更重要在于公司將制造環(huán)節全部囊入公司業(yè)務(wù)，賺取了本該屬 于晶圓廠(chǎng)的利潤，有利于提高公司產(chǎn)品原有的產(chǎn)品附加值。

但 IDM具有明顯的重資產(chǎn)屬性，在擴大營(yíng)收，鞏固主要營(yíng)收市場(chǎng)方面 具有較大的約束性。隨著(zhù)全球新興產(chǎn)品的爆發(fā)以及以中國為代表的區 域性需求的快速擴張，純 IDM 公司產(chǎn)能供給無(wú)法有效跟上終端需求； 另外由于半導體行業(yè)的周期性，純 IDM 公司極容易受制于原有固定產(chǎn) 能，陷入被動(dòng)局面。因此 IDM模式+委外代工共存是商業(yè)模式未來(lái)的發(fā)展方向，既能隨市場(chǎng)波動(dòng)及時(shí)擴大或減少產(chǎn)能，也可以就近滿(mǎn)足區域 性市場(chǎng)需求。

2.3. 行業(yè)特性三：細分需求多樣化，依賴(lài)特色工藝平臺的 全面性和深度性

“平臺化多樣性”是特色工藝企業(yè)構筑競爭壁壘、打造競爭優(yōu)勢的核 心武器，工藝平臺越強大的企業(yè)，其在技術(shù)經(jīng)驗、服務(wù)能力和特殊化 開(kāi)發(fā)能力方面具有深厚的優(yōu)勢。

功率半導體行業(yè)細分需求多樣化，從大類(lèi)產(chǎn)品平臺，到不同電壓、不 同面積、不同封裝外形，交叉組合可形成千余種細分產(chǎn)品。以新潔能 的產(chǎn)品布局為例，公司主要分為四大產(chǎn)品平臺：溝槽型功率 MOSFET、 超結功率 MOSFET、屏蔽柵功率 MOSFET 和 IGBT；每個(gè)平臺下又根據 不同的電壓、不同的結構進(jìn)行分類(lèi)；之后為了滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，需要 調整芯片面積、采用多達三十余種封裝外形以及進(jìn)行單管、功率模塊 或者智能功率模塊的集成封裝，因此近二十個(gè)子工藝平臺疊加不同電 壓系列、不同面積系列以及不同封裝系列，交叉組合會(huì )得到 1000 余款 細分型號的產(chǎn)品。

功率半導體產(chǎn)品由于根據客戶(hù)定制要求所產(chǎn)生的的細分需求多樣化， 但各細分類(lèi)型需求量相對 IC產(chǎn)品較小，因而公司要想在行業(yè)內獲得足 夠的市場(chǎng)競爭力，對于特色化工藝平臺的全面性和深度性要求極高。

3.趨勢一：電車(chē)及光伏是功率半導體需求增長(cháng)主動(dòng)力

新能源汽車(chē)滲透及光伏加速建設是功率半導體市場(chǎng)快速增長(cháng)的最主要 驅動(dòng)力。 電動(dòng)車(chē)：從 ICE（內燃車(chē)）到 MEV（輕度混合動(dòng)力汽車(chē)），再從 MEV 到 BEV（電池電動(dòng)汽車(chē)），單輛電動(dòng)車(chē)內部的功率器件數量在不斷增加， 再加上配套設備充電樁所含有的功率器件數量，單車(chē)驅動(dòng)的功率器件 規模大幅增長(cháng)。 光伏：受益于“碳中和”成為大國共識疊加發(fā)電成本下降，全球光伏 裝機量亦將持續快速提升，功率半導體作為逆變器核心器件，亦將迎 來(lái)量?jì)r(jià)齊升。

3.1. 電車(chē)：汽車(chē)邁向純電動(dòng)化，功率半導體量?jì)r(jià)齊升

3.1.1. 新能源汽車(chē)持續放量，汽車(chē)電動(dòng)化大勢所趨

電動(dòng)汽車(chē)主要分為 MHEV、PHEV與 BEV三種大類(lèi)。MHEV為輕度混 合動(dòng)力汽車(chē)，只是在發(fā)動(dòng)機上安裝小型電動(dòng)機，幫助改善發(fā)動(dòng)機的啟/ 停過(guò)程；PHEV 為插電式混合動(dòng)力汽車(chē)，同時(shí)利用電動(dòng)機與發(fā)動(dòng)機進(jìn)行 驅動(dòng)，且可以利用外接電源進(jìn)行充電；BEV 為純電動(dòng)汽車(chē)，利用蓄電 池存儲動(dòng)力，利用電動(dòng)機進(jìn)行電能驅動(dòng)。

隨技術(shù)不斷完善及全球政府的大力推進(jìn)，新能源汽車(chē)未來(lái)有望保持較 高增速： 供給端來(lái)看。特斯拉等造車(chē)新勢力通過(guò)打造全新的用戶(hù)體驗及產(chǎn)品模 式，倒逼傳統廠(chǎng)商向新能源轉型，形成良性循環(huán)，大量?jì)?yōu)質(zhì)新能源車(chē) 型被紛紛推向市場(chǎng)。 需求端來(lái)看：購車(chē)群體對新能源車(chē)逐步產(chǎn)生認識疊加政府的大力推進(jìn)， 新能源汽車(chē)消費人群逐步起量。因此，新能源車(chē)未來(lái)有望逐步替代傳 統能源汽車(chē)，成為汽車(chē)市場(chǎng)增長(cháng)的主要驅動(dòng)力。

2021年全球新能源車(chē)出貨量快速增長(cháng)。進(jìn)入2021年后，全球出貨量快 速增長(cháng)，截至 2021 年上半年，全球新能源車(chē)出貨量超過(guò) 250 萬(wàn)輛，預 計全年增速將超過(guò)50%。從出貨結構看，純電動(dòng)和插混動(dòng)力占據全球約 99%份額，氫燃料電池汽車(chē)占比約為 1%。

分地區來(lái)看，中國是全球最大市場(chǎng)之一，2021增速較快。2020年，中 國占據全球新能源汽車(chē)出貨 41.27%，歐洲這一份額為 43.06%，二者是全球最大的新能源汽車(chē)市場(chǎng)。從銷(xiāo)售結構來(lái)看，國內純電動(dòng)車(chē)占據新能 源汽車(chē)銷(xiāo)量比重為81.6%，混合動(dòng)力車(chē)占比為18.60%，氫燃料電池汽車(chē) 占比僅為 0.07%。

銷(xiāo)量增長(cháng)有望持續，拉動(dòng)上游汽車(chē)電子需求。隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟與 成本的顯著(zhù)下降，新能源汽車(chē)的用戶(hù)體驗得到了顯著(zhù)的提升，隨著(zhù)消 費者需求不斷釋放，未來(lái)中國乃至全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將維持長(cháng)期高 速增長(cháng)，行業(yè)進(jìn)入高景氣周期，預計 2021-2026 年的 CAGR 將接近 30%。 隨著(zhù)下游新能源汽車(chē)需求不斷釋放，汽車(chē)電子作為新能源車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的 上游有望充分受益。

3.1.2. 汽車(chē)電動(dòng)化核心元件，功率半導體量?jì)r(jià)齊升

功率半導體在汽車(chē)中主要負責能量轉換，電動(dòng)車(chē)功率半導體用量提升。 燃油車(chē)的功率半導體應用場(chǎng)景主要包括啟停模塊、車(chē)燈、引擎、車(chē)身、 音響控制、防盜以及動(dòng)力傳輸系統等。而對于電動(dòng)車(chē)而言，功率半導 體用量在燃油車(chē)的基礎上顯著(zhù)提升，主要增量體現在車(chē)載充電系統 （OBC）、電池管理（BMS）、高壓負載、高壓轉低壓 DCDC、主驅動(dòng) 等，用量相比于傳統燃油車(chē)顯著(zhù)提升，將成為電動(dòng)車(chē)核心元件之一。

相比燃油車(chē)，電動(dòng)車(chē)功率半導體復雜度亦顯著(zhù)提升。燃油車(chē)功率器件 電壓等級低，40 V的功率 MOSFET 即可滿(mǎn)足 EPS (電動(dòng)助力轉向系統) 和 EPB (電子駐車(chē)制動(dòng)系統) 等核心安全系統要求。此外，燃油車(chē)動(dòng)力 總成電壓往往在 30 V左右，電助力制動(dòng)器電壓 70 V左右，單車(chē)平均電 氣功率不超過(guò) 20 kW，因此高性能車(chē)規低壓 MOSFET 即可滿(mǎn)足車(chē)輛低 功耗需求。

而對于新能源汽車(chē)而言，相比于傳統能源車(chē)多出了主電機驅動(dòng)、DCDC、 OBC、車(chē)載電動(dòng)空調、電池管理（BMS）等部件，其中純電動(dòng)主電機 驅動(dòng)功率往往可超過(guò) 100 kW，發(fā)電機功率平均達到 30 kW，單車(chē)平均 功率要遠超出傳統燃油汽車(chē)。此外，與傳統汽車(chē)不同的是，由于較高 的驅動(dòng)功率、電壓以及高能耗敏感度，電動(dòng)車(chē)廠(chǎng)往往會(huì )采用導通壓降 小、工作電壓高的 IGBT 模塊，而非在傳統燃油車(chē)中采用的 MOSFET，單車(chē)功率半導體復雜度亦將呈現顯著(zhù)提升。

隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)加速滲透，功率半導體單車(chē)價(jià)值量上升趨勢明顯。根據英 飛凌、strategy analytics 和 IHS Markit 的統計數據，ICE（內燃車(chē)）內功 率半導體價(jià)值 71 美元，總成本占比不足 10%；而 PHEV和 BEV 二者平 均功率半導體價(jià)值量為 330 美元，占總成本的 39.56%，相比 ICE 的功 率半導體價(jià)值量增加了約 240 美元。

3.1.3. 車(chē)規級功率空間廣闊，IGBT和 MOSFET增速快

IGBT及 MOSFET是汽車(chē)功率半導體價(jià)值量提升的主要推力。傳統汽 車(chē)中蓄電池電壓主要為 12 V或 24 V，分立功率器件主要被應用于調節 各低壓工作單元的通斷，因此最常用的分立器件是 MOSFET，用以控 制車(chē)燈、天窗、雨刷等模塊。而對于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池電壓往往 要大于 300 V，且平均功率亦顯著(zhù)提升（這意味著(zhù)流經(jīng)功率模塊電流顯 著(zhù)提升），因而往往在關(guān)鍵環(huán)節會(huì )使用能夠適應高電壓、大電流的 IGBT 模塊，同時(shí) MOSFET 的用量及價(jià)值量亦顯著(zhù)上升。在下文中，我們主 要對新能源汽車(chē)的 5 大增量模塊進(jìn)行梳理。

對大多數車(chē)型而言，電驅逆變器核心部件是 IGBT和 FRD。逆變器可 選的方案主要為硅 MOSFET、IGBT 以及 SiC 方案，MOSFET 主要應用 于 A00 級車(chē)型，市場(chǎng)占有率較低，且未來(lái)有望被 IGBT 所取代。SiC 目 前受限于高成本及產(chǎn)能釋放，3-5 年維度來(lái)看難以大規模放量，因此 IGBT 是電驅逆變器最為主流的方案。

以典型主控功率逆變器為例，IGBT和 FRD用量大。以單驅為例，旺 材電機與電控披露，英飛凌的部分產(chǎn)品由六橋臂單元（內含 6 組 IGBT、 6 組 FRD）構成，其中每個(gè)橋臂包含 3 顆 IGBT 芯片、3 顆 FRD 芯片， 共計 18 顆 IGBT 和 18 顆 FRD。

高壓轉低壓 DC-DC：開(kāi)關(guān)元件主要是 MOSFET，功率二極管用量多。 該模塊幾乎被應用于所有新能源車(chē)型中，功率范圍在 2 kW 左右，其主 要作用是取代傳統汽車(chē)中的 12V發(fā)電機，將動(dòng)力電池的高壓電轉換為低 壓電，隨后被低壓蓄電池收集。此外，部分方案可能會(huì ) 采用 IGBT 作為開(kāi)關(guān)器件。

OBC：中高端產(chǎn)品采用 IGBT，中低端為 MOSFET方案。OBC的主要 作用是將充電樁交流電轉換為動(dòng)力電池所需要的直流電，并依據 BMS 提供的數據，實(shí)現對電壓、電流等參數的動(dòng)態(tài)調節。IGBT 單管或者高 壓 MOSFET 等開(kāi)關(guān)器件則是 OBC 中實(shí)現 DC-DC 轉換模塊的核心開(kāi)關(guān) 器件。

電池管理（BMS）：核心分立器件為 MOSFET。BMS主要用來(lái)可監控 并調節電動(dòng)車(chē)電池的充放電過(guò)程，通過(guò)對電池的電壓、溫度、容量、 荷電狀態(tài)等指標的監測，實(shí)現對剩余電量的有效利用并避免電池的過(guò) 充損耗。在電動(dòng)車(chē)中，每一電池組往往都有其獨立的 BMS 系統，用以 確保行車(chē)安全。

新能源汽車(chē) MOSFET、IGBT 單車(chē)價(jià)值量提升，市場(chǎng)空間快速增長(cháng)。 MOSFET 來(lái)看，根據 Yole 數據及我們的測算，新能源汽車(chē)（EV/HEV） 的 MOSFET 單車(chē)價(jià)值量有望達到 31美金，相比于傳統燃油汽車(chē)的 19美 金，增長(cháng)約 12 美金。IGBT 來(lái)看，結合全球汽車(chē)銷(xiāo)量和 Yole，我們預估 2020 年新能源汽車(chē)（包括 EV和 HEV）單車(chē) IGBT 價(jià) 值量約為 204 美金。進(jìn)一步，在新能源汽車(chē)拉動(dòng)下，國內電動(dòng)車(chē) IGBT 市場(chǎng)空間從 2020 年的 2.0 億美金成長(cháng)至 2026 年的 22.3 億美金，CAGR 為 49.9%。MOSFET 市場(chǎng)來(lái)看，由于燃油車(chē)亦采用 MOSFET 功率器件， 我們測算 2020 年國內車(chē)規 MOSFET 市場(chǎng)空間為 5.0 億美金，2026 年將 達到 6.5 億美金，2020-2026 年 CAGR 為 4.6%。

核心假設：假設國內汽車(chē)出貨量平均每年 2500 萬(wàn)輛，采用Si-MOSFET 逆變器車(chē)型 2020-2026 出貨量預估為 20/28/32/35/40/42/44 萬(wàn)輛，SiC MOSFET 逆 變 器 車(chē) 型 在 2020-2026 年 出 貨 量 占 比 分 別 為
15.0%/11.4%/12.4%/15.4%/18.4%/20.4%/22.4%。此外，綜合考慮新能源 汽車(chē)逐步在中端及高端車(chē)型滲透，以及 IGBT 廠(chǎng)商的降價(jià)，假設 2020- 2026 年新能源汽車(chē) IGBT 價(jià)值量保持穩定。

此外，充電基礎設施是電動(dòng)車(chē)必不可少的配套設施，其內部也含有較 大數量的功率器件。以典型的直流充電樁為例，三相交流380V輸入電 壓經(jīng)過(guò)兩路 AC/DC 電路并聯(lián)后，得到 800V直流母線(xiàn)電壓，然后經(jīng)過(guò)兩 路全橋 LLC DC/DC 電路，輸出 250V到 950V（或 750V）高壓給電動(dòng)汽 車(chē)充電使用，從拓撲電路來(lái)看，充電樁包含的功率器件較多。

充電基礎設施的充電效率越高，則對充電功率要求越高，繼而需要的功率器件也越多。根據英飛凌的數據，隨著(zhù)DC充電系統的功率的增大， 充電時(shí)間不斷減小，但每個(gè) DC 充電系統所含的功率器件價(jià)值處于上升 趨勢。20 kW 充電系統所含功率器件主要為 Si 基，價(jià)值 40 美元；150 kW 充電系統所含功率器件也主要為 Si基，價(jià)值 300 美元；而 350 kW 充電系統所含功率器件變?yōu)?SiC 基，價(jià)值3500 美元，價(jià)值相較于20 kW 充電系統提升明顯。因此整個(gè)電動(dòng)車(chē)系統所需的功率器件不僅包含電 動(dòng)車(chē)本身所擁有的，也包含充電樁內所必需的，因此電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展 所帶動(dòng)的功率器件市場(chǎng)，超過(guò)我們單純依據電動(dòng)車(chē)內功率器件價(jià)值量 所算出的增量市場(chǎng)。

3.2. 光伏：全球光伏裝機量提升，推動(dòng)功率半導體需求增長(cháng)

3.2.1. 光伏裝機量快速提升，逆變器需求將迎爆發(fā)

光伏逆變器是太陽(yáng)能光伏系統的心臟。光伏逆變器主要由輸入濾波電 器、DC/DC MPPT 電路、DC/AC 逆變器、輸出濾波電路、核心控制單 元電路組成。逆變器在光伏電站中占據核心地位，是連接電網(wǎng)和光伏 系統的關(guān)鍵樞紐，其主要功能是將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電轉化為 交流電，并入電網(wǎng)或供負載使用。逆變器的性能對電站運行平穩性、 發(fā)電效率和使用年限都會(huì )產(chǎn)生直接影響。此外，逆變器還負責整個(gè)光 伏系統的智能化控制，能夠通過(guò)最大功率電追蹤（MPPT）顯著(zhù)提升系 統發(fā)電效率，對系統狀態(tài)進(jìn)行監控、調節和保護。

集中式逆變器和組串式逆變器占據裝機規模近90%的份額，是當前行 業(yè)主流。光伏逆變器的發(fā)展過(guò)程中，出現了集中式逆變器、集散式逆 變器、組串式逆變器和微型逆變器四大類(lèi)，當前集中式和組串式逆變 器占據近 90%的裝機規模。

集中式逆變器體積大、功率高，通常功率在 500kW 以上，只適用于大 型地面集成式光伏電站。組串式逆變器體積小、易安裝、功率小，功 率略小于集中式逆變器，可調節多塊光伏組件的電流輸出，適用于分 布式光伏系統。隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展，組串式逆變器逐漸也可用于大功率電 站場(chǎng)景，疊加其安裝方便等優(yōu)勢，滲透率迅速提升。2020 年國內組串 式逆變器出貨量已占據市場(chǎng) 65%以上的份額。

乘政策之東風(fēng)，全球光伏市場(chǎng)方興未艾。隨著(zhù)全球多個(gè)國家陸續提出 碳中和的相關(guān)政策，光伏發(fā)電在全球的能源占比未來(lái)將不斷提升。全 球來(lái)看，光伏發(fā)電不僅在歐美日等發(fā)達地區蓬勃發(fā)展，在中東、南美 等地區也在快速起量，目前已經(jīng)成為清潔、低碳并具備一定價(jià)格優(yōu)勢 的發(fā)電形式。2021 年，在光伏發(fā)電成本持續下降 及全球政府大力支持等有利因素的推動(dòng)下，全球光伏新增裝機量有望 快速增長(cháng)。

國內光伏市場(chǎng)空間廣闊。2020年，國內光伏新增裝機48.2GW，創(chuàng )歷史 第二高，同比增加 60.1%。2020 年由于受到疫情影響，20H1 新增光伏 裝機規模較少的情況下，下半年光伏裝機快速發(fā)展，12 月單月新增光 伏裝機規模達到 29.5 GW，創(chuàng )歷史新高。

光伏新增裝機放量疊加存量替代空間擴大，逆變器滲透率提升。光伏 新增裝機速度逐年提升，市場(chǎng)需求不斷擴大，作為光伏電站系統核心 的逆變器有望迎來(lái)量?jì)r(jià)齊升。此外，存量市場(chǎng)方面，考慮到光伏逆變 器壽命一般在 10 年左右，當前存量替換需求主要來(lái)自 2010 年前后分布于歐洲地區的光伏裝機。國內光伏裝機于 2013 年起騰飛，因此預計未 來(lái) 2-3 年國內存量替換市場(chǎng)也將不斷擴大。如果假設存量替代為 10 年 前的新增規模，則未來(lái)存量替代亦將顯著(zhù)拉動(dòng)光伏逆變器的需求。綜 上，光伏裝機增量與存量的相互作用，將帶動(dòng)光伏逆變器滲透率不斷 提升、市場(chǎng)空間顯著(zhù)擴大。

3.2.2. IGBT是逆變器核心，國內市場(chǎng)空間廣闊

IGBT等功率半導體是逆變器實(shí)現直流轉交流的關(guān)鍵所在，在逆變器成 本中約占據 13%的價(jià)值。IGBT 和MOSFET 等電力電子開(kāi)關(guān)器件的高頻 率開(kāi)合特性是逆變器實(shí)現直流電轉交流電這一基礎功能的基礎。逆變 器生產(chǎn)所需原材料主要包括電子元器件、機構件以及輔助材料，其中 電子元器件包括功率半導體、集成電路、電感磁性元器件、PCB 線(xiàn)路 板、電容、開(kāi)關(guān)器件、連接器等，機構件主要為壓鑄件、鈑金件等， 輔助材料主要包括塑膠件等絕緣材料。根據固德威招股說(shuō)明書(shū)披露， 機構件、電感、IGBT 功率器件為 3 大核心耗材，占據近 60%的成本， 其中 IGBT 功率器件占據約 13%，位列第三。

全球逆變器 IGBT市場(chǎng)擴容，國內逆變器廠(chǎng)商市占率高。我國逆變器產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)大量的研發(fā)積累，近年來(lái)不斷從海外品牌 ABB、SMA、TMEIC 等手中搶奪市場(chǎng)份額，形成了華為、陽(yáng)光電源、錦浪、固德威等諸多 逆變器全球龍頭企業(yè)，當前中國逆變器出貨全球市占率已經(jīng)超過(guò)65%。

2026 年國內光伏逆變器 IGBT需求有望超過(guò) 40 億人民幣。根據測算， 我們預估 2026 年全球光伏 IGBT 市場(chǎng)需求將從 2020 年的 28.3億元提升 至 63.5 億元。若假設國內廠(chǎng)商能拿到 65%的市場(chǎng)份額，則國內光伏 IGBT 需求將從 2020 年的 18.4 億元提升至 2026 年的 41.3 億元，CAGR 達到 14.4%。 由此可見(jiàn)，光伏放量驅動(dòng)逆變器市場(chǎng)規模擴大，逆變器進(jìn)一步為光伏 IGBT 帶來(lái)巨大的增長(cháng)潛力，光伏 IGBT 有望迎來(lái)量?jì)r(jià)齊升。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）

4.趨勢二：國內廠(chǎng)商加速追趕，市場(chǎng)份額有望提升

對于功率半導體企業(yè)而言，想實(shí)現市場(chǎng)份額及營(yíng)收規模的快速提升， 關(guān)鍵有二：

1、能力：國內廠(chǎng)商技術(shù)和平臺化（產(chǎn)品覆蓋度）是核心要素。全球功 率器件市場(chǎng)基本為英飛凌等國際大廠(chǎng)壟斷，國內廠(chǎng)商目前仍主要集中 在二極管、低壓 MOSFET 等低端功率器件市場(chǎng)。短時(shí)間內，國內廠(chǎng)商 要想增強市場(chǎng)競爭力，實(shí)現國產(chǎn)替代，最主要是在產(chǎn)品技術(shù)和平臺化 建設上做出足夠的投入。

產(chǎn)品技術(shù)方面：設計、制造及封裝工藝加速研發(fā)追趕。盡管功率半導 體對設計、制造、模塊封裝乃至材料等技術(shù)都有較高的要求，但技術(shù) 迭代速度較慢，國內廠(chǎng)商通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同有望突破壁壘，強化技術(shù)和 產(chǎn)品競爭力。 平臺化建設方面：“平臺化多樣性”是特色工藝企業(yè)構筑競爭壁壘、打 造競爭優(yōu)勢的核心武器，工藝平臺越強大的企業(yè)，其在技術(shù)經(jīng)驗、服 務(wù)能力和特殊化開(kāi)發(fā)能力方面具有深厚的優(yōu)勢，因此足夠全面性和深 度性的特色化工藝平臺有助于增強公司的競爭力。

2、機遇：缺貨周期恰逢產(chǎn)能釋放，是實(shí)現客戶(hù)導入的重要契機。功率 半導體平均價(jià)值量低、在產(chǎn)品及系統效能中重要性高，下游客戶(hù)通常不會(huì )輕易更換供應商，新進(jìn)入者實(shí)現客戶(hù)導入難度大。通過(guò)復盤(pán)過(guò)往 半導體景氣周期，我們發(fā)現在缺貨時(shí)期恰逢產(chǎn)能釋放是實(shí)現客戶(hù)導入 的重要契機，公司有望借機獲得長(cháng)期成長(cháng)機遇。

4.1. 英飛凌市占率領(lǐng)先，行業(yè)格局相對分散

功率半導體市場(chǎng)以英飛凌為龍頭廠(chǎng)商，整體市場(chǎng)份額相對分散。根據 IHS markit 的統計數據，2019 年功率半導體市場(chǎng)龍頭廠(chǎng)商英飛凌市場(chǎng)份 額為 19%，其次為安森美公司，占 8%，之后各公司的市場(chǎng)份額均不超 過(guò) 6%，整體市場(chǎng)份額相對分散。

從橫向角度看，2015年后市場(chǎng)集中度整體有所下降，行業(yè)集中度水平 CR10 下降 5.9%，CR5 下降 2.8%。根據 IHS markit 的統計數據，自 2009 年后，市場(chǎng)集中度整體處于上升趨勢，行業(yè)整合增多，頭部效應 不斷加強，且 top1 廠(chǎng)商始終為英飛凌，所占份額不斷增多，從 2009 年 的 11%增加到 2019 年的 19%；但是 2015年后，市場(chǎng)集中度整體有所下 降，市場(chǎng)份額相對分散。從長(cháng)周期角度看，功率半導體行業(yè)集中度水 平 CR1將維持在 20%左右，CR5將維持在 40%左右，CR10將維持在 60%左右。

頭部功率半導體廠(chǎng)商均為 IDM模式，行業(yè)格局較為穩定。根據 IHS markit 的統計數據，2009 年，功率半導體前五廠(chǎng)商分別為英飛凌、 Toshiba、Fairchild、Mitsubishi 和 STMicro；2019 年功率半導體前五廠(chǎng) 商分別為英飛凌、ON Semi、STMicro、Mitsubishi 和 Toshiba。其中 Fairchild 在 2016 年被 ON Semi 收購，ON Semi從而代替 Fairchild 出現 在榜單上?？傮w來(lái)看，排除份額的變化，功率半導體前 5 廠(chǎng)商位序變動(dòng) 不大。

從 2019年數據來(lái)看，功率半導體前十廠(chǎng)商基本為歐美日功率大廠(chǎng)，中 國廠(chǎng)商暫時(shí)處于弱勢地位。從 2019 年的統計數據可以看出，英飛凌、 STMicro 為 歐洲 廠(chǎng)商 ，ONSemi、Vishay 和 ROHM 為美 國廠(chǎng) 商 ， Mitsubishi、Toshiba、Fuji Electric 和 Renesas 為日本廠(chǎng)商，Nexperia 本為 歐洲廠(chǎng)商，現已被聞泰科技收購。整體而言，中國功率半導體廠(chǎng)商暫 時(shí)處于弱勢地位，市場(chǎng)份額較低。

4.2. 國內廠(chǎng)商快速發(fā)展，競爭實(shí)力不斷強化

中國是最大的功率半導體需求國之一，占據全球功率半導體30%的需求。 但國內功率半導體行業(yè)發(fā)展相對滯后。歷經(jīng)多年追趕，隨著(zhù)國內半導 體行業(yè)整體的崛起，功率半導體行業(yè)亦迎來(lái)新轉機。新能源汽車(chē)、光 伏帶來(lái)功率器件新應用場(chǎng)景，國產(chǎn)廠(chǎng)商有望抓住機遇，打破國外壟斷 市場(chǎng)，實(shí)現部分功率半導體的國產(chǎn)替代，主要依據有三：

一、 技術(shù)研發(fā)層面，與國外廠(chǎng)商差距不斷縮小。經(jīng)過(guò)多年的積累， 國內廠(chǎng)商如士蘭微、時(shí)代電氣、斯達半導、比亞迪、華虹等廠(chǎng)商 已取得很大的技術(shù)進(jìn)步，與海外巨頭之前的技術(shù)差距正在縮小， 國產(chǎn)化進(jìn)程正加速進(jìn)行。

二、 客戶(hù)服務(wù)層面，本土廠(chǎng)商有更強配套優(yōu)勢。國內新能源汽車(chē)、 光伏逆變器等新興需求增速領(lǐng)先全球，是最大的市場(chǎng)之一，本土 廠(chǎng)商有望憑借更積極的響應和定制化的服務(wù)，實(shí)現份額的提升。

三、 供應鏈層面，疫情證明國內供應鏈實(shí)力。疫情在運輸及生產(chǎn) 方面影響全球供給，而國內強大的疫情控制能力使得供應鏈得以 第一時(shí)間保障，證明了國內制造業(yè)供應鏈的實(shí)力。未來(lái)更多國內 的廠(chǎng)商愿意去嘗試引入本土供應商，保障供應鏈安全。

因此，我們認為未來(lái)國內的功率半導體無(wú)論是二極管/晶閘管，還是 MOSFET，乃至難度更高的 IGBT，市場(chǎng)份額均有望顯著(zhù)提升，實(shí)現功 率半導體的國產(chǎn)替代。

4.2.1. 二極管/晶閘管

對于二極管和晶閘管而言，由于技術(shù)壁壘較低，國內廠(chǎng)商市占率較高：

1、 晶閘管?chē)鴥葟S(chǎng)商份額領(lǐng)先。在晶閘管的市場(chǎng)格局方面，根據 IHS Markit 和 WSTS 的統計數據，2019 年度瑞能半導體晶閘管產(chǎn)品的全 球市場(chǎng)占有率為 21.8%，全球排名第二，中國市場(chǎng)占有率達 36.2%， 國內排名第一。此外，根據捷捷微電披露，公司部分晶閘管產(chǎn)品占 據國內同類(lèi)產(chǎn)品 50%左右份額，部分產(chǎn)品的技術(shù)參數媲美進(jìn)口同類(lèi) 產(chǎn)品。

2、 二極管市場(chǎng)較為分散，國內出口金額大于進(jìn)口。二極管技術(shù)簡(jiǎn)單， 中國大陸廠(chǎng)商憑借低成本及政府的大力扶持快速崛起。從今年來(lái)的 進(jìn)、出口金額來(lái)看，二極管?chē)a(chǎn)替代率較高，并遠銷(xiāo)海外。

4.2.2. MOSFET

中國占全球 MOSFET 需求 38%，國內廠(chǎng)商份額較低。就 MOSFET 競爭格局而言，英飛凌為分立 MOSFET 全球龍頭廠(chǎng)商，市場(chǎng)份額占 24.6%，中國廠(chǎng)商主要有 Nexperia 和華潤微（China Resources）， 分別占 4%和 3%的市場(chǎng)份額。我們將從國內廠(chǎng)商 MOSFET產(chǎn)品下游覆蓋的廣度以及技術(shù)深度兩個(gè)角 度出發(fā)，探討國產(chǎn) MOSFET供應鏈競爭力：

1、通過(guò) MOSFET電壓等級來(lái)看產(chǎn)品覆蓋廣度。從下游應用來(lái)看，不 同電壓等級對應不同應用場(chǎng)景。其中，低壓 MOSFET 應用十分廣 泛，2021 年上半年受益于消費電子的旺盛需求，拉動(dòng)低壓 MOSFET 出 貨快速增長(cháng)，有望達到 36 億美金。此外，中電壓和高電壓的 MOSFET 主要被應用于電網(wǎng)、汽車(chē)、基站以及工控中，市場(chǎng)需求亦穩步增長(cháng)。

國內 MOSFET產(chǎn)品覆蓋大多數電壓等級，市場(chǎng)覆蓋范圍廣。通過(guò)梳理 國內主要上市公司 MOSFET 的主要電壓等級（包括 P型和 N型溝道）， 我們發(fā)現國內公司產(chǎn)品覆蓋廣度已經(jīng)可滿(mǎn)足大部分的下游應用需求。 其中從電壓范圍 來(lái)看，華潤微 、士蘭微、新潔 能、捷捷微電 的MOSFET 產(chǎn)品覆蓋面較廣。

2、從器件結構來(lái)國內廠(chǎng)商技術(shù)進(jìn)步。

目前國內廠(chǎng)商大部分已掌握超結及溝槽 MOSFET工藝。目前來(lái)看，國 內廠(chǎng)商華潤微、士蘭微等廠(chǎng)商均已掌握平面、溝槽及超結 MOSFET 產(chǎn) 品的設計、生產(chǎn)能力，在器件結構技術(shù)方面已和國外廠(chǎng)商并駕齊驅?zhuān)?技術(shù)實(shí)力有望不斷提升。

技術(shù)進(jìn)步疊加產(chǎn)品線(xiàn)逐漸豐富，大陸 MOSFET 廠(chǎng)商有望崛起。從 MOSFET 產(chǎn)品種類(lèi) 來(lái)看，新潔 能 MOSFET 產(chǎn)品種類(lèi)已經(jīng)達到 1300 種以上，雖然與英飛凌（超 2500 種 MOSFET 產(chǎn)品）尚有一定差距，但亦能說(shuō)明國內 MOSFET 廠(chǎng)商已形成了豐富的產(chǎn)品結構，可為下游應用領(lǐng)域提供綜合解決方案。隨著(zhù)技術(shù) 的不斷突破，對于中高端的 MOSFET 市場(chǎng)而言，下游客戶(hù)對器件性能 及客戶(hù)匹配的重視程度要高于低端 MOSFET，國內廠(chǎng)商有望憑借技術(shù) 突破及本土化優(yōu)勢實(shí)現客戶(hù)的快速導入。

4.2.3. IGBT

就 IGBT競爭格局而言，在分立 IGBT方面，全球龍頭供應商為英飛凌， 市場(chǎng)份額占 32.5%，中國廠(chǎng)商士蘭微進(jìn)入前十，市場(chǎng)份額占 2.2%； 在 IPM方面（下游主要是消費和工業(yè)），全球龍頭供應商為三菱電機， 市場(chǎng)份額占 37%，中國廠(chǎng)商士蘭微再次進(jìn)入前十，市場(chǎng)份額占1%（在 IPM領(lǐng)域份額較高）。

在 IGBT模組方面，英飛凌為全球絕對龍頭，市場(chǎng)份額占35.6%，中國廠(chǎng)商斯達排名第八，市場(chǎng)份額 2.4%。中國廠(chǎng)商進(jìn)入 IGBT 行業(yè)較晚， 但是通過(guò)研發(fā)交流，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，中國廠(chǎng)商目前已經(jīng)研發(fā)出第六代 FSTrench IGBT，并在第七代 RC IGBT 上具備相應的技術(shù)儲備，同時(shí)隨著(zhù) 政府對中國 IGBT 企業(yè)的政策支持，疊加中國下游市場(chǎng)對產(chǎn)品的大量需 求，中國企業(yè)有望實(shí)現大規模的國產(chǎn)替代，后來(lái)居上與國際巨頭正面 競爭。

我們同樣從國內廠(chǎng)商 IGBT產(chǎn)品下游覆蓋的廣度以及技術(shù)能力兩個(gè)角度 出發(fā)，探討國產(chǎn) IGBT供應鏈競爭力：

1、覆蓋廣度來(lái)看：國內廠(chǎng)商 IGBT產(chǎn)品電壓范圍內覆蓋主要應用。車(chē)規級 IGBT 模塊和分立器件電壓范圍主要涵蓋 750 V-1400 V，工業(yè)應用 IGBT 模塊電壓范圍往往在 1200 V以上。國內 廠(chǎng)商的產(chǎn)品電壓規格目前大部分已經(jīng)涵蓋 500-1400 V，卡位下游最主要 的車(chē)規及工業(yè)分立器件應用，成長(cháng)性較高。此外，斯達半導等公司的 產(chǎn)品電壓范圍已經(jīng)覆蓋 3300 V 以上，在高端工業(yè)應用等領(lǐng)域具備較強 競爭力。

2、電學(xué)參數來(lái)看：部分國內車(chē)規級 IGBT模塊性能已與國外廠(chǎng)商相當。 英飛凌是 IGBT 模塊的主流廠(chǎng)商，尤其是在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，其 Hybrid PACK 產(chǎn)品客戶(hù)覆蓋寶馬新能源以及國內的精進(jìn)電機、上海電驅動(dòng)、匯 川等供應商。此外英飛凌還推出可用于重型卡車(chē)、客車(chē)的 Econodual、 Prime PACK系列模塊，產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先且應用廣泛。通過(guò)與英飛凌 Econodual 1200 V/600 A電 動(dòng)汽車(chē) IGBT 模塊的關(guān)鍵參數對比，可發(fā)現其電學(xué)性能與國外產(chǎn)品相當， 部分性能如飽和壓降 VCE(sat)等相較于國外產(chǎn)品性能更加優(yōu)異。

3、模塊散熱來(lái)看：目前國內廠(chǎng)商在直接液冷方案已實(shí)現突破。盡管雙面冷卻更為先進(jìn)，但我們預計單面液冷仍在一段時(shí)間是下游電動(dòng)車(chē)模 塊的主要散熱方案。此外，對于雙面冷卻模塊方案（主要用于高端 新能源車(chē)型如雷克薩斯等），國內廠(chǎng)商也在加速突破。隨著(zhù)國內 IGBT 廠(chǎng)商已突破下游應用較為廣泛的直接液冷方案，以及在雙面冷卻封裝 領(lǐng)域的持續研發(fā)投入，IGBT 模塊封裝能力在電動(dòng)車(chē)等下游新興領(lǐng)域已 經(jīng)有了較高競爭力。

技術(shù)進(jìn)步疊加下游需求放量，國內 IGBT廠(chǎng)商有望崛起。通過(guò)上文對國 內廠(chǎng)商 IGBT 產(chǎn)品的梳理，在器件電壓覆蓋范圍及技術(shù)指標均滿(mǎn)足電動(dòng) 車(chē)等新興下游領(lǐng)域的需求。

國內廠(chǎng)商在車(chē)規 IGBT領(lǐng)域滲透率有望持續提升。根據斯達半導的招股書(shū)披露，隨著(zhù) IGBT 電學(xué)性能的不斷 提升，公司 IGBT 模塊已進(jìn)入到匯川、上海電驅動(dòng)等國產(chǎn)電驅動(dòng)供應商。 此外，在中低端 IGBT 領(lǐng)域，如家電 IPM、 工業(yè)單管及模塊等應用中，國內廠(chǎng)商有望通過(guò)性?xún)r(jià)比優(yōu)勢實(shí)現份額的穩步增長(cháng)。

4.3. 缺貨加速?lài)a(chǎn)替代，國內廠(chǎng)商獲得良機

4.3.1. 終端需求不斷釋放，功率器件缺貨持續

終端需求不斷上漲，8寸產(chǎn)品缺貨漲價(jià)成共識。2020年以來(lái)終端需求不 斷上漲的關(guān)鍵原因主要分為三個(gè)：①5G 商用需求量?jì)r(jià)齊升，帶動(dòng)原材 料硅含量增加以及功率管理應用成長(cháng)；②年初“防疫停工”導致晶圓 產(chǎn)能被拖后 2-3 月，同時(shí)“宅經(jīng)濟”需求暢旺，帶動(dòng)平板等消費電子的 需求上升；③“華為禁令”、“中芯遭禁”的國際貿易摩擦加重市場(chǎng)擔 憂(yōu)帶動(dòng)囤貨。另外，智能手機發(fā)布會(huì )的追單效應、車(chē)用芯片訂單的大 幅釋放，都加劇了 8寸產(chǎn)能的緊缺，2021 年 8寸產(chǎn)品缺貨漲價(jià)幾乎成市 場(chǎng)共識。

功率器件主要依賴(lài)于 8寸產(chǎn)線(xiàn)，受影響程度嚴重。雖然12英寸晶圓廠(chǎng) 已經(jīng)逐漸成為主流，但是 8 英寸晶圓更加適配功率器件。首先，8 英寸 晶圓具備更加成熟的特色工藝，而功率器件對特種工藝的要求較高； 其次，8 英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)相對于 12 英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)具有成本優(yōu)勢，大多數 8 英寸設備已經(jīng)完成折舊，剩余折舊額較低，在市場(chǎng)產(chǎn)能緊缺及漲價(jià)效 應下，更具經(jīng)濟效益。因而在 8 寸線(xiàn)產(chǎn)品供不應求的形勢下，功率器件 受影響程度同樣嚴重。

功率器件產(chǎn)能吃緊，各類(lèi)供應商紛紛加入漲價(jià)浪潮。2021 年 Q3新一輪已 調價(jià)產(chǎn)品涵蓋了 IPM、IGBT、二極管、LED 驅動(dòng)芯片等產(chǎn)品類(lèi)別，涉 及 LED 照明、家電、汽車(chē)等細分市場(chǎng)。

國內主要功率器件供應商仍然是 Infineon、ON Semi、STMicro等國際大 廠(chǎng)。根據 IHS 的統計，就 MOSFET 市場(chǎng)而言，英飛凌、安森美、東芝、 ST 以及瑞薩合計占據了國內市場(chǎng)的主要份額，國際大廠(chǎng)供應不足，必 然導致當下國內功率器件需求的進(jìn)一步緊缺。

4.3.2. 復盤(pán)歷史缺貨周期，國產(chǎn)替代有望加速

行業(yè)缺貨是國內功率半導體廠(chǎng)商完成客戶(hù)導入，實(shí)現快速發(fā)展的重要 契機。因 此，對于國內功率半導體企業(yè)而言，下游需求放量或者上游供給短缺 導致的產(chǎn)品缺貨階段，是其實(shí)現客戶(hù)導入的重要窗口期。復盤(pán)過(guò)往兩 次功率半導體的景氣周期（2009-2011,2016-2018）可以發(fā)現，當行業(yè)缺 貨時(shí)，若恰逢細分產(chǎn)品技術(shù)成熟及產(chǎn)能釋放，國內廠(chǎng)商有望獲得重要 發(fā)展機遇。

1、2009-2011 年的功率景氣周期。2008 年經(jīng)濟危機使得各大廠(chǎng)商縮減 制造產(chǎn)能，隨著(zhù) 2009 年年末全球經(jīng)濟復蘇，市場(chǎng)對功率器件的需求大 幅上升，導致功率器件開(kāi)始供不應求。根據 Vishay 披露的二極管 book to bill數據，2010 年第一季度 book to bill達到了 1.63。隨著(zhù)供給的不斷 釋放，功率行業(yè)景氣度隨后開(kāi)始逐漸下滑。

士蘭微功率 MOSFET、二極管等產(chǎn)品出貨提升。在缺貨的背景下，國 內廠(chǎng)商如士蘭微憑借其產(chǎn)能不斷釋放（2010 年擴產(chǎn)后的士蘭集成產(chǎn)能 達到 12.5 萬(wàn)片每月，2011 年達到 15.8 萬(wàn)片每月）以及技術(shù)的發(fā)展 （2009 年開(kāi)始具備高壓 VDMOS 和低壓 VDMOS 等產(chǎn)品量產(chǎn)能力），實(shí) 現了在 MOSFET 以及二極管等產(chǎn)品領(lǐng)域的出貨提升。2010 年全年公司 分立器件業(yè)務(wù)營(yíng)收達到了 5.13 億，同比增長(cháng) 60%以上。

2、2016-2018 年的功率景氣周期。2016 年末美國二極管和三極管制造 商Diodes 密蘇里州工廠(chǎng)KFAB因火災停工（后于2017年Q3正式關(guān)閉）， 導致供給下滑。同時(shí)由于指紋識別芯片、CIS 芯片占用了大量的 8 寸產(chǎn) 能，導致全球功率半導體供給雪上加霜。2016 年末起，功率半導體器 件行情回暖，部分 MOSFET、二極管、晶閘管交期出現延長(cháng)。2017 年， 隨長(cháng)電科技大漲 MOSFET 價(jià)格，臺廠(chǎng)富鼎、尼克森的供貨商開(kāi)始全面 漲價(jià)，鑄就 2016-2018 兩年的功率半導體景氣周期。最終，2018 年 Q3， 臺廠(chǎng)商營(yíng)收到達高點(diǎn)，隨后開(kāi)始逐月回落，景氣度逐漸下滑。

士蘭微 IPM產(chǎn)品受益缺貨實(shí)現客戶(hù)導入。士蘭微自2007年發(fā)力高壓驅 動(dòng)電路 HVIC 設計，2010 年進(jìn)軍高壓功率模塊 IPM 封裝。2012 年起， 公司 IPM產(chǎn)品開(kāi)始在白電工業(yè)領(lǐng)域推廣。在 2016-2018年功率半導體缺 貨的背景下，士蘭微 IPM在國內白電客戶(hù)中持續取得突破（其 8寸產(chǎn)線(xiàn) 亦在 2017 年開(kāi)始貢獻產(chǎn)能，年末實(shí)現 1.5 萬(wàn)片月產(chǎn)能），完成了客戶(hù)導 入并取得在國內廠(chǎng)商中的先發(fā)優(yōu)勢，其白電核心客戶(hù)目前已經(jīng)包括海 信、海爾、長(cháng)虹、美的、格力等知名廠(chǎng)商。2020 年，士蘭微在白電客 戶(hù) IPM 的出貨量超過(guò) 1800 萬(wàn)顆（2016 年 IPM 出貨數僅為 100 萬(wàn)顆左 右），實(shí)現了爆發(fā)式的增長(cháng)。

本次缺貨亦將成為國內功率半導體廠(chǎng)商發(fā)展的重要機遇，無(wú)論IDM還是 Fabless 都有機會(huì )，理由有二：

1、大陸功率產(chǎn)能恰在本輪缺貨周期中釋放，功率半導體廠(chǎng)商產(chǎn)品供給 較為充沛。其中英飛凌、意法半導體以及國內的華虹 （代工廠(chǎng)）、士蘭微將領(lǐng)先增長(cháng)，合計將增加 70萬(wàn)片/月等效 8寸產(chǎn)能。

國內功率半導體代工產(chǎn)能在缺貨周期不斷釋放。IDM廠(chǎng)商士蘭微12寸 特色工藝產(chǎn)線(xiàn)于 2020 年年末投產(chǎn)，21 年底產(chǎn)能有望達到 3.5 萬(wàn)片/月， 2022 年有望爬坡至 6 萬(wàn)片/月。華虹無(wú)錫 12 寸代工產(chǎn)能自 2019 年 Q3投 產(chǎn)后持續釋放，預期 2021 年底會(huì )達到 6.5 萬(wàn)片/月的產(chǎn)能，且目前已經(jīng) 具備量產(chǎn) IGBT 能力。中芯紹興 8 寸產(chǎn)能自 2019 年年末量產(chǎn)后，2021 年 8 月月產(chǎn)能已爬坡至 7 萬(wàn)片/月。此外，IDM 廠(chǎng)商華潤微規劃 3 萬(wàn)片/ 月的 12 寸產(chǎn)線(xiàn)亦預計在 2022 年實(shí)現產(chǎn)能貢獻。在本輪缺貨周期中，國 內功率新增產(chǎn)能占全球比重較高。 因此，在本輪景氣周期中，國內廠(chǎng)商代工供給較為充沛，新客戶(hù)的導 入預計將較為順利。

2、國內功率半導體產(chǎn)品力持續升級，有望在中高端市場(chǎng)快速滲透。與 上兩輪周期比，當下國內功率半導體廠(chǎng)商已具備更高的產(chǎn)品力，有望 向中高端市場(chǎng)快速滲透，相關(guān)公司有望獲得長(cháng)期持續成長(cháng)。IPM 來(lái)看， 如士蘭微在 IPM 領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，恰逢其 12 寸線(xiàn)產(chǎn)能釋放，有望在缺貨 周期進(jìn)一步提升 IPM 市場(chǎng)份額。車(chē)規 IGBT 來(lái)看，斯達半導 IGBT 產(chǎn)品 已經(jīng)進(jìn)入到國內新能源汽車(chē) tier 1 中，隨華虹 12 寸產(chǎn)能不斷爬坡、釋放， IGBT 模塊在國內新能源車(chē)型中份額或將顯著(zhù)提升。光伏 IGBT 來(lái)看，根據宏微科技披露，其光伏產(chǎn)品亦在逐步放量。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）

5.趨勢三：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈崛起，國內外望同臺競技

前文論述過(guò)關(guān)于功率半導體的國產(chǎn)替代問(wèn)題，而碳化硅產(chǎn)業(yè)仍處于起 步階段，國內、外廠(chǎng)商有望同臺競技。

5.1. 碳化硅材料高性能，市場(chǎng)快速持續增長(cháng)

5.1.1. 碳化硅性能較優(yōu)異，下游需求快速擴張

區別于傳統硅基襯底，碳化硅半導體材料具有耐高壓、耐高溫、低損 耗等優(yōu)良性質(zhì)。相比于傳統單晶硅，碳化硅的擊穿電壓約為硅基材料 的 10 倍（更高的擊穿電壓有利于器件承受高壓）。此外，碳化硅具備熱 導率是硅材料的 2-3 倍，使得碳化硅散熱更加迅速，有助于提高器件功 率密度，在相同電流下，設備尺寸可以做得更小。同時(shí)，碳化硅材料 具有相比于硅約 2 倍的飽和電子漂移速率、3 倍的禁帶寬度，使得碳化 硅導通電阻率更低、功率損耗更小。另外，碳化硅器件在關(guān)斷過(guò)程中 不存在電流拖尾現象，可以大幅提高實(shí)際應用的開(kāi)關(guān)頻率，降低開(kāi)關(guān) 損耗。

根據電阻率不同，碳化硅襯底可以分為導電型和半絕緣型兩類(lèi)，分別 外延 SiC 和 GaN后，適用于不同的場(chǎng)景，下游需求正持續擴張。

1）導電型襯底電阻率在 15-30 mΩ·cm，主要適用于耐高溫、耐高壓的 功率器件。通過(guò)化學(xué)氣相沉淀生長(cháng)碳化硅外延層后，可制得碳化硅基 碳化硅外延片（SiC-on-SiC），進(jìn)一步可制成肖特基二極管、MOSFET、 IGBT 等，應用于新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空 航天等領(lǐng)域。根據 Yole 數據，2020 年 SiC 電子電力市場(chǎng)規模約 5.4億美 元，到 2025 年這一規模有望超過(guò) 25 億美金。

2）半絕緣型襯底電阻率約在 105Ω·cm以上，外延生長(cháng) GaN材料，形成 碳化硅基氮化鎵外延片（GaN-on-SiC），主要應用于微波射頻領(lǐng)域，在 5G 驅動(dòng)的通訊變革中，GaN 外延片需求有望得到提升。2020 年底， GaN 電子電力市場(chǎng)約 1.51 億美元，預計 2025 年將超過(guò) 6.8 億美元。

5.1.2. 技術(shù)資金壁壘限制，目前供需仍存缺口

因此，盡管碳化硅材料性質(zhì)優(yōu)異，但受到技術(shù)、資金雙重壁壘限制， 當前碳化硅襯底供需仍存缺口。

1）技術(shù)：熔點(diǎn)高、硬度強、晶體結構復雜造成碳化硅制備工藝難。碳化硅襯底制備采用物理氣相傳輸法（PVT），區別于傳統單晶 1600 ℃的 生長(cháng)環(huán)境，碳化硅生長(cháng)溫度需高達 2000 ℃、壓強近 350 MPa，以使其 升華，這對長(cháng)晶爐、熱場(chǎng)等設備都提出了更高的要求。此外，碳化硅 硬度強，是僅次于金剛石硬度的材料，為消除表面的損傷，后續切片、 打磨、拋光的材料要求比傳統工藝更加苛刻。碳化硅本身晶形多樣， 有超過(guò) 200 種近似的晶形，但只有零缺陷、全為 4H 晶形的襯底才算制 備成功，而為達到這一目的，則需要更精確的材料配比、溫度控制， 以及豐富的經(jīng)驗積累。

2）資金：投資門(mén)檻不高但回報期長(cháng)。對于襯底而言，廠(chǎng)商需要對設備 進(jìn)行較為復雜的工藝調試從而提升良率，耗時(shí)較大。對于器件而言， 碳化硅器件與傳統硅工藝有一定差異，部分工藝需要高溫處理（離子 注入和退火）。 國內部分碳化硅產(chǎn)線(xiàn)采用舊 6 寸硅生產(chǎn)線(xiàn)搭配部分專(zhuān)用設備，盡管初始 投資規模不大，但需要對制造工藝進(jìn)行長(cháng)期打磨和調試。為在技術(shù)上 取得突破，行業(yè)新進(jìn)入者需要長(cháng)期持續的資本投入，導致器件出貨價(jià) 也較高。但隨著(zhù)工藝不斷成熟，單位成本降低，碳化硅半導體價(jià)格逐 漸下降，有望部分替代 IGBT，同時(shí)持續帶動(dòng)需求放量，反過(guò)來(lái)進(jìn)一步 助推制造商形成規模效應、降低成本，實(shí)現良性循環(huán)。

國內供需仍存缺口，有效產(chǎn)能不足。我國2020年碳化硅導電型襯底產(chǎn) 能約 40萬(wàn)片/年（約當 4英寸）、外延片折合 6英寸 22萬(wàn)片/年、器件 26 萬(wàn)片/年；半絕緣型襯底折算 4 英寸產(chǎn)能近 18萬(wàn)片/年。隨著(zhù)新能源汽車(chē)、5G 等下游應用市場(chǎng)的快速起量， 國內現有產(chǎn)品供給無(wú)法滿(mǎn)足需求，目前第三代半導體主要環(huán)節國產(chǎn)化 率仍然較低，超過(guò) 80%的產(chǎn)品要靠進(jìn)口。

5.2. 國內廠(chǎng)商發(fā)力布局，行業(yè)格局尚未固化

5.2.1. 市場(chǎng)份額美日領(lǐng)先，國內技術(shù)不斷發(fā)展

當前碳化硅市場(chǎng)呈現美國一家獨大，日本、歐洲緊隨其后的格局，國 內廠(chǎng)商正在加速追趕，有望實(shí)現彎道超車(chē)，在全球市場(chǎng)占據一定份額。

1）從襯底來(lái)看，美、日廠(chǎng)商占據市場(chǎng)主要份額。美國CREE、II-VI和 日本 ROHM 旗下子公司 SiCrystal已成功研制并規?；a(chǎn) 4 英寸、6英寸襯底，2019 年 CREE 和 II-VI 同時(shí)宣布 8 英寸產(chǎn)線(xiàn)建設計劃，預計 2022 年有望實(shí)現量產(chǎn)。國內廠(chǎng)商中，山東天岳在 2019 年開(kāi)始建設 6 英 寸產(chǎn)線(xiàn)；天科合達在 2014 年成功研制 6 英寸產(chǎn)線(xiàn)，現已實(shí)現小批量生 產(chǎn)，于 2020 年成為國內首家啟動(dòng)研發(fā) 8 英寸襯底的廠(chǎng)商。

國內襯底廠(chǎng)商雖在產(chǎn)品規格和技術(shù)成熟度上有差距，但存在較大追趕 可能。國內廠(chǎng)商目前雖無(wú)法規?；a(chǎn)高質(zhì)量、大規模的6英寸的碳化 硅晶片，但是在高質(zhì)量的 4 英寸晶片方面，天科合達等中國廠(chǎng)商有足夠 的競爭能力。目前國產(chǎn) SiC 襯底已經(jīng)實(shí)現微管密度小于 1 個(gè)/cm2，襯底 面積 95%可用，位錯約在 103 /cm2；雖然在單晶一致性、成品率方面與 國際先進(jìn)水平仍有差距，但未來(lái)可期。

2）從器件來(lái)看，相比器件設計，制造附加值更高。

市場(chǎng)和技術(shù)主要掌握在英飛凌、ROHM、CREE和意法半導體等國際 龍頭手中。2020 年，國際上共有 10 余家公司推出 211 款 SiC MOSFET 系列產(chǎn)品。CREE 推出第三代 SiC MOSFET，擊穿電壓 650 V，導通電 阻降低至 15 mΩ，開(kāi)關(guān)損耗降低 20%；ROHM 推出 1200 V 第四代 SiC MOSFET。此外，國際廠(chǎng)商 CREE、ROHM 和英飛凌均已推出車(chē)規級 SiC MOSFET，比國內產(chǎn)品元胞尺寸更小、導通電阻更低、閾值電壓更 高。

國內廠(chǎng)商積極研發(fā)布局碳化硅器件項目?，F在已經(jīng)商業(yè)化的SiC產(chǎn)品主 要集中在 650 V-1700 V電壓等級，主要產(chǎn)品為二極管和晶體管，3000V 以上電壓及 SiC IGBT 尚在研發(fā)當中。國內廠(chǎng)商如泰科天潤已發(fā)布 3300 V/0.6 A-50 A SiC 二極管系列產(chǎn)品；三安集成、基本半導體等公司已實(shí) 現 650 V、1200 V、1700 V SiC MOSFET 的小規模量產(chǎn)；功率模塊方面， 國內上市企業(yè)士蘭微、斯達半導等公司積極布局，目前比亞迪漢已經(jīng) 成功搭載了自主研發(fā)的 SiC MOSFET 控制模塊。國內市場(chǎng)已經(jīng)初步實(shí)現 低端產(chǎn)品的國產(chǎn)替代化，高端產(chǎn)品依然依賴(lài)進(jìn)口。

3）資金來(lái)看，國內第三代半導體投資力度高企，力爭追趕國際廠(chǎng)商。 根據 CASA Research 披露，2018年至今，國內廠(chǎng)商始終加強布局第三代 半導體產(chǎn)業(yè)，2020 年一共有 24 筆投資擴產(chǎn)項目（2019 年 17 筆），增產(chǎn) 投資金額超過(guò) 694 億元，同比增長(cháng) 161%，其中 SiC 領(lǐng)域共 17筆、投資 550 億元，GaN 領(lǐng)域共 7 比、涉及資金 144 億元。

根據 CASA 數據，2020 年我國電力電子和射頻電子總產(chǎn)值超過(guò) 100 億 元，同比增長(cháng)了 69.5%。其中，SiC、GaN 兩種材料的電力電子產(chǎn)值合 計達 44.7 億元，同增 54%。其中，襯底材料 2.2億元，外延及芯片 5億 元，器件及模組約 7.2 億元，裝置約 30 億元。

5.2.2. 市場(chǎng)格局尚未固化，本土廠(chǎng)商機會(huì )較大

當前仍是碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，國內產(chǎn)業(yè)鏈從上游到下游都有機會(huì )， 主要理由有二：

1、技術(shù)及布局：產(chǎn)業(yè)鏈布局全面，技術(shù)有差距但尚未顯著(zhù)拉大。相比 于第一代和第二代半導體，以碳化硅為首的第三代半導體仍處于商業(yè) 化的早期階段疊加無(wú)論是設備還是材料國內廠(chǎng)商自主性都比較強，國 外巨頭雖有技術(shù)上的先發(fā)優(yōu)勢，但當前差距尚未顯著(zhù)拉大。國內布局 來(lái)看，當前無(wú)論碳化硅襯底還是器件，目前國內廠(chǎng)商均有布局，產(chǎn)業(yè) 鏈較為完備，卡脖子風(fēng)險低。

2、客戶(hù)及格局：國內需求快速增長(cháng)，行業(yè)格局尚不穩固。當前碳化硅 供給不足，產(chǎn)業(yè)格局尚未固化。海外中游龍頭廠(chǎng)商英飛凌、ST 等不斷 推出新產(chǎn)品并與上游 Cree、ROHM 等海外廠(chǎng)商合作鎖定貨源。中國作 為最大碳化硅市場(chǎng)之一，國內碳化硅器件、新能源汽車(chē)廠(chǎng)商有望與本 土上游供應鏈緊密合作，相關(guān)公司有望獲得長(cháng)期發(fā)展機遇。