功率半導(dǎo)體：市場(chǎng)空間大，細(xì)分品類多

1.1. 簡介：能源轉(zhuǎn)換的核心器件，細(xì)分品類眾多

功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)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(dǎo)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(zhuǎn)換等。

功率半導(dǎo)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(biāo)志著電子電力技術(shù)的誕生； 1970 年代，功率半導(dǎo)體進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，GTO、BJT 和 MOSFET 的 快速發(fā)展，標(biāo)志著第二代電子電力器件的誕生。之后 1980 年后期， IGBT 開始出現(xiàn)，各種功率模組推動(dòng)著功率半導(dǎo)體快速向前發(fā)展。進(jìn)入 21 世紀(jì)，以全新寬禁帶材料為襯底的半導(dǎo)體器件開始出現(xiàn)，功率半導(dǎo)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(dǎo)體目前主要可以分為功率 IC和功率器件兩大類。功率器件按 照外界條件控制器件的開通和關(guān)斷的分類標(biāo)準(zhǔn)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?qū)ǎ梢詫?shí)現(xiàn)整流，屬 于不可控型；晶閘管只能觸發(fā)導(dǎo)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(dǎo)通，也可以觸發(fā)關(guān)斷，屬于 全控型器件。功率 IC 指功率類集成電路設(shè)計(jì)，屬于模擬 IC 的一種，主 要分為 AC/DC、DC/DC、電源管理 IC 和驅(qū)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)主要被國外廠商壟斷。二極管是基礎(chǔ)性器件，主要用作整流，雖然 原理成熟，但受產(chǎn)品穩(wěn)定性及客戶認(rèn)證壁壘影響，國產(chǎn)化率仍然較低； 三極管主要適用于消費(fèi)電子等產(chǎn)品，用于開關(guān)或功率放大，國外廠商 仍占據(jù)市場(chǎng)份額的前列，國內(nèi)廠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，屬于電流控制型開關(guān)器件，市場(chǎng)整 體規(guī)模較小。

MOSFET 和IGBT 是最主要的功率器件，其中MOSFET 適 用于消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制、汽車電子等，相較于前三者， 適用頻率高，但一般用于功率不超過 10kw 的電力電子裝置，在中低壓 領(lǐng)域，國內(nèi)廠商正逐步展開國產(chǎn)替代；IGBT 可用于電機(jī)節(jié)能、軌道交 通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子等高壓高頻領(lǐng)域，高 壓下，開關(guān)速度高，電流大，但開關(guān)速度低于 MOSFET，前五大企業(yè) 的市場(chǎng)份額超過 70%，國內(nèi)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、光伏等各個(gè)領(lǐng)域均表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。其 中，特斯拉已經(jīng)將電動(dòng)汽車 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(dǎo)體的發(fā)展路徑中，功率半導(dǎo)體從結(jié)構(gòu)、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?yàn)楦叩?功率密度，更小的體積，更低的功耗及損耗。在結(jié)構(gòu)更改方面，從晶 閘管到 IGBT，功率半導(dǎo)體的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了顯著的升級(jí)和更改，IGBT 結(jié)構(gòu)與 MOSFET 結(jié)構(gòu)就有較大的變化；在制程縮小方面，功率半導(dǎo)體 的線寬制程從最初的 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(jié)構(gòu)、背面擴(kuò)散技術(shù)、超級(jí)結(jié)技術(shù)等的優(yōu)化 都使產(chǎn)品更加適應(yīng)小功率市場(chǎng)，具備更出色的性能和易用性；在集成 調(diào)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(shè)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(jí)，使得功率器 件體積和性能均有顯著提升。

1.2. 市場(chǎng)特征：廣闊應(yīng)用下周期性減弱，市場(chǎng)規(guī)模呈上升 趨勢(shì)

從縱向角度看，看細(xì)分品類，根據(jù) Omdia的數(shù)據(jù)，2019年功率半導(dǎo)體 全球市場(chǎng)規(guī)模為 463億美元。功率IC市場(chǎng)規(guī)模為244億美元，占52.7%， 功率器件市場(chǎng)規(guī)模為 210 億美元，占 47.3%。功率器件中的晶體管市場(chǎng) 規(guī)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。其主要廠商包括英飛凌、意法半 導(dǎo)體、德州儀器、安森美、三菱等，其中功率半導(dǎo)體龍頭廠商為英飛 凌。

看下游應(yīng)用，功率半導(dǎo)體下游需求主要以車載方向和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等為主。 根據(jù) Yole 的 2019 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，功率半導(dǎo)體主要下游驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方向分別 為車載方向（包括 EV、HEV，硅 MOSFET）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)（Motor Drive， IGBT 模組）、智能手機(jī)以及無線設(shè)備（硅 MOSFET）、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及 存儲(chǔ)（硅 MOSFET）、工業(yè)方向（硅 MOSFET）和 EV、HEV 方向 （IGBT 模組）等。

從區(qū)域角度看，中國是全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國，且中國的功率 半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模在全球的占比仍在逐步增加。根據(jù)IHS markit 的數(shù)據(jù)， 2018 年，中國功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模為138億美元，占全球需求比例高達(dá) 35%，14-18 年市場(chǎng)占比平均每年約增加 0.8 pct。未來中國的功率半導(dǎo) 體市場(chǎng)占比仍將加速增加，預(yù)計(jì) 2021 年中國市場(chǎng)規(guī)模達(dá)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，回溯過去七年：

（1） 市場(chǎng)規(guī)模方面，功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模在全球半導(dǎo)體行業(yè)的占比 在 8%-10%之間，結(jié)構(gòu)占比基本保持穩(wěn)定，功率半導(dǎo)體的周期性 相對(duì)較弱。這主要是因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，下游客戶季 節(jié)性需求呈現(xiàn)此消彼長的動(dòng)態(tài)均衡關(guān)系，致使行業(yè)的季節(jié)性特征 并不非常明顯；

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

展望未來，根據(jù) Omdia的數(shù)據(jù)，2023年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到504.66億美元，17-23年 CAGR為 4.93%。另外根據(jù) SEMI的數(shù)據(jù)，從 17-23年，細(xì)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%，隨著未來電動(dòng)汽車、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(xì)分品類：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(jù)可控類型分類角度進(jìn) 行細(xì)分領(lǐng)域分析，功率半導(dǎo)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(guī)模穩(wěn) 定增長。根據(jù) Yole 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球 MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模由 2020年的 75 億美元，預(yù)計(jì)增長至 2026 年的 94 億美元，20-26 年 CAGR 為 3.8%，其中汽車、工業(yè)等下游細(xì)分 MOSFET 需求增速較快。

② IGBT在 MOSFET基礎(chǔ)上升級(jí)，市場(chǎng)空間增速快。IGBT 作為半導(dǎo) 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(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器 件，有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。 IGBT 的開關(guān)特性可以實(shí)現(xiàn)直流電和交流電之間的轉(zhuǎn)化或者改變電 流的頻率，有逆變和變頻的作用，其應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。按電壓分 布來看，消費(fèi)電子領(lǐng)域運(yùn)用的 IGBT 產(chǎn)品為 600V以下；太陽能逆變 器、白色家電、電動(dòng)汽車所需的 IGBT 在 600-1700V 之間；動(dòng)車組 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)汽車中主要運(yùn)用于電力驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)和充電樁。

根據(jù) Yole的預(yù)測(cè)，IGBT全球市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)由 2020年的 54億美元，增 長至 2026年的 84億美元，2020-2026年 CAGR為 7.5%，或?qū)⑹鞘袌?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(tǒng)的功率器件之一，市場(chǎng)規(guī)模基本趨于 穩(wěn)定。根據(jù) IHS markit的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，晶閘管 2019年全球市場(chǎng)規(guī)模為 4.93 億美元，預(yù)計(jì) 2024 年為 4.76 億美元，中國市場(chǎng) 2019 年為 2.05億美元，預(yù)計(jì) 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(guī)模為 43.26 億美元，預(yù)計(jì) 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(yù)計(jì)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(guī)模基本趨于穩(wěn)定。

功率半導(dǎo)體從襯底材料角度的細(xì)分領(lǐng)域分析，Si仍舊占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)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 0.57pct，SiC 的市場(chǎng)占比 17-22 年平均每年增長 0.88pct

以 SiC和 GaN為首的第三代半導(dǎo)體，將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。根據(jù)Omdia 的 SiC＆GaN Power 數(shù)據(jù)，隨著市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到臨界規(guī)模，這一轉(zhuǎn)變即將 到來，預(yù)計(jì)到 2021 年，收入將超過 10 億美元，這得益于混合動(dòng)力和電 動(dòng)汽車，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(dǎo)體器件的主要份額。未來規(guī)模擴(kuò)張速度將不斷加快， 預(yù)計(jì)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(xì)說功率半導(dǎo)體三大行業(yè)特性

功率半導(dǎo)體行業(yè)有著三個(gè)獨(dú)有的行業(yè)特性，分別為：①非尺寸依賴型 工藝，專注于結(jié)構(gòu)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(xì)分需求多樣化，依賴特色工藝平臺(tái)的全面 性和深度性。

從功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈流程來看，設(shè)計(jì)、制造工藝和封裝集成均十分重 要。功率半導(dǎo)體以晶圓、光刻板、襯底材料等半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，經(jīng) 過設(shè)計(jì)、制造、封裝后形成細(xì)分終端產(chǎn)品。其中，除了設(shè)計(jì)之外，功 率半導(dǎo)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)過器件封裝會(huì)形成功率分立器件，若經(jīng)過模組封裝會(huì)形成功率 模組。由于功率半導(dǎo)體工作環(huán)境極端，對(duì)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)用于各類終端，功率分立器件主要用于消費(fèi)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(nèi)的 DC/AC 逆變器、整流器、驅(qū)動(dòng)控制電路方面。

2.1. 行業(yè)特性一：非尺寸依賴型工藝，專注結(jié)構(gòu)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：尺寸依賴的先進(jìn)工藝， 非尺寸依賴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)界追求特征線寬的縮小、工作電壓的降低、 開關(guān)頻率的提高等。它主要追趕摩爾定律，不斷實(shí)現(xiàn)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(qiáng)調(diào)器件特征多樣化，專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(jù)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、無源器件、高壓功 率半導(dǎo)體、傳感器等。第三個(gè)方向?yàn)橄冗M(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(dǎo)體屬于特色工藝產(chǎn)品，非尺寸依賴型，在制程方面不追求極 致的線寬，不遵守摩爾定律。數(shù)字芯片更加注重制程的升級(jí)，目前處 理器等高端數(shù)字芯片的先進(jìn)制程基本在 14 nm 以下，高端產(chǎn)品更是達(dá)到 了 5 nm 制程，算力發(fā)展速度較快。而對(duì)于功率半導(dǎo)體而言，性能發(fā)展 速度較慢，制程基本穩(wěn)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(chǔ)材料的升級(jí)。

發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn) 1：制造工藝。功率半導(dǎo)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(jì) 80 年代被推出后，每一次的性能升級(jí)都離不開表面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(kuò)散區(qū)形 成球面 PN 結(jié)，產(chǎn)生 JFET 效應(yīng)，導(dǎo)致導(dǎo)通壓降較大。英飛凌在第三代 IGBT 中采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，使得 P 型發(fā)射區(qū)的反型溝道垂直于硅片表面， 有效消除 JFET 效應(yīng)，增加了表面溝道密度，降低了器件導(dǎo)通損耗。另 外，最新的 IGBT 7 對(duì)溝槽工藝進(jìn)一步升級(jí)，采用 MPT（Micro Pattern Technology）結(jié)構(gòu)將微溝槽柵和 FS 組合并應(yīng)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(xiàn)更大的器件性能控制范圍。相比于平 面柵，溝槽柵結(jié)構(gòu)性能得到了顯著的提升，所以對(duì)于 IGBT 器件而言， 表面結(jié)構(gòu)升級(jí)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(shè)計(jì)-制造環(huán)節(jié)須歷經(jīng)長期技術(shù)沉淀。溝槽柵 IGBT 的溝槽寬度僅有 1-2 μm，而溝槽深度要達(dá)到 4 μm 以上。因 此，通過酸腐蝕工藝制備溝槽時(shí)，須對(duì)溝槽的寬度和深度實(shí)現(xiàn)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(shè)備條件、 刻蝕工藝和后處理有著十分緊密的聯(lián)系，須大力協(xié)調(diào)三者之間關(guān)系才 可規(guī)模量產(chǎn)溝槽形貌良好的 IGBT 產(chǎn)品。因此，功率半導(dǎo)體的制造工藝 壁壘較高，需要晶圓廠與芯片設(shè)計(jì)部門長期合作，對(duì)器件的設(shè)計(jì)及制 造技術(shù)長期打磨及優(yōu)化。

（2）背面工藝：對(duì)良率、成本影響顯著，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(jié)構(gòu)，使得開關(guān)損耗進(jìn)一步降低，同時(shí)最高工作結(jié) 溫也從 125 ℃提升至 150 ℃，但相應(yīng)的背面工藝復(fù)雜度也顯著提升，主 要體現(xiàn)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(xù)的摻雜 以及背面金屬化的過程中，亦會(huì)因?yàn)楣に嚳刂萍鞍徇\(yùn)不慎帶來碎片的 風(fēng)險(xiǎn)。因此，在 wafer 尺寸超過 8 寸后，背面工藝難度提升，對(duì) IGBT 良率影響也顯著放大，目前能夠規(guī)模量產(chǎn) 12英寸 IGBT 的晶圓廠較少。 此外，使用場(chǎng)截止技術(shù)時(shí)，亦對(duì)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(dǎo)體工作環(huán)境極端，對(duì)可靠性和 壽命等要求較高，因此封裝工藝同樣是功率半導(dǎo)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?。虎蹖⒓纳娮韬碗姼袦p至最小。 TOLL可以被應(yīng)用于離散型功率器件封裝。

車規(guī)級(jí) 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 規(guī)級(jí) IGBT 模塊是功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)壁壘最高的產(chǎn)品之一。車規(guī)級(jí)封 裝是保障高溫運(yùn)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。

直接液冷是目前車規(guī) IGBT模塊的主流散熱方案。對(duì)于模塊散熱設(shè)計(jì)而 言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大，需要廠商對(duì)熱力學(xué)及材料體系有較為深入的 理解。早期車規(guī) IGBT 模塊采用基于銅基板的三明治結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)散熱 性能差且結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)商業(yè)化。

發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn) 3：材料迭代。功率半導(dǎo)體還專注于材料的迭代，現(xiàn)有第三 代半導(dǎo)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(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的功率半導(dǎo)體可在更高 頻、更高壓的環(huán)境下工作，性能上超過原有 Si基 IGBT 和 Si基MOSFET， 且原有的成本問題也不斷得到了優(yōu)化。（報(bào)告來源：未來智庫）

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(dǎo)體行業(yè)內(nèi)主要存在 IDM與垂直分工兩種經(jīng)營模式。IDM模式即垂 直一體化模式，是指半導(dǎo)體企業(yè)除進(jìn)行半導(dǎo)體設(shè)計(jì)外，業(yè)務(wù)范圍還包 括芯片制造、封裝和測(cè)試等所有環(huán)節(jié)。垂直分工模式則是將各個(gè)環(huán)節(jié) 劃分開來，各家公司只專注經(jīng)營一個(gè)環(huán)節(jié)，例如 Fabless 模式則僅專注 于半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和銷售環(huán)節(jié)，而芯片制造和封裝測(cè)試則交給 Foundry 模 式的純代工企業(yè)。

對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)品公司而言，采用 IDM模式對(duì)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(shè) 計(jì)團(tuán)隊(duì)，還需自建芯片制造、封裝和測(cè)試生產(chǎn)線，在完成半導(dǎo)體的設(shè) 計(jì)、芯片制造、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)后銷售給下游客戶。自建芯片制造和 封裝測(cè)試生產(chǎn)線就需要巨額的資金投入，如投資建設(shè)一條 8 英寸芯片制 造產(chǎn)線的資金約 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(qiáng)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)營模式下采用 Fabless 模式僅需專注于從事產(chǎn)業(yè)鏈中的芯片設(shè)計(jì)和銷 售環(huán)節(jié)，能夠相對(duì)有效控制投入和成本。垂直分工模式在數(shù)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(nèi)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(dá)等；Foundry 則包括華虹半導(dǎo)體、世界先進(jìn)、中芯國際等。

功率半導(dǎo)體采用 IDM模式的主要優(yōu)勢(shì)：

（1）IDM模式具有技術(shù)的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)，有利于積累工藝經(jīng)驗(yàn)，形成 核心競爭力。其研發(fā)及生產(chǎn)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)活動(dòng)，涉及到產(chǎn)品設(shè) 計(jì)與工藝研發(fā)等多個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，IDM 模式在研發(fā)與生產(chǎn)的綜合環(huán)節(jié) 長期的積累會(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(qiáng)的市場(chǎng)競爭力。

（2）IDM模式具備資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)，針對(duì)客戶定制化需求，IDM 模式能協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。因?yàn)楣β拾雽?dǎo) 體屬于對(duì)工藝特色化、定制化要求較高的半導(dǎo)體產(chǎn)品，對(duì)設(shè)計(jì)、制造 以及封裝工藝環(huán)節(jié)結(jié)合的要求更高。在 IDM 企業(yè)內(nèi)部，公司可以通過 構(gòu)建主要產(chǎn)品工藝技術(shù)平臺(tái)，衍生開發(fā)細(xì)分型號(hào)產(chǎn)品，并持續(xù)升級(jí)產(chǎn) 品工藝平臺(tái)，形成了“構(gòu)建-衍生-升級(jí)”的良性發(fā)展模式，從而使得公司 細(xì)分型號(hào)產(chǎn)品能夠快速、“裂變式”產(chǎn)生，滿足下游多個(gè)領(lǐng)域的需求，最 終引致公司經(jīng)營規(guī)模迅速增長。相比 Fabless 模式經(jīng)營的競爭對(duì)手，公 司能夠有更快的產(chǎn)品迭代速度和更強(qiáng)的產(chǎn)線配合能力，同時(shí)也可以根 據(jù)客戶需求進(jìn)行高效的特色工藝定制。

（3）制造環(huán)節(jié)重要性高，IDM模式享受更高產(chǎn)品附加值。功率半導(dǎo)體 屬于特色工藝產(chǎn)品，定制化要求較高，且細(xì)分產(chǎn)品出貨量較低。如果 將功率半導(dǎo)體交給晶圓廠進(jìn)行代工，無法達(dá)到足夠的規(guī)模效應(yīng)，成本 較高。更重要在于公司將制造環(huán)節(jié)全部囊入公司業(yè)務(wù)，賺取了本該屬 于晶圓廠的利潤，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(kuò)大營收，鞏固主要營收市場(chǎng)方面 具有較大的約束性。隨著全球新興產(chǎn)品的爆發(fā)以及以中國為代表的區(qū) 域性需求的快速擴(kuò)張，純 IDM 公司產(chǎn)能供給無法有效跟上終端需求； 另外由于半導(dǎo)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)模式未來的發(fā)展方向，既能隨市場(chǎng)波動(dòng)及時(shí)擴(kuò)大或減少產(chǎn)能，也可以就近滿足區(qū)域 性市場(chǎng)需求。

2.3. 行業(yè)特性三：細(xì)分需求多樣化，依賴特色工藝平臺(tái)的 全面性和深度性

“平臺(tái)化多樣性”是特色工藝企業(yè)構(gòu)筑競爭壁壘、打造競爭優(yōu)勢(shì)的核 心武器，工藝平臺(tái)越強(qiáng)大的企業(yè)，其在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、服務(wù)能力和特殊化 開發(fā)能力方面具有深厚的優(yōu)勢(shì)。

功率半導(dǎo)體行業(yè)細(xì)分需求多樣化，從大類產(chǎn)品平臺(tái)，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(xì)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(tái)：溝槽型功率 MOSFET、 超結(jié)功率 MOSFET、屏蔽柵功率 MOSFET 和 IGBT；每個(gè)平臺(tái)下又根據(jù) 不同的電壓、不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類；之后為了滿足客戶的要求，需要 調(diào)整芯片面積、采用多達(dá)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(tái)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(xì)分型號(hào)的產(chǎn)品。

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

3.趨勢(shì)一：電車及光伏是功率半導(dǎo)體需求增長主動(dòng)力

新能源汽車滲透及光伏加速建設(shè)是功率半導(dǎo)體市場(chǎng)快速增長的最主要 驅(qū)動(dòng)力。 電動(dòng)車：從 ICE（內(nèi)燃車）到 MEV（輕度混合動(dòng)力汽車），再從 MEV 到 BEV（電池電動(dòng)汽車），單輛電動(dòng)車內(nèi)部的功率器件數(shù)量在不斷增加， 再加上配套設(shè)備充電樁所含有的功率器件數(shù)量，單車驅(qū)動(dòng)的功率器件 規(guī)模大幅增長。 光伏：受益于“碳中和”成為大國共識(shí)疊加發(fā)電成本下降，全球光伏 裝機(jī)量亦將持續(xù)快速提升，功率半導(dǎo)體作為逆變器核心器件，亦將迎 來量價(jià)齊升。

3.1. 電車：汽車邁向純電動(dòng)化，功率半導(dǎo)體量價(jià)齊升

3.1.1. 新能源汽車持續(xù)放量，汽車電動(dòng)化大勢(shì)所趨

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

隨技術(shù)不斷完善及全球政府的大力推進(jìn)，新能源汽車未來有望保持較 高增速： 供給端來看。特斯拉等造車新勢(shì)力通過打造全新的用戶體驗(yàn)及產(chǎn)品模 式，倒逼傳統(tǒng)廠商向新能源轉(zhuǎn)型，形成良性循環(huán)，大量優(yōu)質(zhì)新能源車 型被紛紛推向市場(chǎng)。 需求端來看：購車群體對(duì)新能源車逐步產(chǎn)生認(rèn)識(shí)疊加政府的大力推進(jìn)， 新能源汽車消費(fèi)人群逐步起量。因此，新能源車未來有望逐步替代傳 統(tǒng)能源汽車，成為汽車市場(chǎng)增長的主要驅(qū)動(dòng)力。

2021年全球新能源車出貨量快速增長。進(jìn)入2021年后，全球出貨量快 速增長，截至 2021 年上半年，全球新能源車出貨量超過 250 萬輛，預(yù) 計(jì)全年增速將超過50%。從出貨結(jié)構(gòu)看，純電動(dòng)和插混動(dòng)力占據(jù)全球約 99%份額，氫燃料電池汽車占比約為 1%。

分地區(qū)來看，中國是全球最大市場(chǎng)之一，2021增速較快。2020年，中 國占據(jù)全球新能源汽車出貨 41.27%，歐洲這一份額為 43.06%，二者是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)。從銷售結(jié)構(gòu)來看，國內(nèi)純電動(dòng)車占據(jù)新能 源汽車銷量比重為81.6%，混合動(dòng)力車占比為18.60%，氫燃料電池汽車 占比僅為 0.07%。

銷量增長有望持續(xù)，拉動(dòng)上游汽車電子需求。隨著技術(shù)的不斷成熟與 成本的顯著下降，新能源汽車的用戶體驗(yàn)得到了顯著的提升，隨著消 費(fèi)者需求不斷釋放，未來中國乃至全球新能源汽車銷量將維持長期高 速增長，行業(yè)進(jìn)入高景氣周期，預(yù)計(jì) 2021-2026 年的 CAGR 將接近 30%。 隨著下游新能源汽車需求不斷釋放，汽車電子作為新能源車產(chǎn)業(yè)鏈的 上游有望充分受益。

3.1.2. 汽車電動(dòng)化核心元件，功率半導(dǎo)體量價(jià)齊升

功率半導(dǎo)體在汽車中主要負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換，電動(dòng)車功率半導(dǎo)體用量提升。 燃油車的功率半導(dǎo)體應(yīng)用場(chǎng)景主要包括啟停模塊、車燈、引擎、車身、 音響控制、防盜以及動(dòng)力傳輸系統(tǒng)等。而對(duì)于電動(dòng)車而言，功率半導(dǎo) 體用量在燃油車的基礎(chǔ)上顯著提升，主要增量體現(xiàn)在車載充電系統(tǒng) （OBC）、電池管理（BMS）、高壓負(fù)載、高壓轉(zhuǎn)低壓 DCDC、主驅(qū)動(dòng) 等，用量相比于傳統(tǒng)燃油車顯著提升，將成為電動(dòng)車核心元件之一。

相比燃油車，電動(dòng)車功率半導(dǎo)體復(fù)雜度亦顯著提升。燃油車功率器件 電壓等級(jí)低，40 V的功率 MOSFET 即可滿足 EPS (電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)) 和 EPB (電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)) 等核心安全系統(tǒng)要求。此外，燃油車動(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，單車平均電 氣功率不超過 20 kW，因此高性能車規(guī)低壓 MOSFET 即可滿足車輛低 功耗需求。

而對(duì)于新能源汽車而言，相比于傳統(tǒng)能源車多出了主電機(jī)驅(qū)動(dòng)、DCDC、 OBC、車載電動(dòng)空調(diào)、電池管理（BMS）等部件，其中純電動(dòng)主電機(jī) 驅(qū)動(dòng)功率往往可超過 100 kW，發(fā)電機(jī)功率平均達(dá)到 30 kW，單車平均 功率要遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)燃油汽車。此外，與傳統(tǒng)汽車不同的是，由于較高 的驅(qū)動(dòng)功率、電壓以及高能耗敏感度，電動(dòng)車廠往往會(huì)采用導(dǎo)通壓降 小、工作電壓高的 IGBT 模塊，而非在傳統(tǒng)燃油車中采用的 MOSFET，單車功率半導(dǎo)體復(fù)雜度亦將呈現(xiàn)顯著提升。

隨著電動(dòng)車加速滲透，功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量上升趨勢(shì)明顯。根據(jù)英 飛凌、strategy analytics 和 IHS Markit 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，ICE（內(nèi)燃車）內(nèi)功 率半導(dǎo)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(dǎo)體價(jià)值量為 330 美元，占總成本的 39.56%，相比 ICE 的功 率半導(dǎo)體價(jià)值量增加了約 240 美元。

3.1.3. 車規(guī)級(jí)功率空間廣闊，IGBT和 MOSFET增速快

IGBT及 MOSFET是汽車功率半導(dǎo)體價(jià)值量提升的主要推力。傳統(tǒng)汽 車中蓄電池電壓主要為 12 V或 24 V，分立功率器件主要被應(yīng)用于調(diào)節(jié) 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 制車燈、天窗、雨刷等模塊。而對(duì)于電動(dòng)車來說，動(dòng)力電池電壓往往 要大于 300 V，且平均功率亦顯著提升（這意味著流經(jīng)功率模塊電流顯 著提升），因而往往在關(guān)鍵環(huán)節(jié)會(huì)使用能夠適應(yīng)高電壓、大電流的 IGBT 模塊，同時(shí) MOSFET 的用量及價(jià)值量亦顯著上升。在下文中，我們主 要對(duì)新能源汽車的 5 大增量模塊進(jìn)行梳理。

對(duì)大多數(shù)車型而言，電驅(qū)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(yīng)用 于 A00 級(jí)車型，市場(chǎng)占有率較低，且未來有望被 IGBT 所取代。SiC 目 前受限于高成本及產(chǎn)能釋放，3-5 年維度來看難以大規(guī)模放量，因此 IGBT 是電驅(qū)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(qū)為例，旺 材電機(jī)與電控披露，英飛凌的部分產(chǎn)品由六橋臂單元（內(nèi)含 6 組 IGBT、 6 組 FRD）構(gòu)成，其中每個(gè)橋臂包含 3 顆 IGBT 芯片、3 顆 FRD 芯片， 共計(jì) 18 顆 IGBT 和 18 顆 FRD。

高壓轉(zhuǎn)低壓 DC-DC：開關(guān)元件主要是 MOSFET，功率二極管用量多。 該模塊幾乎被應(yīng)用于所有新能源車型中，功率范圍在 2 kW 左右，其主 要作用是取代傳統(tǒng)汽車中的 12V發(fā)電機(jī)，將動(dòng)力電池的高壓電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為動(dòng)力電池所需要的直流電，并依據(jù) BMS 提供的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流等參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。IGBT 單管或者高 壓 MOSFET 等開關(guān)器件則是 OBC 中實(shí)現(xiàn) DC-DC 轉(zhuǎn)換模塊的核心開關(guān) 器件。

電池管理（BMS）：核心分立器件為 MOSFET。BMS主要用來可監(jiān)控 并調(diào)節(jié)電動(dòng)車電池的充放電過程，通過對(duì)電池的電壓、溫度、容量、 荷電狀態(tài)等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余電量的有效利用并避免電池的過 充損耗。在電動(dòng)車中，每一電池組往往都有其獨(dú)立的 BMS 系統(tǒng)，用以 確保行車安全。

新能源汽車 MOSFET、IGBT 單車價(jià)值量提升，市場(chǎng)空間快速增長。 MOSFET 來看，根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)及我們的測(cè)算，新能源汽車（EV/HEV） 的 MOSFET 單車價(jià)值量有望達(dá)到 31美金，相比于傳統(tǒng)燃油汽車的 19美 金，增長約 12 美金。IGBT 來看，結(jié)合全球汽車銷量和 Yole，我們預(yù)估 2020 年新能源汽車（包括 EV和 HEV）單車 IGBT 價(jià) 值量約為 204 美金。進(jìn)一步，在新能源汽車?yán)瓌?dòng)下，國內(nèi)電動(dòng)車 IGBT 市場(chǎng)空間從 2020 年的 2.0 億美金成長至 2026 年的 22.3 億美金，CAGR 為 49.9%。MOSFET 市場(chǎng)來看，由于燃油車亦采用 MOSFET 功率器件， 我們測(cè)算 2020 年國內(nèi)車規(guī) MOSFET 市場(chǎng)空間為 5.0 億美金，2026 年將 達(dá)到 6.5 億美金，2020-2026 年 CAGR 為 4.6%。

核心假設(shè)：假設(shè)國內(nèi)汽車出貨量平均每年 2500 萬輛，采用Si-MOSFET 逆變器車型 2020-2026 出貨量預(yù)估為 20/28/32/35/40/42/44 萬輛，SiC MOSFET 逆 變 器 車 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 汽車逐步在中端及高端車型滲透，以及 IGBT 廠商的降價(jià)，假設(shè) 2020- 2026 年新能源汽車 IGBT 價(jià)值量保持穩(wěn)定。

此外，充電基礎(chǔ)設(shè)施是電動(dòng)車必不可少的配套設(shè)施，其內(nèi)部也含有較 大數(shù)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)過兩路 AC/DC 電路并聯(lián)后，得到 800V直流母線電壓，然后經(jīng)過兩 路全橋 LLC DC/DC 電路，輸出 250V到 950V（或 750V）高壓給電動(dòng)汽 車充電使用，從拓?fù)潆娐穪砜?，充電樁包含的功率器件較多。

充電基礎(chǔ)設(shè)施的充電效率越高，則對(duì)充電功率要求越高，繼而需要的功率器件也越多。根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)，隨著DC充電系統(tǒng)的功率的增大， 充電時(shí)間不斷減小，但每個(gè) DC 充電系統(tǒng)所含的功率器件價(jià)值處于上升 趨勢(shì)。20 kW 充電系統(tǒng)所含功率器件主要為 Si 基，價(jià)值 40 美元；150 kW 充電系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)提升明顯。因此整個(gè)電動(dòng)車系統(tǒng)所需的功率器件不僅包含電 動(dòng)車本身所擁有的，也包含充電樁內(nèi)所必需的，因此電動(dòng)汽車的發(fā)展 所帶動(dòng)的功率器件市場(chǎng)，超過我們單純依據(jù)電動(dòng)車內(nèi)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(jī)量提升，推動(dòng)功率半導(dǎo)體需求增長

3.2.1. 光伏裝機(jī)量快速提升，逆變器需求將迎爆發(fā)

光伏逆變器是太陽能光伏系統(tǒng)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(jù)核心地位，是連接電網(wǎng)和光伏 系統(tǒng)的關(guān)鍵樞紐，其主要功能是將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為 交流電，并入電網(wǎng)或供負(fù)載使用。逆變器的性能對(duì)電站運(yùn)行平穩(wěn)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(fù)責(zé)整個(gè)光 伏系統(tǒng)的智能化控制，能夠通過最大功率電追蹤（MPPT）顯著提升系 統(tǒng)發(fā)電效率，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)節(jié)和保護(hù)。

集中式逆變器和組串式逆變器占據(jù)裝機(jī)規(guī)模近90%的份額，是當(dāng)前行 業(yè)主流。光伏逆變器的發(fā)展過程中，出現(xiàn)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，當(dāng)前集中式和組串式逆變 器占據(jù)近 90%的裝機(jī)規(guī)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(diào)節(jié)多塊光伏組件的電流輸出，適用于分 布式光伏系統(tǒng)。隨著技術(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(shì)，滲透率迅速提升。2020 年國內(nèi)組串 式逆變器出貨量已占據(jù)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。隨著全球多個(gè)國家陸續(xù)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將不斷提升。全 球來看，光伏發(fā)電不僅在歐美日等發(fā)達(dá)地區(qū)蓬勃發(fā)展，在中東、南美 等地區(qū)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(shì) 的發(fā)電形式。2021 年，在光伏發(fā)電成本持續(xù)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(jī)量有望 快速增長。

國內(nèi)光伏市場(chǎng)空間廣闊。2020年，國內(nèi)光伏新增裝機(jī)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(jī)規(guī)模較少的情況下，下半年光伏裝機(jī)快速發(fā)展，12 月單月新增光 伏裝機(jī)規(guī)模達(dá)到 29.5 GW，創(chuàng)歷史新高。

光伏新增裝機(jī)放量疊加存量替代空間擴(kuò)大，逆變器滲透率提升。光伏 新增裝機(jī)速度逐年提升，市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，作為光伏電站系統(tǒng)核心 的逆變器有望迎來量價(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(dāng)前存量替換需求主要來自 2010 年前后分布于歐洲地區(qū)的光伏裝機(jī)。國內(nèi)光伏裝機(jī)于 2013 年起騰飛，因此預(yù)計(jì)未 來 2-3 年國內(nèi)存量替換市場(chǎng)也將不斷擴(kuò)大。如果假設(shè)存量替代為 10 年 前的新增規(guī)模，則未來存量替代亦將顯著拉動(dòng)光伏逆變器的需求。綜 上，光伏裝機(jī)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)空間顯著擴(kuò)大。

3.2.2. IGBT是逆變器核心，國內(nèi)市場(chǎng)空間廣闊

IGBT等功率半導(dǎo)體是逆變器實(shí)現(xiàn)直流轉(zhuǎn)交流的關(guān)鍵所在，在逆變器成 本中約占據(jù) 13%的價(jià)值。IGBT 和MOSFET 等電力電子開關(guān)器件的高頻 率開合特性是逆變器實(shí)現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)交流電這一基礎(chǔ)功能的基礎(chǔ)。逆變 器生產(chǎn)所需原材料主要包括電子元器件、機(jī)構(gòu)件以及輔助材料，其中 電子元器件包括功率半導(dǎo)體、集成電路、電感磁性元器件、PCB 線路 板、電容、開關(guān)器件、連接器等，機(jī)構(gòu)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(jù)固德威招股說明書披露， 機(jī)構(gòu)件、電感、IGBT 功率器件為 3 大核心耗材，占據(jù)近 60%的成本， 其中 IGBT 功率器件占據(jù)約 13%，位列第三。

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

2026 年國內(nèi)光伏逆變器 IGBT需求有望超過 40 億人民幣。根據(jù)測(cè)算， 我們預(yù)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(shè)國內(nèi)廠商能拿到 65%的市場(chǎng)份額，則國內(nèi)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(dá)到 14.4%。 由此可見，光伏放量驅(qū)動(dòng)逆變器市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，逆變器進(jìn)一步為光伏 IGBT 帶來巨大的增長潛力，光伏 IGBT 有望迎來量價(jià)齊升。（報(bào)告來源：未來智庫）

4.趨勢(shì)二：國內(nèi)廠商加速追趕，市場(chǎng)份額有望提升

對(duì)于功率半導(dǎo)體企業(yè)而言，想實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)份額及營收規(guī)模的快速提升， 關(guān)鍵有二：

1、能力：國內(nèi)廠商技術(shù)和平臺(tái)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壟斷，國內(nèi)廠商目前仍主要集中 在二極管、低壓 MOSFET 等低端功率器件市場(chǎng)。短時(shí)間內(nèi)，國內(nèi)廠商 要想增強(qiáng)市場(chǎng)競爭力，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，最主要是在產(chǎn)品技術(shù)和平臺(tái)化 建設(shè)上做出足夠的投入。

產(chǎn)品技術(shù)方面：設(shè)計(jì)、制造及封裝工藝加速研發(fā)追趕。盡管功率半導(dǎo) 體對(duì)設(shè)計(jì)、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(nèi)廠商通過產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同有望突破壁壘，強(qiáng)化技術(shù)和 產(chǎn)品競爭力。 平臺(tái)化建設(shè)方面：“平臺(tái)化多樣性”是特色工藝企業(yè)構(gòu)筑競爭壁壘、打 造競爭優(yōu)勢(shì)的核心武器，工藝平臺(tái)越強(qiáng)大的企業(yè)，其在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、服 務(wù)能力和特殊化開發(fā)能力方面具有深厚的優(yōu)勢(shì)，因此足夠全面性和深 度性的特色化工藝平臺(tái)有助于增強(qiáng)公司的競爭力。

2、機(jī)遇：缺貨周期恰逢產(chǎn)能釋放，是實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入的重要契機(jī)。功率 半導(dǎo)體平均價(jià)值量低、在產(chǎn)品及系統(tǒng)效能中重要性高，下游客戶通常不會(huì)輕易更換供應(yīng)商，新進(jìn)入者實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入難度大。通過復(fù)盤過往 半導(dǎo)體景氣周期，我們發(fā)現(xiàn)在缺貨時(shí)期恰逢產(chǎn)能釋放是實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入 的重要契機(jī)，公司有望借機(jī)獲得長期成長機(jī)遇。

4.1. 英飛凌市占率領(lǐng)先，行業(yè)格局相對(duì)分散

功率半導(dǎo)體市場(chǎng)以英飛凌為龍頭廠商，整體市場(chǎng)份額相對(duì)分散。根據(jù) IHS markit 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019 年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)龍頭廠商英飛凌市場(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 6%，整體市場(chǎng)份額相對(duì)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(jù) IHS markit 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自 2009 年后，市場(chǎng)集中度整體處于上升趨勢(shì)，行業(yè)整合增多，頭部效應(yīng) 不斷加強(qiáng)，且 top1 廠商始終為英飛凌，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(duì)分散。從長周期角度看，功率半導(dǎo)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(dǎo)體廠商均為 IDM模式，行業(yè)格局較為穩(wěn)定。根據(jù) IHS markit 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2009 年，功率半導(dǎo)體前五廠商分別為英飛凌、 Toshiba、Fairchild、Mitsubishi 和 STMicro；2019 年功率半導(dǎo)體前五廠 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(xiàn) 在榜單上。總體來看，排除份額的變化，功率半導(dǎo)體前 5 廠商位序變動(dòng) 不大。

從 2019年數(shù)據(jù)來看，功率半導(dǎo)體前十廠商基本為歐美日功率大廠，中 國廠商暫時(shí)處于弱勢(shì)地位。從 2019 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，英飛凌、 STMicro 為 歐洲 廠商 ，ONSemi、Vishay 和 ROHM 為美 國廠 商 ， Mitsubishi、Toshiba、Fuji Electric 和 Renesas 為日本廠商，Nexperia 本為 歐洲廠商，現(xiàn)已被聞泰科技收購。整體而言，中國功率半導(dǎo)體廠商暫 時(shí)處于弱勢(shì)地位，市場(chǎng)份額較低。

4.2. 國內(nèi)廠商快速發(fā)展，競爭實(shí)力不斷強(qiáng)化

中國是最大的功率半導(dǎo)體需求國之一，占據(jù)全球功率半導(dǎo)體30%的需求。 但國內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后。歷經(jīng)多年追趕，隨著國內(nèi)半導(dǎo) 體行業(yè)整體的崛起，功率半導(dǎo)體行業(yè)亦迎來新轉(zhuǎn)機(jī)。新能源汽車、光 伏帶來功率器件新應(yīng)用場(chǎng)景，國產(chǎn)廠商有望抓住機(jī)遇，打破國外壟斷 市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)部分功率半導(dǎo)體的國產(chǎn)替代，主要依據(jù)有三：

一、 技術(shù)研發(fā)層面，與國外廠商差距不斷縮小。經(jīng)過多年的積累， 國內(nèi)廠商如士蘭微、時(shí)代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪、華虹等廠商 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、 客戶服務(wù)層面，本土廠商有更強(qiáng)配套優(yōu)勢(shì)。國內(nèi)新能源汽車、 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 廠商有望憑借更積極的響應(yīng)和定制化的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)份額的提升。

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

因此，我們認(rèn)為未來國內(nèi)的功率半導(dǎo)體無論是二極管/晶閘管，還是 MOSFET，乃至難度更高的 IGBT，市場(chǎng)份額均有望顯著提升，實(shí)現(xiàn)功 率半導(dǎo)體的國產(chǎn)替代。

4.2.1. 二極管/晶閘管

對(duì)于二極管和晶閘管而言，由于技術(shù)壁壘較低，國內(nèi)廠商市占率較高：

1、 晶閘管國內(nèi)廠商份額領(lǐng)先。在晶閘管的市場(chǎng)格局方面，根據(jù) IHS Markit 和 WSTS 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019 年度瑞能半導(dǎo)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(dá) 36.2%， 國內(nèi)排名第一。此外，根據(jù)捷捷微電披露，公司部分晶閘管產(chǎn)品占 據(jù)國內(nèi)同類產(chǎn)品 50%左右份額，部分產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)媲美進(jìn)口同類 產(chǎn)品。

2、 二極管市場(chǎng)較為分散，國內(nèi)出口金額大于進(jìn)口。二極管技術(shù)簡單， 中國大陸廠商憑借低成本及政府的大力扶持快速崛起。從今年來的 進(jìn)、出口金額來看，二極管國產(chǎn)替代率較高，并遠(yuǎn)銷海外。

4.2.2. MOSFET

中國占全球 MOSFET 需求 38%，國內(nèi)廠商份額較低。就 MOSFET 競爭格局而言，英飛凌為分立 MOSFET 全球龍頭廠商，市場(chǎng)份額占 24.6%，中國廠商主要有 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(nèi)廠商 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(yīng)鏈競爭力：

1、通過 MOSFET電壓等級(jí)來看產(chǎn)品覆蓋廣度。從下游應(yīng)用來看，不 同電壓等級(jí)對(duì)應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景。其中，低壓 MOSFET 應(yīng)用十分廣 泛，2021 年上半年受益于消費(fèi)電子的旺盛需求，拉動(dòng)低壓 MOSFET 出 貨快速增長，有望達(dá)到 36 億美金。此外，中電壓和高電壓的 MOSFET 主要被應(yīng)用于電網(wǎng)、汽車、基站以及工控中，市場(chǎng)需求亦穩(wěn)步增長。

國內(nèi) MOSFET產(chǎn)品覆蓋大多數(shù)電壓等級(jí)，市場(chǎng)覆蓋范圍廣。通過梳理 國內(nèi)主要上市公司 MOSFET 的主要電壓等級(jí)（包括 P型和 N型溝道）， 我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)公司產(chǎn)品覆蓋廣度已經(jīng)可滿足大部分的下游應(yīng)用需求。 其中從電壓范圍 來看，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(jié)構(gòu)來國內(nèi)廠商技術(shù)進(jìn)步。

目前國內(nèi)廠商大部分已掌握超結(jié)及溝槽 MOSFET工藝。目前來看，國 內(nèi)廠商華潤微、士蘭微等廠商均已掌握平面、溝槽及超結(jié) MOSFET 產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力，在器件結(jié)構(gòu)技術(shù)方面已和國外廠商并駕齊驅(qū)， 技術(shù)實(shí)力有望不斷提升。

技術(shù)進(jìn)步疊加產(chǎn)品線逐漸豐富，大陸 MOSFET 廠商有望崛起。從 MOSFET 產(chǎn)品種類 來看，新潔 能 MOSFET 產(chǎn)品種類已經(jīng)達(dá)到 1300 種以上，雖然與英飛凌（超 2500 種 MOSFET 產(chǎn)品）尚有一定差距，但亦能說明國內(nèi) MOSFET 廠商已形成了豐富的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可為下游應(yīng)用領(lǐng)域提供綜合解決方案。隨著技術(shù) 的不斷突破，對(duì)于中高端的 MOSFET 市場(chǎng)而言，下游客戶對(duì)器件性能 及客戶匹配的重視程度要高于低端 MOSFET，國內(nèi)廠商有望憑借技術(shù) 突破及本土化優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)客戶的快速導(dǎo)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(yīng)商為英飛凌， 市場(chǎng)份額占 32.5%，中國廠商士蘭微進(jìn)入前十，市場(chǎng)份額占 2.2%； 在 IPM方面（下游主要是消費(fèi)和工業(yè)），全球龍頭供應(yīng)商為三菱電機(jī)， 市場(chǎng)份額占 37%，中國廠商士蘭微再次進(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(duì)龍頭，市場(chǎng)份額占35.6%，中國廠商斯達(dá)排名第八，市場(chǎng)份額 2.4%。中國廠商進(jìn)入 IGBT 行業(yè)較晚， 但是通過研發(fā)交流，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，中國廠商目前已經(jīng)研發(fā)出第六代 FSTrench IGBT，并在第七代 RC IGBT 上具備相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備，同時(shí)隨著 政府對(duì)中國 IGBT 企業(yè)的政策支持，疊加中國下游市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的大量需 求，中國企業(yè)有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的國產(chǎn)替代，后來居上與國際巨頭正面 競爭。

我們同樣從國內(nèi)廠商 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(yīng)鏈競爭力：

1、覆蓋廣度來看：國內(nèi)廠商 IGBT產(chǎn)品電壓范圍內(nèi)覆蓋主要應(yīng)用。車規(guī)級(jí) IGBT 模塊和分立器件電壓范圍主要涵蓋 750 V-1400 V，工業(yè)應(yīng)用 IGBT 模塊電壓范圍往往在 1200 V以上。國內(nèi) 廠商的產(chǎn)品電壓規(guī)格目前大部分已經(jīng)涵蓋 500-1400 V，卡位下游最主要 的車規(guī)及工業(yè)分立器件應(yīng)用，成長性較高。此外，斯達(dá)半導(dǎo)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(yīng)用等領(lǐng)域具備較強(qiáng) 競爭力。

2、電學(xué)參數(shù)來看：部分國內(nèi)車規(guī)級(jí) IGBT模塊性能已與國外廠商相當(dāng)。 英飛凌是 IGBT 模塊的主流廠商，尤其是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，其 Hybrid PACK 產(chǎn)品客戶覆蓋寶馬新能源以及國內(nèi)的精進(jìn)電機(jī)、上海電驅(qū)動(dòng)、匯 川等供應(yīng)商。此外英飛凌還推出可用于重型卡車、客車的 Econodual、 Prime PACK系列模塊，產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先且應(yīng)用廣泛。通過與英飛凌 Econodual 1200 V/600 A電 動(dòng)汽車 IGBT 模塊的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)其電學(xué)性能與國外產(chǎn)品相當(dāng)， 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、模塊散熱來看：目前國內(nèi)廠商在直接液冷方案已實(shí)現(xiàn)突破。盡管雙面冷卻更為先進(jìn)，但我們預(yù)計(jì)單面液冷仍在一段時(shí)間是下游電動(dòng)車模 塊的主要散熱方案。此外，對(duì)于雙面冷卻模塊方案（主要用于高端 新能源車型如雷克薩斯等），國內(nèi)廠商也在加速突破。隨著國內(nèi) IGBT 廠商已突破下游應(yīng)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(xù)研發(fā)投入，IGBT 模塊封裝能力在電動(dòng)車等下游新興領(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(nèi) IGBT廠商有望崛起。通過上文對(duì)國 內(nèi)廠商 IGBT 產(chǎn)品的梳理，在器件電壓覆蓋范圍及技術(shù)指標(biāo)均滿足電動(dòng) 車等新興下游領(lǐng)域的需求。

國內(nèi)廠商在車規(guī) IGBT領(lǐng)域滲透率有望持續(xù)提升。根據(jù)斯達(dá)半導(dǎo)的招股書披露，隨著 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(qū)動(dòng)等國產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)供應(yīng)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(yīng)用中，國內(nèi)廠商有望通過性價(jià)比優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)份額的穩(wěn)步增長。

4.3. 缺貨加速國產(chǎn)替代，國內(nèi)廠商獲得良機(jī)

4.3.1. 終端需求不斷釋放，功率器件缺貨持續(xù)

終端需求不斷上漲，8寸產(chǎn)品缺貨漲價(jià)成共識(shí)。2020年以來終端需求不 斷上漲的關(guān)鍵原因主要分為三個(gè)：①5G 商用需求量價(jià)齊升，帶動(dòng)原材 料硅含量增加以及功率管理應(yīng)用成長；②年初“防疫停工”導(dǎo)致晶圓 產(chǎn)能被拖后 2-3 月，同時(shí)“宅經(jīng)濟(jì)”需求暢旺，帶動(dòng)平板等消費(fèi)電子的 需求上升；③“華為禁令”、“中芯遭禁”的國際貿(mào)易摩擦加重市場(chǎng)擔(dān) 憂帶動(dòng)囤貨。另外，智能手機(jī)發(fā)布會(huì)的追單效應(yīng)、車用芯片訂單的大 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(shí)。

功率器件主要依賴于 8寸產(chǎn)線，受影響程度嚴(yán)重。雖然12英寸晶圓廠 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(duì)特種工藝的要求較高； 其次，8 英寸晶圓產(chǎn)線相對(duì)于 12 英寸晶圓產(chǎn)線具有成本優(yōu)勢(shì)，大多數(shù) 8 英寸設(shè)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(yīng)下，更具經(jīng)濟(jì)效益。因而在 8 寸線產(chǎn)品供不應(yīng)求的形勢(shì)下，功率器件 受影響程度同樣嚴(yán)重。

功率器件產(chǎn)能吃緊，各類供應(yīng)商紛紛加入漲價(jià)浪潮。2021 年 Q3新一輪已 調(diào)價(jià)產(chǎn)品涵蓋了 IPM、IGBT、二極管、LED 驅(qū)動(dòng)芯片等產(chǎn)品類別，涉 及 LED 照明、家電、汽車等細(xì)分市場(chǎng)。

國內(nèi)主要功率器件供應(yīng)商仍然是 Infineon、ON Semi、STMicro等國際大 廠。根據(jù) IHS 的統(tǒng)計(jì)，就 MOSFET 市場(chǎng)而言，英飛凌、安森美、東芝、 ST 以及瑞薩合計(jì)占據(jù)了國內(nèi)市場(chǎng)的主要份額，國際大廠供應(yīng)不足，必 然導(dǎo)致當(dāng)下國內(nèi)功率器件需求的進(jìn)一步緊缺。

4.3.2. 復(fù)盤歷史缺貨周期，國產(chǎn)替代有望加速

行業(yè)缺貨是國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商完成客戶導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展的重要 契機(jī)。因 此，對(duì)于國內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)而言，下游需求放量或者上游供給短缺 導(dǎo)致的產(chǎn)品缺貨階段，是其實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入的重要窗口期。復(fù)盤過往兩 次功率半導(dǎo)體的景氣周期（2009-2011,2016-2018）可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)行業(yè)缺 貨時(shí)，若恰逢細(xì)分產(chǎn)品技術(shù)成熟及產(chǎn)能釋放，國內(nèi)廠商有望獲得重要 發(fā)展機(jī)遇。

1、2009-2011 年的功率景氣周期。2008 年經(jīng)濟(jì)危機(jī)使得各大廠商縮減 制造產(chǎn)能，隨著 2009 年年末全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，市場(chǎng)對(duì)功率器件的需求大 幅上升，導(dǎo)致功率器件開始供不應(yīng)求。根據(jù) Vishay 披露的二極管 book to bill數(shù)據(jù)，2010 年第一季度 book to bill達(dá)到了 1.63。隨著供給的不斷 釋放，功率行業(yè)景氣度隨后開始逐漸下滑。

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(nèi)廠商如士蘭微憑借其產(chǎn)能不斷釋放（2010 年擴(kuò)產(chǎn)后的士蘭集成產(chǎn)能 達(dá)到 12.5 萬片每月，2011 年達(dá)到 15.8 萬片每月）以及技術(shù)的發(fā)展 （2009 年開始具備高壓 VDMOS 和低壓 VDMOS 等產(chǎn)品量產(chǎn)能力），實(shí) 現(xiàn)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)營收達(dá)到了 5.13 億，同比增長 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KFAB因火災(zāi)停工（后于2017年Q3正式關(guān)閉）， 導(dǎo)致供給下滑。同時(shí)由于指紋識(shí)別芯片、CIS 芯片占用了大量的 8 寸產(chǎn) 能，導(dǎo)致全球功率半導(dǎo)體供給雪上加霜。2016 年末起，功率半導(dǎo)體器 件行情回暖，部分 MOSFET、二極管、晶閘管交期出現(xiàn)延長。2017 年， 隨長電科技大漲 MOSFET 價(jià)格，臺(tái)廠富鼎、尼克森的供貨商開始全面 漲價(jià)，鑄就 2016-2018 兩年的功率半導(dǎo)體景氣周期。最終，2018 年 Q3， 臺(tái)廠商營收到達(dá)高點(diǎn)，隨后開始逐月回落，景氣度逐漸下滑。

士蘭微 IPM產(chǎn)品受益缺貨實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入。士蘭微自2007年發(fā)力高壓驅(qū) 動(dòng)電路 HVIC 設(shè)計(jì)，2010 年進(jìn)軍高壓功率模塊 IPM 封裝。2012 年起， 公司 IPM產(chǎn)品開始在白電工業(yè)領(lǐng)域推廣。在 2016-2018年功率半導(dǎo)體缺 貨的背景下，士蘭微 IPM在國內(nèi)白電客戶中持續(xù)取得突破（其 8寸產(chǎn)線 亦在 2017 年開始貢獻(xiàn)產(chǎn)能，年末實(shí)現(xiàn) 1.5 萬片月產(chǎn)能），完成了客戶導(dǎo) 入并取得在國內(nèi)廠商中的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，其白電核心客戶目前已經(jīng)包括海 信、海爾、長虹、美的、格力等知名廠商。2020 年，士蘭微在白電客 戶 IPM 的出貨量超過 1800 萬顆（2016 年 IPM 出貨數(shù)僅為 100 萬顆左 右），實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)式的增長。

本次缺貨亦將成為國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商發(fā)展的重要機(jī)遇，無論IDM還是 Fabless 都有機(jī)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(dǎo)體廠商產(chǎn)品供給 較為充沛。其中英飛凌、意法半導(dǎo)體以及國內(nèi)的華虹 （代工廠）、士蘭微將領(lǐng)先增長，合計(jì)將增加 70萬片/月等效 8寸產(chǎn)能。

國內(nèi)功率半導(dǎo)體代工產(chǎn)能在缺貨周期不斷釋放。IDM廠商士蘭微12寸 特色工藝產(chǎn)線于 2020 年年末投產(chǎn)，21 年底產(chǎn)能有望達(dá)到 3.5 萬片/月， 2022 年有望爬坡至 6 萬片/月。華虹無錫 12 寸代工產(chǎn)能自 2019 年 Q3投 產(chǎn)后持續(xù)釋放，預(yù)期 2021 年底會(huì)達(dá)到 6.5 萬片/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 萬片/月。此外，IDM 廠商華潤微規(guī)劃 3 萬片/ 月的 12 寸產(chǎn)線亦預(yù)計(jì)在 2022 年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能貢獻(xiàn)。在本輪缺貨周期中，國 內(nèi)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(nèi)廠商代工供給較為充沛，新客戶的導(dǎo) 入預(yù)計(jì)將較為順利。

2、國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品力持續(xù)升級(jí)，有望在中高端市場(chǎng)快速滲透。與 上兩輪周期比，當(dāng)下國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商已具備更高的產(chǎn)品力，有望 向中高端市場(chǎng)快速滲透，相關(guān)公司有望獲得長期持續(xù)成長。IPM 來看， 如士蘭微在 IPM 領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，恰逢其 12 寸線產(chǎn)能釋放，有望在缺貨 周期進(jìn)一步提升 IPM 市場(chǎng)份額。車規(guī) IGBT 來看，斯達(dá)半導(dǎo) IGBT 產(chǎn)品 已經(jīng)進(jìn)入到國內(nèi)新能源汽車 tier 1 中，隨華虹 12 寸產(chǎn)能不斷爬坡、釋放， IGBT 模塊在國內(nèi)新能源車型中份額或?qū)@著提升。光伏 IGBT 來看，根據(jù)宏微科技披露，其光伏產(chǎn)品亦在逐步放量。（報(bào)告來源：未來智庫）

5.趨勢(shì)三：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈崛起，國內(nèi)外望同臺(tái)競技

前文論述過關(guān)于功率半導(dǎo)體的國產(chǎn)替代問題，而碳化硅產(chǎn)業(yè)仍處于起 步階段，國內(nèi)、外廠商有望同臺(tái)競技。

5.1. 碳化硅材料高性能，市場(chǎng)快速持續(xù)增長

5.1.1. 碳化硅性能較優(yōu)異，下游需求快速擴(kuò)張

區(qū)別于傳統(tǒng)硅基襯底，碳化硅半導(dǎo)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(tǒng)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)通電阻率更低、功率損耗更小。另外，碳化硅器件在關(guān)斷過程中 不存在電流拖尾現(xiàn)象，可以大幅提高實(shí)際應(yīng)用的開關(guān)頻率，降低開關(guān) 損耗。

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

1）導(dǎo)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。通過化學(xué)氣相沉淀生長碳化硅外延層后，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(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空 航天等領(lǐng)域。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2020 年 SiC 電子電力市場(chǎng)規(guī)模約 5.4億美 元，到 2025 年這一規(guī)模有望超過 25 億美金。

2）半絕緣型襯底電阻率約在 105Ω·cm以上，外延生長 GaN材料，形成 碳化硅基氮化鎵外延片（GaN-on-SiC），主要應(yīng)用于微波射頻領(lǐng)域，在 5G 驅(qū)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(yù)計(jì) 2025 年將超過 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(dāng)前碳化硅襯底供需仍存缺口。

1）技術(shù)：熔點(diǎn)高、硬度強(qiáng)、晶體結(jié)構(gòu)復(fù)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(qū)別于傳統(tǒng)單晶 1600 ℃的 生長環(huán)境，碳化硅生長溫度需高達(dá) 2000 ℃、壓強(qiáng)近 350 MPa，以使其 升華，這對(duì)長晶爐、熱場(chǎng)等設(shè)備都提出了更高的要求。此外，碳化硅 硬度強(qiáng)，是僅次于金剛石硬度的材料，為消除表面的損傷，后續(xù)切片、 打磨、拋光的材料要求比傳統(tǒng)工藝更加苛刻。碳化硅本身晶形多樣， 有超過 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(dá)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(yàn)積累。

2）資金：投資門檻不高但回報(bào)期長。對(duì)于襯底而言，廠商需要對(duì)設(shè)備 進(jìn)行較為復(fù)雜的工藝調(diào)試從而提升良率，耗時(shí)較大。對(duì)于器件而言， 碳化硅器件與傳統(tǒng)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(nèi)部分碳化硅產(chǎn)線采用舊 6 寸硅生產(chǎn)線搭配部分專用設(shè)備，盡管初始 投資規(guī)模不大，但需要對(duì)制造工藝進(jìn)行長期打磨和調(diào)試。為在技術(shù)上 取得突破，行業(yè)新進(jìn)入者需要長期持續(xù)的資本投入，導(dǎo)致器件出貨價(jià) 也較高。但隨著工藝不斷成熟，單位成本降低，碳化硅半導(dǎo)體價(jià)格逐 漸下降，有望部分替代 IGBT，同時(shí)持續(xù)帶動(dòng)需求放量，反過來進(jìn)一步 助推制造商形成規(guī)模效應(yīng)、降低成本，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。

國內(nèi)供需仍存缺口，有效產(chǎn)能不足。我國2020年碳化硅導(dǎo)電型襯底產(chǎn) 能約 40萬片/年（約當(dāng) 4英寸）、外延片折合 6英寸 22萬片/年、器件 26 萬片/年；半絕緣型襯底折算 4 英寸產(chǎn)能近 18萬片/年。隨著新能源汽車、5G 等下游應(yīng)用市場(chǎng)的快速起量， 國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品供給無法滿足需求，目前第三代半導(dǎo)體主要環(huán)節(jié)國產(chǎn)化 率仍然較低，超過 80%的產(chǎn)品要靠進(jìn)口。

5.2. 國內(nèi)廠商發(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(nèi)技術(shù)不斷發(fā)展

當(dāng)前碳化硅市場(chǎng)呈現(xiàn)美國一家獨(dú)大，日本、歐洲緊隨其后的格局，國 內(nèi)廠商正在加速追趕，有望實(shí)現(xiàn)彎道超車，在全球市場(chǎng)占據(jù)一定份額。

1）從襯底來看，美、日廠商占據(jù)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(guī)?；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)線建設(shè)計(jì)劃，預(yù)計(jì) 2022 年有望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。國內(nèi)廠商中，山東天岳在 2019 年開始建設(shè) 6 英 寸產(chǎn)線；天科合達(dá)在 2014 年成功研制 6 英寸產(chǎn)線，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)小批量生 產(chǎn)，于 2020 年成為國內(nèi)首家啟動(dòng)研發(fā) 8 英寸襯底的廠商。

國內(nèi)襯底廠商雖在產(chǎn)品規(guī)格和技術(shù)成熟度上有差距，但存在較大追趕 可能。國內(nèi)廠商目前雖無法規(guī)?；a(chǎn)高質(zhì)量、大規(guī)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(dá)等中國廠商有足夠 的競爭能力。目前國產(chǎn) SiC 襯底已經(jīng)實(shí)現(xiàn)微管密度小于 1 個(gè)/cm2，襯底 面積 95%可用，位錯(cuò)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，但未來可期。

2）從器件來看，相比器件設(shè)計(jì)，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(dǎo)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(dǎo)通電 阻降低至 15 mΩ，開關(guān)損耗降低 20%；ROHM 推出 1200 V 第四代 SiC MOSFET。此外，國際廠商 CREE、ROHM 和英飛凌均已推出車規(guī)級(jí) SiC MOSFET，比國內(nèi)產(chǎn)品元胞尺寸更小、導(dǎo)通電阻更低、閾值電壓更 高。

國內(nèi)廠商積極研發(fā)布局碳化硅器件項(xiàng)目。現(xiàn)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(jí)，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(dāng)中。國內(nèi)廠商如泰科天潤已發(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(dǎo)體等公司已實(shí) 現(xiàn) 650 V、1200 V、1700 V SiC MOSFET 的小規(guī)模量產(chǎn)；功率模塊方面， 國內(nèi)上市企業(yè)士蘭微、斯達(dá)半導(dǎo)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(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn) 低端產(chǎn)品的國產(chǎn)替代化，高端產(chǎn)品依然依賴進(jìn)口。

3）資金來看，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體投資力度高企，力爭追趕國際廠商。 根據(jù) CASA Research 披露，2018年至今，國內(nèi)廠商始終加強(qiáng)布局第三代 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，2020 年一共有 24 筆投資擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目（2019 年 17 筆），增產(chǎn) 投資金額超過 694 億元，同比增長 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(jù) CASA 數(shù)據(jù)，2020 年我國電力電子和射頻電子總產(chǎn)值超過 100 億 元，同比增長了 69.5%。其中，SiC、GaN 兩種材料的電力電子產(chǎn)值合 計(jì)達(dá) 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，本土廠商機(jī)會(huì)較大

當(dāng)前仍是碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈從上游到下游都有機(jī)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)有差距但尚未顯著拉大。相比 于第一代和第二代半導(dǎo)體，以碳化硅為首的第三代半導(dǎo)體仍處于商業(yè) 化的早期階段疊加無論是設(shè)備還是材料國內(nèi)廠商自主性都比較強(qiáng)，國 外巨頭雖有技術(shù)上的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)前差距尚未顯著拉大。國內(nèi)布局 來看，當(dāng)前無論碳化硅襯底還是器件，目前國內(nèi)廠商均有布局，產(chǎn)業(yè) 鏈較為完備，卡脖子風(fēng)險(xiǎn)低。

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