核心思想：

预计功率半导体将在2021年迎来高增长周期。2018年，受电动汽车需求快速增长以及其他占据8英寸产能芯片需求的推动，功率半导体经历了一轮供不应求和价格上涨；2019年，受智能手机和传统汽车需求下滑以及电动汽车稳步发展的影响，功率半导体表现平淡；2020年，受疫情影响，上半年功率半导体需求不佳，但第三季度后，受5G供电、智能手机、工业、电动汽车和物联网设备等因素的推动，需求显著增长。海外疫情影响了国外厂商的产能供应，部分产品出现供不应求和价格上涨。我们判断，在多重需求的推动下，功率半导体将在2021年迎来高增长周期。

行业观点

2021年，需求增长+价格上涨+国内替代将为功率半导体带来良好的发展机遇：受全球新冠疫情影响，2020年全球功率半导体市场出现下滑。QYResearch预测2020年同比下降9.1%。预计2021年将同比增长8.1%，主要受5G手机、电动汽车和物联网需求的推动。2020年第四季度，安森美半导体（ON Semiconductor）旗下英飞凌（Infineon）、意法半导体（STMicroelectronics）和Diodes等品牌的功率半导体产品交货周期普遍延长。部分MOSFET产品价格上涨趋势明显，尤其是英飞凌的产品。国内品牌也出现供不应求和价格上涨的情况，MOSFET价格普遍上涨10-20%。2019年，中国已发展成为全球最大的功率半导体市场，占全球市场份额的35.9%。然而，其自给率仍然较低。以IGBT为例，2019年的自给率仅为16.3%。我们认为，2021年，在需求增长、价格上涨和国内替代的共同推动下，功率半导体将迎来良好的发展机遇，产业链也将积极受益。

新能源汽车市场蓬勃发展，对IGBT的需求也随之快速增长。新能源汽车正进入高速增长期。2020年11月，新能源汽车产量和销量分别为19.8万辆和20万辆，同比增长分别高达75.1%和104.9%。预计到2025年，全球新能源汽车保有量将达到1100万辆，其中中国将占50%。新能源汽车对新型功率半导体的需求量巨大。一辆48V轻混汽车的功率半导体成本将增加90美元以上，而一辆纯电动汽车或混合动力汽车的功率半导体成本将增加330美元以上。预计2018年至2023年，汽车用IGBT模块的复合年增长率将达到23.5%。汽车功率半导体市场竞争激烈且高度集中，欧美厂商占据核心优势。 2019年，全球最大的汽车功率半导体公司是英飞凌，市场份额为25.5%，第二大公司是意法半导体，市场份额为13.9%。前五大公司合计占62.1%的市场份额，市场集中度较高。中国企业在汽车功率半导体领域的基础较为薄弱，但近年来中国电动汽车发展迅速，也带动了IGBT产业的发展。2019年，英飞凌在中国新能源汽车IGBT领域排名第一，市场份额为49.3%，比亚迪紧随其后，市场份额为20%，主要供应自有产品；星芯半导体位列第三，市场份额为16.6%，增长迅速。

第三代半导体的性能优异，市场需求不断增长。碳化硅（SiC）主要应用于白色家电、新能源（电动汽车、风能、光伏）和工业领域。预计到2027年，碳化硅功率器件的市场规模将超过10亿美元。在汽车应用方面，SiC MOSFET的性能优势明显，能够降低损耗，并减小模块的体积和重量。Model 3率先采用SiC MOSFET，开启了SiC在电动汽车领域的应用。2020年，比亚迪汉也采用了SiC模块，有效提升了加速性能、功率和续航能力。丰田燃料电池车Mirai也搭载了SiC，使功率模块的体积减少了30%，损耗降低了70%。我们相信，随着成本的下降和技术的逐步成熟，SiC在电动汽车领域拥有广阔的应用前景。

重点企业：星芯半导体、华宏半导体、华润微电子、思兰微电子、新清洁能源。

风险提示：电动汽车发展未达预期，智能手机销量未达预期，5G进展低于预期。

1. 功率半导体行业应用范围广泛且发展稳定

1.1 预计2019年至2025年全球功率半导体年均增长率为4.3%。

功率半导体广泛应用于各种电子产品中。2019年功率半导体市场规模为17.5亿美元。Yole预测，到2025年，该市场规模预计将达到22.5亿美元，2019年至2025年的年均增长率预计为4.3%。

2019年至2025年，IGBT模块的年均增长率为18%。受益于新能源（电动汽车、风能和光伏发电）和工业控制行业的快速发展，预计到2025年，IGBT模块市场规模将达到5.4亿美元，占整个功率半导体市场的24%。

汽车领域占据最大份额，其次是电机领域。2019年，汽车领域（包括电动汽车、混合动力汽车、硅MOSFET）市场规模为1.5亿美元，电机驱动（电机驱动器、IGBT模块）为1.4亿美元，智能手机和无线设备（硅MOSFET）为1.3亿美元，计算机技术（计算）和存储（硅MOSFET）为1.2亿美元，工业领域（硅MOSFET）为1.1亿美元，电动汽车和混合动力汽车领域（IGBT模块）为600亿美元（其他领域为10.4亿美元）。从功率半导体市场各组件的占比（数量）来看，硅MOSFET占45%。另一个主要组件是IGBT模块，2019年市场规模为3.7亿美元。IGBT模块在工业、能量再生逆变器、电动汽车和混合动力汽车领域的应用备受关注（尤其是电动汽车和混合动力汽车作为最新的应用方向）。

汽车级SiC MOSFET市场正快速增长。由于美国特斯拉和中国比亚迪等汽车制造商的需求，硅模块正逐渐取代IGBT模块成为主要的逆变器。预计随着电动汽车和混合动力汽车的增长，SiC MOSFET市场也将随之增长。未来，SiC分立晶体管将与MOSFET展开竞争，成为高效车载充电系统的主要应用领域。

1.2 中国功率半导体市场位居世界第一，国内龙头企业发展迅速

2019年，中国功率半导体市场占全球市场的35.9%：中国是全球最大的功率器件消费国，功率器件领域的主要产品在中国市场份额均位居第一。

国内领先企业的全球市场份额仍然很低，与国际巨头存在明显差距：与整个半导体行业类似，与海外功率器件IDM厂商相比，国内领先功率器件企业（如华润微电子、星辰半导体、新净能、杨捷科技、中微电子、思兰微电子等）的年销售额与国际巨头相差甚远，产品结构也偏低端，这表明中国功率器件市场规模与自主化率存在严重不匹配，国内替代空间巨大。目前，中国功率半导体产业正处于快速发展阶段。闻泰科技收购了新净能，星辰半导体、华润微电子、新净能等多家功率半导体企业相继上市，发展势头强劲。

2. 受需求驱动，功率半导体将在2021年迎来高速增长期。

2.1 主要国际功率半导体制造商的交货时间延长

2020年第四季度，英飞凌MOSFET、IGBT等产品的交货周期普遍延长，最长交货周期达30周。其中，低压和高压MOSFET以及军用航空晶体管的价格均有所上涨。意法半导体功率半导体产品的交货周期整体呈延长趋势，价格则保持稳定。

2020年第四季度，Diodes公司MOSFET和晶体管产品的交货周期延长，最长交货周期达20周，低压MOSFET价格呈上涨趋势。安森美半导体（ON Semiconductor）功率系列产品的交货周期也延长，高低压MOSFET产品价格均呈上涨趋势。

2.2 功率半导体MOSFET的价格上涨趋势明显

MOSFET价格涨幅在10%至20%之间。据产业链调研信息显示，2020年11月至12月，海外品牌，尤其是英飞凌（Infineon）的产品出现断货现象。国内品牌也面临缺货和价格上涨的情况。市场上MOSFET价格普遍上涨10%至20%。

中国是MOSFET需求量巨大的国家，但高度依赖进口。据IHS数据显示，2019年全球MOSFET市场规模为7.6亿美元，其中国内市场占比39%。从MOSFET市场结构来看，英飞凌、安森美半导体、东芝、意法半导体和瑞萨电子合计占据了国内市场61%的份额。主要国际厂商面临供应不足和明显的短缺问题。

需求激增，8英寸晶圆产能不足导致供应短缺和价格上涨。汽车电气化带动了MOSFET需求的激增。下游电子设备对节能环保的需求不仅推动了MOSFET需求的增长，也促使产品结构快速升级。5G商用进程的启动更是推动了MOSFET需求的指数级增长。在充电桩供电和5G通信供电领域，预计今年需求将增长20-30%。上半年计算机、家电和快充等领域积压的需求也已逐步释放。从供应端来看，MOSFET主要依赖8英寸和6英寸晶圆代工厂，12英寸及以下晶圆的占比超过80%。据产业链调研信息显示，目前主要晶圆代工厂的8英寸晶圆产能已满。例如，华虹、华润微等国内8英寸晶圆代工厂的产能利用率接近满负荷，联电的8英寸晶圆代工厂产能将持续满负荷运转至2021年下半年。

Diodes（美国和台湾）将于2021年1月1日起上调部分产品价格。Diodes（美国和台湾）在致客户的涨价通知中表示，受新冠肺炎疫情影响，公司面临成本上涨和供应商交货期延长的挑战。鉴于此，公司决定自2021年1月1日起上调部分产品价格。

杭州思兰微电子宣布，由于MOS晶圆及封装材料价格上涨，以及产能受限，公司相关产品成本持续攀升。为保障产品供应，维护良好的业务关系，公司经慎重考虑后决定，自即日起（2020年12月9日），本月公司SGT MOS产品价格上调20%。

新捷能源将于2021年1月1日起上调部分产品价格。2020年12月21日，无锡新清洁能源也向客户发布了价格调整通知。通知指出，由于上游原材料和包装成本持续上涨、产能紧张、生产周期延长等原因，产品成本大幅增加，原价难以满足供应需求。

预计功率半导体将在2021年迎来高增长周期。2018年，受电动汽车需求快速增长以及其他占据8英寸产能芯片需求的推动，功率半导体经历了一轮供不应求和价格上涨；2019年，受智能手机和传统汽车需求下滑以及电动汽车稳步发展的影响，功率半导体表现平淡；2020年，受疫情影响，上半年功率半导体需求不佳，但第三季度后，受5G电源、智能手机、快充、工业、电动汽车以及物联网设备等需求的推动，功率半导体需求显著增长，部分产品出现供不应求和价格上涨。我们预测，功率半导体将在2021年迎来高增长周期。

3. 强劲的电动汽车需求 + 多领域需求驱动 + 国内替代需求，IGBT 前景广阔

3.1 IGBT——电力器件、电力电子设备和系统中的CPU的瑰宝

IGBT是一种工作原理复杂的集成功率半导体器件。从结构上看，IGBT集成了几乎所有半导体器件的基本结构，例如二极管、双极型晶体管（BJT）、结型场效应晶体管（JFET）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和可控硅整流器（SCR）。IGBT结构参数的变化会导致其性能的相应变化。在工艺技术方面，IGBT采用MOS集成电路技术实现大面积功率集成。设计表明，单元尺寸不断减小。并联单元越多，导通压降（导通损耗）越低。

IGBT技术发明至今已有30余年，主要经历了六代技术和工艺改进。从结构上看，IGBT可分为垂直结构、IGBT栅极结构和硅片加工技术。其主要发展趋势是降低损耗。

IGBT适用于高压领域：IGBT是一种复合功率半导体器件，由BJT和MOSFET组成。它不仅具有MOSFET的高开关速度、高输入阻抗、低控制功耗、驱动电路简单和低开关损耗等优点，还具有BJT的低导通电压、大导通电流和低损耗等优点。在高电压、大电流和高速度方面，它是其他功率器件无法比拟的。因此，它是电力电子领域的理想开关器件，也是未来应用发展的主要方向。IGBT的稳定性略逊于MOSFET，但优于BJT。然而，IGBT的耐压更容易实现高于MOSFET，且不易因二次击穿而失效，使其适用于高压应用。

作为工业控制和自动化领域的核心器件，IGBT模块广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等众多领域。随着新能源汽车的发展和变频白色家电的普及，IGBT市场持续升温。它不仅提高了工业应用中设备的自动化水平和控制精度，而且大幅提升了电能的应用效率，同时还减小了产品体积和重量，节约了材料。

IGBT在600V以上电压等级具有显著优势，目前可应用于6500V高压应用。在高压领域，SiC MOSFET是IGBT的竞争对手，但其成本仍然较高。

随着应用领域的不断升级，对IGBT芯片和模块提出了新的要求。芯片需要缩小面积并实现快速开关。IGBT需要承载更高的电压和电流，同时还要具备低损耗和高可靠性。

汽车级电源模块需要更高的电气运行可靠性、更长的使用寿命、更好的节能效果、更强的抗干扰能力、轻巧的重量、紧凑的尺寸等。

为了应对各种应用需求，功率模块封装技术也在不断发展，主要包括硅器件新技术、降低热阻、新的芯片焊接方法、双面散热、提高集成度等。

3.2 新能源汽车是IGBT模块增长的主要驱动力

新能源汽车功率半导体的价值显著提升：新型功率器件的价值主要体现在汽车的“三动力”系统中，包括动力控制、电驱动和电池系统。在动力控制单元中，IGBT或SiC模块将高压直流电转换为驱动三相电机的交流电；在车载充电器的AC/DC和DC/DC转换器中，使用IGBT或SiC、MOS和SBD单管；在高压辅助控制器（例如电动助力转向系统、水泵、油泵、PTC和空调压缩机）中，使用IGBT单管或模块；在ISG启停系统中，电动汽车的低压控制器（例如雨刮器）则使用MOS单管。

（1）电机调速系统：新能源汽车电机调速系统中的功率器件主要有两种形式：直流电机用斩波器和交流电机用逆变器。（1）斩波器：直流电机调速系统通常采用斩波器。其功率电路相对简单，效率较高。随着功率器件的发展，斩波器的频率可以达到数千赫兹，因此非常适合直流牵引调速。新能源汽车由直流电机驱动，无论是串励电机还是他励电机，都使用斩波器作为功率变换器。斩波器的功率器件大多采用MOSFET和BJT。（2）逆变器的DC/DC转换方式一般有两种：直流斩波器+逆变器和DC/DA逆变器。由于新能源汽车的供电电压较低，如果采用前一种方式，能量传输环节过多，会降低整个系统的效率。而采用PWM电压逆变器则具有电路简单、环节少、效率高等优点。此外，谐振直流链路变换器和高频谐振交流链路变换器也相继问世。由于采用了零电压或零电流开关技术，谐振变换器具有开关损耗小、电磁干扰小、噪声低、功率密度高和可靠性高等优点。

（2）能量转换器：新能源汽车能量转换器的主要部件是功率器件。目前常用的功率器件包括CTO、BJT、MOSFET、IGBT、SITSITH和MCT。其中，CTO和MCT具有开关速度快、能量传输能力强、动态特性好、可靠性高等优点，非常适合驱动电动汽车。同时，功率器件的选择也会影响能量转换器的结构。直流电机采用DC-DC转换器，交流电机采用DC-AC转换器。

（3）车载充电装置：车载充电器的发展是新能源汽车发展的必要条件，因为它能有效地将交流电网的电力补充到每辆电动汽车的电池中。充电器的功能是将交流电转换为直流电，这需要使用IGBT等功率器件。新能源汽车对这些功率器件提出了新的要求。它们不仅需要恒流恒压两阶段充电，还需要具备高效率、轻量化、多重保护功能（如自检和自动充电）、可编程充电曲线、电池温度监测以及对电网无污染等特性。

（4）充电桩：作为新能源汽车不可或缺的基础配套设施，我国充电桩产业也正处于快速发展的建设期，未来市场空间广阔。英飞凌统计数据显示，一个100kW的充电桩需要价值200-300美元的功率器件，而IGBT模块是充电桩的核心器件。

不同类型的电动汽车需要不同数量的功率半导体器件。随着纯电动汽车数量的增加，汽车功率半导体器件的产量和价格都将上涨。

根据英飞凌的数据，到 2020 年，48V 轻度混合动力汽车将需要增加价值 90 美元的功率半导体，而电动汽车或混合动力汽车将需要增加价值 330 美元的功率半导体。

2019年，全球电动汽车保有量达到2.21万辆，同比增长10%；中国新能源汽车销量为1.206万辆，同比下降4.0%。

2020年11月，新能源汽车产量和销量分别为19.8万辆和20万辆，同比增长75.1%和104.9%。2020年1月至11月，新能源汽车产量和销量分别为1.119万辆和1.109万辆，其中产量同比下降0.1%，销量同比增长3.9%。

彭博新能源财经预测，到2025年，全球新能源汽车保有量预计将达到11万辆，其中中国将占50%。预计到2030年将达到28万辆，到2040年将达到56万辆。届时，电动汽车销量将占新车总销量的57%。

汽车功率半导体市场竞争激烈且高度集中，欧美厂商占据核心优势。2019年，全球汽车半导体市场规模达37.2亿美元。英飞凌以13.4%的市场份额位居榜首，前五大厂商合计市场份额高达49.1%。全球最大的汽车功率半导体厂商是英飞凌，市场份额为25.5%。第二大厂商是意法半导体，市场份额为13.9%。前五大厂商合计市场份额达62.1%，市场集中度极高。

星辰半导体正在迅速崛起。中国汽车在汽车功率半导体领域基础薄弱，发展缓慢。然而，近年来中国电动汽车发展迅猛，也带动了IGBT产业的发展。据Zos Automotive Research数据显示，2019年，英飞凌在中国新能源汽车IGBT市场销量排名第一，占比49.3%；比亚迪主要供应自有产品，占比20%；星辰半导体位列第三，市场份额为16.6%。

3.3 工业控制、新能源、家用电器变频等领域促进了IGBT的稳定发展

功率半导体器件在电源管理行业的应用日益广泛。未来，工业控制、新能源、变频家电、数据中心、5G、物联网等领域将成为功率半导体器件快速增长的核心领域，对IGBT的需求也将持续增加。

3.3.1 工业控制是IGBT最大的应用领域，需求持续增长。

IGBT模块是传统工业控制和电源行业（例如变频器和逆变焊机）的核心元件，并在这些领域得到广泛应用。随着工业控制和电源行业市场的逐步复苏，预计IGBT模块在该领域的市场规模也将逐步扩大。

1）变频器行业：IGBT模块不仅在变频器中扮演传统晶体管的角色，还兼具整流功能。控制器产生的正弦波信号经光耦合隔离后进入IGBT。IGBT根据信号的变化，将380V（220V）整流后的直流电再次转换为交流电输出。

我国变频器行业市场规模总体呈上升趋势。变频器已进入新能源领域，并将在冶金、煤炭、石化等工业领域保持稳定增长。随着城镇化率的不断提高，市政、轨道交通等公共事业对变频器的需求将持续增长，从而推动市场规模的扩大。未来几年，在政策的推动下，高效节能型高压逆变器市场将持续增长。到2023年，高压逆变器市场规模预计将达到17.5亿元人民币左右。

2）逆变焊机行业：逆变弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型焊接电源。这类电源通常先通过输入整流器将三相工频（50Hz）交流电网电压整流滤波为直流电，然后通过大功率开关电子元件（IGBT）的交替开关作用，将其逆变为几千赫兹到几万赫兹的中频交流电压。同时，通过变压器将其降至适合焊接的几十伏电压，再经电抗器整流滤波，输出较为稳定的直流焊接电流。

根据国家统计局的数据，我国2018年电焊机产量为8.533万台，比2017年增加584,600万台。焊机市场的持续升温也将保证对IGBT的需求逐步增长。

3.3.2 光伏和风力发电快速增长，IGBT迎来新的增长动力

由于新能源发电产生的电能不符合电网要求，需要通过光伏逆变器或风力逆变器将其整流成直流电，然后再逆变为符合电网要求的交流电才能并入电网。IGBT模块是光伏逆变器和风力逆变器的核心部件。新能源发电行业的快速发展将成为IGBT模块行业持续增长的又一驱动力。2015年全球发电量为6414吉瓦，预计到2025年将达到8647吉瓦，十年复合年增长率为3.0%，其中可再生能源发电增长速度更快，复合年增长率为5.9%。进一步细分来看，太阳能发电和风能发电的增长率均高于可再生能源发电的复合增长率，其中太阳能发电15-25年的复合年增长率为16.4%，风能发电的复合年增长率为10%，远高于行业平均增长率。从区域来看，风能发电在中国、欧洲和美国发展迅速，而太阳能发电在中国、欧洲、美国以及其他亚太地区发展迅速。

风力发电：风力发电主要由中国和美国积极发展。中长期来看，风力发电量将稳步增长。与火力发电相比，每兆瓦风力发电厂对半导体的需求量是火力发电厂的30倍。2011年风力发电机组的装机容量为1.5兆瓦，到2017年已增长至2-3兆瓦。风力发电的稳步增长将对功率半导体提出新的要求。

太阳能发电：IHS预测，2016年至2021年，太阳能发电对IGBT组件的需求复合增长率将达到9.0%。为了有效满足绿色能源太阳能发电和逆变器并网的需求，需要合理组合控制、驱动和输出功率器件。IGBT作为功率开关是必然之选，而光伏逆变器也将成为首批采用SiC基器件的应用领域之一，这将显著提升IGBT的价值。

中国光伏逆变器厂商正在崛起，IGBT市场也呈现上升趋势。目前，以华为和阳光电源为首的本土厂商在光伏逆变器市场不断取得突破。据SolarEdge统计，2018年华为全球逆变器市场份额达到22%，位居全球第一；阳光电源市场份额为15%，位居全球第二。尤其是在三相组串式逆变器市场，华为2017年的市场份额高达56%，拥有显著的市场优势。中国光伏逆变器厂商的快速发展为国产IGBT的替代应用带来了显著的本土化优势。

3.3.3 全球家用电器中的变频技术正在加速普及，IGBT面临着良好的发展机遇。

IGBT模块是家用电器变频器的核心元件。IGBT的高频开闭功能可带来以下优势：1. 导通损耗和开关损耗小；2. 优异的EMI性能，可通过改变驱动电阻的大小来满足EMI要求，同时将开关损耗控制在合理范围内；3. 较强的短路电阻；4. 电压尖峰小（可保护家用电器）。作为全球最大的家用电器市场和生产基地，中国也在培育一个庞大的IGBT市场。以空调行业为例，中国作为全球最大的家用电器市场和生产基地，也在培育一个庞大的IPM市场。

家用电器变频可以显著节能。与传统家用电器相比，变频家用电器在能效、性能和智能控制方面具有明显的先天优势。近年来，变频家用电器正处于全面发展阶段，主要应用于空调、微波炉、冰箱、热水器等耗电量较大的电器。例如，与非变频冰箱相比，变频冰箱使用寿命更长、噪音更低，并且可以节能高达40%。

预计到2022年，家用电器变频渗透率将达到65%。根据IHS统计，2017年全球家用电器销量约为711亿台，其中非变频电器467亿台，占比66%；变频电器244亿台，占比34%。预计到2022年，变频家用电器销量将达到585亿台，占比65%，17年至22年的年均复合增长率（CAGR）为19.1%；而非变频家用电器销量将下降至317亿台，占比35%。

用于变频家用电器的功率半导体单价显著提升。变频家用电器的快速增长将显著提高每台家用电器所需的半导体价值。英飞凌预测，半导体单价将从非变频家用电器的0.7欧元增长至9.5欧元。增长的半导体主要为功率半导体。假设9.5欧元为每台变频家用电器的平均半导体价值，预计家用电器半导体市场规模将从2017年的2.645亿欧元增长至2022年的2.645亿欧元，2022年至2023年的复合年增长率（CAGR）为16.9%。

根据IHS的数据，家用功率半导体市场规模预计将从2017年的1.44亿美元增长到2021年的2.67亿美元，复合增长率为1%。

随着全球大力推进节能环保，家用电器变频技术的普及率将逐步提高，作为变频器核心部件的功率半导体将受益匪浅。

3.4 各领域增长：预计2018年至2023年，汽车用IGBT模块的复合年增长率将达到23.5%。

2018年全球IGBT市场规模达到6.21亿美元。根据IHS的数据，2017年全球IGBT市场规模为5.255亿美元，较2016年增长16.5%。2018年全球IGBT市场规模约为6.21亿美元。

4. 在电动汽车需求的推动下，碳化硅面临新的发展机遇

4.1 性能卓越，第三代半导体在历史性时刻问世。

基于碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的MOSFET已经突破了性能极限，技术升级势在必行：与第一代和第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有宽带隙、高击穿电场、高导热性、高电子饱和率和更高的抗辐射性能，因此更适合制造高温、高频、抗辐射和大功率器件。为了追求更小的器件尺寸和更好的性能，功率器件制造商正在逐步推广基于SiC和GaN的MOSFET的下一代技术方案。例如：1）与硅基MOSFET相比，SiC基MOSFET具有高度稳定的晶体结构，工作温度可达600℃；2）SiC的击穿场强是硅的十倍以上，因此SiC基MOSFET的阻断电压更高；3）SiC的导通损耗远小于硅器件，且随温度变化很小。 4）SiC的热导率几乎是Si材料的2.5倍。饱和电子漂移率是Si的2倍，因此SiC器件可以在更高的频率下工作。

碳化硅主要用于白色家电、新能源（电动汽车、风能、光伏）、工业应用等领域。

4.2 碳化硅有望在电动汽车领域发挥重要作用

在汽车应用方面，SiC MOSFET 在性能方面明显更胜一筹，能够降低损耗并减小模块体积和重量。IGBT 在可靠性和稳定性方面更胜一筹。碳化硅器件广泛应用于车辆充电系统和功率转换系统，能够有效降低开关损耗，提高极限工作温度，并提升系统效率。

Model 3 是首款采用 SiC MOSFET 的车型，开创了 SiC 在电动汽车中的应用先河。

特斯拉的逆变器模块率先采用了24颗碳化硅（SiC）MOSFET，这些MOSFET由意法半导体（STMicroelectronics）提供。之后，英飞凌（Infineon）也成为特斯拉的SiC功率半导体供应商。整个功率模块单元由单管模块组成，采用标准的6开关逆变器拓扑结构。每个开关由4颗单管模块组成，总共24颗单管模块。该器件的耐压为650V。Model 3的SiC单管模块设计与Model S/X采用英飞凌IGBT单管的设计理念一脉相承。其优势在于能够实现不同功率等级的可扩展性，同时提高模块封装良率并降低半导体器件成本。

比亚迪韩采用SiC MOSFET来提升加速性能、功率和续航能力。

2020年，比亚迪汉EV电机控制器首次采用比亚迪自主研发制造的SiC MOSFET控制模块，大大提高了电机性能。

碳化硅具有良好的加速性能。宽带隙最直接的优势在于更高的击穿场强，这意味着它可以承受更高的电压，从而可以控制更高的系统电压。比亚迪汉电机能够使用650V电压平台，也得益于碳化硅材料。高电压意味着低电流，从而降低了设备电阻器的损耗。对于电机设计而言，也更容易在小尺寸下实现更高的功率。因此，比亚迪汉电机可以轻松实现3.9秒的0-100公里/小时加速性能。

碳化硅能够实现高概率和长电池寿命。除了宽带隙带来的优势外，碳化硅还有两大优势：一是更高的饱和电子速度，二是更高的导热性和耐高温性。饱和电子速度快，这意味着它们可以承载更大的电流。碳化硅材料的电子饱和速度是硅材料的两倍。因此，在设计器件时，更容易将电流强度调整到远离器件饱和电流的位置，从而降低导通状态下的电阻。这可以减少功率损耗，有助于降低器件发热量，并简化散热设计。尤其是在瞬时高电流的情况下，设备温度的累积会降低，再加上材料本身更高的耐高温性和更强的导热性，也使得设备更容易散热。车辆也能爆发出更大的功率。这就是比亚迪汉能够实现363kW功率的原因。使用磷酸铁锂，续航里程可达 605 公里，这显然也归功于碳化硅。

丰田Mirai燃料电池车采用碳化硅模块

电装公司已开始量产新一代采用碳化硅（SiC）功率半导体的升压功率模块，该模块将用于丰田燃料电池汽车Mirai车型。电装和丰田的SiC功率模块已应用于混合动力汽车、燃料电池公交车和燃料电池乘用车。新款Mirai的下一代固态燃料电池核心部件——丰田FC电堆，与采用多个SiC功率半导体的FC升压转换器配合使用。升压转换器的功能是输出高于输入电压的电压。

功率模块的尺寸缩小了30%，损耗降低了70%。根据电装公司的计算，与采用硅基功率半导体的产品相比，配备碳化硅功率半导体（包括二极管和晶体管）的新型升压功率模块尺寸缩小了约30%，损耗降低了约70%。它在实现功率模块小型化的同时，提高了车辆的燃油效率。

搭载SiC模块的新款Mirai续航里程提升了30%。丰田表示，通过在燃料电池升压变压器中使用SiC半导体以及采用锂离子低压电池，可以降低系统能量损耗。同时，在提升燃料电池堆性能的基础上，通过催化剂主动再生控制技术提高了发电效率。最终，新款Mirai在WLTC工况下的最大续航里程达到了约850公里，比上一代车型提升了约30%。

4.3 据预测，到2027年，碳化硅功率器件的规模将超过10亿美元。

据预测，碳化硅功率器件市场规模将在2027年超过10亿美元。2018年，碳化硅功率器件市场规模约为390亿美元。在新能源汽车、电力设备等领域巨大需求的推动下，IHS预测碳化硅功率器件市场规模将在2027年超过10亿美元。从2021年开始，在电动汽车的带动下，SiC MOSFET将保持快速增长，并成为最畅销的分立式SiC功率器件。

5. 超过 80% 的功率半导体依赖进口，国内企业正在努力追赶。

5.1 欧洲、美国和日本的公司在功率半导体领域具有明显的优势。

根据英飞凌的统计数据，2019年全球功率半导体器件和模块市场规模为21亿美元。欧洲、美国和日本呈现三足鼎立的格局。英飞凌位居榜首，市场份额为19%，安森美半导体紧随其后，市场份额为8.4%。前十名公司合计市场份额为58.3%。

2019年，全球MOSFET市场规模达到8.1亿美元。英飞凌以24.6%的市场份额遥遥领先，位居榜首，前五大公司的市场份额合计达到59.8%。被闻泰科技收购的耐普瑞半导体和在中国成长起来的华润微电子也跻身前十，分别占4.1%和3.0%的市场份额。

2019年，IGBT模块市场规模为3.31亿美元。英飞凌以35.6%的市场份额位居榜首，前五大公司合计占据68.8%的市场份额。星芯半导体是一家在中国成长起来的领先IGBT企业，近年来发展迅速，跻身前十。2019年，星芯半导体以2.5%的市场份额排名第八。

2019年，分立式IGBT市场规模为1.44亿美元。英飞凌以32.5%的市场份额位居榜首。前五大公司合计占据63.9%的市场份额。中国制造商思兰微电子以2.2%的市场份额跻身前十。

2019年，集成电路模块（IPM）市场规模为1.59亿美元。日本三菱电机位居榜首，市场份额为32.7%。前五大厂商合计占据76.9%的市场份额。中国厂商思兰微电子和中微电子跻身前十，市场份额分别为1.1%和0.8%。

5.2 中国功率半导体企业正在迎头赶上，即将迎来快速发展时期

中国是全球最大的功率半导体市场。国际领先企业的大部分收入都来自中国。以大达科技和恩智浦为例，它们超过50%和40%的收入都来自中国大陆。中国是电动汽车大国。英飞凌的IGBT占据了中国电动汽车市场60%以上的份额。由此可见，我国功率半导体市场需求巨大，本土厂商在进口替代方面拥有非常广阔的空间。

中国IGBT自给率持续提升。据智研咨询数据显示，自2015年以来，我国IGBT自给率已超过10%，并持续增长。预计2020年自给率将从2015年的10.1%提升至18.4%。预计到2024年，我国IGBT产业产量将达到78万只，需求量约为196亿只，自给率将达到40%。总体而言，我国IGBT产业供需仍存在较大差距，“国产化替代”将是未来IGBT产业的重要发展方向。

中高端功率半导体产品依赖海外市场。比亚迪、华为、中车、阳光电源等中国企业是全球领先的功率半导体客户。然而，这些企业在采购功率半导体时仍然严重依赖英飞凌、富士电机、三菱电机等海外供应商。中国是全球最大的电动汽车和混合动力汽车市场，但中国大部分系统的功率半导体模块仍然依赖海外供应链。在全球功率半导体市场，中高端产品制造商主要集中在欧洲、美国和日本。欧洲、美国和日本的大多数功率半导体制造商都是集成器件制造商（IDM）。英飞凌、安森美半导体、意法半导体、三菱电机、东芝等是行业领先企业。中国台湾地区也是功率半导体的主要生产地。大多数制造商是无晶圆厂制造商，其产品主要集中在低端领域。我国功率半导体市场约占全球需求的36%。在高端产品领域，约 80% 的产品依赖进口。

中国功率半导体产业发展迅速。我国半导体厂商主要采用IDM模式，生产链相对完整。产品主要集中在二极管、低压MOS器件、晶闸管等低端领域，IGBT技术也逐步取得突破。生产技术成熟，具有成本优势。行业龙头企业的盈利能力远高于台湾和中国大陆的厂商。在新能源、电力、轨道交通等高端产品领域，国内只有少数厂商具备生产能力。高端产品市场主要由英飞凌、安森美半导体、瑞萨电子、东芝等欧美日资厂商垄断。

目前，国内外IGBT市场仍主要由外资企业占据。以星芯半导体为首的国内IGBT企业发展迅速，在工业控制、电动汽车、风电、光伏、电力和高铁等领域逐步取得突破，市场份额不断扩大。2019年，按出货量计算，英飞凌在中国电动汽车IGBT市场占据最大份额，市场份额达49.3%，比亚迪紧随其后，占比20%（主要依靠自身），星芯半导体位列第三，占比16.6%。星芯半导体在电动汽车IGBT领域的芯片自给率高达90%以上。

在我国功率半导体市场，本土厂商已开始在低端产品领域替代进口产品。被闻泰科技收购的Nexperia、星辰半导体、华润微电子、新捷能、狮王微电子、中微电子、杨捷科技、思兰微电子、三安光电、捷捷微电子等都是业内优质企业，但它们的市场份额仍然较低。

6. 对行业细分领域的领导者持乐观态度

目前，国内功率半导体产业链日趋完善，技术也取得了突破性进展。中国是全球最大的功率半导体消费国，2019年占全球需求的35.9%，增速显著高于世界平均水平。未来，随着新能源（电动汽车、光伏、风能）、工业控制、变频家电、物联网设备等领域需求的增长，中国功率半导体的需求增速将继续高于世界平均水平，产业将稳步发展。对于国内替代型产品，我们看好以下细分领域的龙头企业：星芯半导体、华润微电子、华虹半导体、思兰微电子、新清洁能源、利昂微电子、三安光电、闻泰科技和中车时代电气。

公司电话号码：+86-0755-83044319
传真：+86-0755-83975897
电子邮件：1615456225@qq.com
QQ：3518641314 李经理

QQ：332496225 邱经理

地址：深圳市龙华新区民治大道1079号展涛科技大厦C座809室