核心思想：

預計功率半導體將在2021年迎來高成長週期。 2018年，受電動車需求快速成長以及其他佔據8吋產能晶片需求的推動，功率半導體經歷了一輪供不應求和價格上漲；2019年，受智慧型手機和傳統汽車需求下滑以及電動車穩步發展的影響，功率半導體表現平淡；2020年，受疫情影響，上半年功率半導體需求不佳，但第三季後，受5G供電、智慧型手機、工業、電動車和物聯網設備等因素的推動，需求顯著成長。海外疫情影響了國外廠商的產能供應，部分產品出現供不應求和價格上漲。我們判斷，在多重需求的推動下，功率半導體將在2021年迎來高成長週期。

行業觀點

2021年，需求成長+價格上漲+國內替代將為功率半導體帶來良好的發展機會：受全球新冠疫情影響，2020年全球功率半導體市場下滑。 QYResearch預測2020年年減9.1%。預計2021年將年增8.1%，主要受5G手機、電動車和物聯網需求的推動。 2020年第四季，安森美半導體（ON Semiconductor）旗下英飛凌（Infineon）、意法半導體（STMicroelectronics）和Diodes等品牌的功率半導體產品交貨週期普遍延長。部分MOSFET產品價格上漲趨勢明顯，尤其是英飛凌的產品。國內品牌也出現供不應求和價格上漲的情況，MOSFET價格普遍上漲10-20%。 2019年，中國已發展成為全球最大的功率半導體市場，佔全球市場份額的35.9%。然而，其自給率仍然較低。以IGBT為例，2019年的自給率僅16.3%。我們認為，2021年，在需求成長、價格上漲和國內替代的共同推動下，功率半導體將迎來良好的發展機遇，產業鏈也將積極受益。

新能源車市場蓬勃發展，對IGBT的需求也隨之快速成長。新能源汽車正進入高速增長期。 2020年11月，新能源汽車產量和銷量分別為19.8萬輛和20萬輛，較去年同期成長分別高達75.1%和104.9%。預計2025年，全球新能源汽車保有量將達到1,100萬輛，其中中國將佔50%。新能源汽車對新型功率半導體的需求量龐大。 48V輕混汽車的功率半導體成本將增加90美元以上，而一輛純電動車或混合動力汽車的功率半導體成本將增加330美元以上。預計2018年至2023年，汽車用IGBT模組的複合年增長率將達23.5%。汽車功率半導體市場競爭激烈且高度集中，歐美廠商佔核心優勢。 2019年，全球最大的汽車功率半導體公司是英飛凌，市佔率25.5%，第二大公司是意法半導體，市佔率為13.9%。前五大公司合計佔62.1%的市場份額，市場集中度較高。中國企業在汽車功率半導體領域的基礎較為薄弱，但近年來中國電動車發展迅速，也帶動了IGBT產業的發展。 2019年，英飛凌在中國新能源車IGBT領域排名第一，市佔率為49.3%，比亞迪緊追在後，市佔率20%，主要供應自有產品；星芯半導體位列第三，市佔率16.6%，成長迅速。

第三代半導體的性能優異，市場需求不斷成長。碳化矽（SiC）主要應用於白色家電、新能源（電動車、風能、光伏）和工業領域。預計到2027年，碳化矽功率元件的市場規模將超過10億美元。在汽車應用方面，SiC MOSFET的性能優勢明顯，能夠降低損耗，並減少模組的體積和重量。 Model 3率先採用SiC MOSFET，開啟了SiC在電動車領域的應用。 2020年，比亞迪漢也採用了SiC模組，有效提升了加速性能、功率和續航力。豐田燃料電池車Mirai也搭載了SiC，使功率模組的體積減少了30%，損耗降低了70%。我們相信，隨著成本的下降和技術的逐步成熟，SiC在電動車領域擁有廣闊的應用前景。

重點企業：星芯半導體、華宏半導體、華潤微電子、思蘭微電子、新清潔能源。

風險提示：電動車發展未達預期，智慧型手機銷售未達預期，5G進展低於預期。

1. 功率半導體產業應用範圍廣泛且發展穩定

1.1 預計2019年至2025年全球功率半導體年均成長率為4.3%。

功率半導體廣泛應用於各種電子產品。 2019年功率半導體市場規模為17.5億美元。 Yole預測，到2025年，該市場規模預計將達到22.5億美元，2019年至2025年的年均成長率預計為4.3%。

2019年至2025年，IGBT模組的年均成長率為18%。受惠於新能源（電動車、風能和光伏發電）和工業控制產業的快速發展，預計到2025年，IGBT模組市場規模將達到5.4億美元，佔整個功率半導體市場的24%。

汽車領域佔據最大份額，其次是馬達領域。 2019年，汽車領域（包括電動車、混合動力車、矽MOSFET）市場規模為1.5億美元，馬達驅動（馬達驅動器、IGBT模組）為1.4億美元，智慧型手機及無線設備（矽MOSFET）為1.3億美元，電腦技術（計算）和儲存（矽MOSFET）為1.2億美元，工業領域（矽MOSFET）為1.1億美元，電動車和混合動力汽車領域（IGBT模組）為600億美元（其他領域為10.4億美元）。從功率半導體市場各組件的比例（數量）來看，矽MOSFET佔45%。另一個主要組件是IGBT模組，2019年市場規模為3.7億美元。 IGBT模組在工業、能量再生逆變器、電動車和混合動力車領域的應用備受關注（尤其是電動車和混合動力車作為最新的應用方向）。

汽車級SiC MOSFET市場正快速成長。由於美國特斯拉和中國比亞迪等汽車製造商的需求，矽模組正逐漸取代IGBT模組成為主要的逆變器。預計隨著電動車和混合動力車的成長，SiC MOSFET市場也將隨之成長。未來，SiC分立電晶體將與MOSFET競爭，成為高效率車載充電系統的主要應用領域。

1.2 中國功率半導體市場位居世界第一，國內龍頭企業發展迅速

2019年，中國功率半導體市場佔全球市場的35.9%：中國是全球最大的功率元件消費國，功率元件領域的主要產品在中國市場佔有率均位居第一。

國內領先企業的全球市場份額仍然很低，與國際巨頭存在明顯差距：與整個半導體行業類似，與海外功率器件IDM廠商相比，國內領先功率器件企業（如華潤微電子、星辰半導體、新淨能、楊捷科技、中微電子、思蘭微電子等）的年銷售額與國際巨頭相較遠，新淨能、楊捷科技、中微電子、思蘭微電子等）的年銷售額與國際巨頭相較遠，這表明巨大結構功率為低端目前，中國功率半導體產業正處於快速發展階段。聞泰科技收購了新淨能，星辰半導體、華潤微電子、新淨能等多家功率半導體企業相繼上市，發展動能強勁。

2. 受需求驅動，功率半導體將在2021年迎來高速成長期。

2.1 主要國際功率半導體製造商的交貨時間延長

2020年第四季，英飛凌MOSFET、IGBT等產品的交貨週期普遍延長，最長交貨週期達30週。其中，低電壓和高壓MOSFET以及軍用航空電晶體的價格均上漲。義法半導體功率半導體產品的交貨週期整體呈現延長趨勢，價格則保持穩定。

2020年第四季，Diodes公司MOSFET和電晶體產品的交貨週期延長，最長交貨週期達20週，低壓MOSFET價格呈上漲趨勢。安森美半導體（ON Semiconductor）功率系列產品的交貨週期也延長，高低壓MOSFET產品價格均呈現上漲趨勢。

2.2 功率半導體MOSFET的價格上漲趨勢明顯

MOSFET價格漲幅在10%至20%之間。根據產業鏈研究資訊顯示，2020年11月至12月，海外品牌，尤其是英飛凌（Infineon）的產品出現斷貨現象。國內品牌也面臨缺貨和價格上漲的情況。市場上MOSFET價格普遍上漲10%至20%。

中國是MOSFET需求量龐大的國家，但高度依賴進口。根據IHS數據顯示，2019年全球MOSFET市場規模為7.6億美元，其中國內市場佔39%。從MOSFET市場結構來看，英飛凌、安森美半導體、東芝、義法半導體和瑞薩電子合計佔據了國內市場61%的份額。主要國際廠商面臨供應不足和明顯的短缺問題。

需求激增，8吋晶圓產能不足導致供應短缺和價格上漲。汽車電氣化帶動了MOSFET需求的激增。下游電子設備對節能環保的需求不僅推動了MOSFET需求的成長，也促使產品結構快速升級。 5G商用進程的啟動更是推動了MOSFET需求的指數級成長。在充電樁供電和5G通訊供電領域，預計今年需求將成長20-30%。上半年電腦、家電和快充等領域積壓的需求也已逐步釋放。從供應端來看，MOSFET主要依賴8吋和6吋晶圓代工廠，12吋及以下晶圓的佔比超過80%。據產業鏈研究資料顯示，目前主要晶圓代工廠的8吋晶圓產能已滿。例如，華虹、華潤微等國內8吋晶圓代工廠的產能利用率接近滿負荷，聯電的8吋晶圓代工廠產能將持續滿載運轉至2021年下半年。

Diodes（美國和台灣）將於2021年1月1日起上調部分產品價格。 Diodes（美國和台灣）在致客戶的漲價通知中表示，受新冠肺炎疫情影響，公司面臨成本上漲和供應商交貨期延長的挑戰。有鑑於此，本公司決定自2021年1月1日起調高部分產品價格。

杭州思蘭微電子宣布，由於MOS晶圓及封裝材料價格上漲，以及產能受限，公司相關產品成本持續攀升。為保障產品供應，維護良好的業務關係，公司經慎重考慮後決定，自即日起（2020年12月9日），本月公司SGT MOS產品價格上調20%。

新捷能源將於2021年1月1日起調高部分產品價格。 2020年12月21日，無錫新清潔能源也向客戶發布了價格調整通知。通知指出，由於上游原料及包裝成本持續上漲、產能緊張、生產週期延長等原因，產品成本大幅增加，原價難以滿足供應需求。

預計功率半導體將在2021年迎來高成長週期。 2018年，受電動車需求快速成長以及其他佔據8吋產能晶片需求的推動，功率半導體經歷了一輪供不應求和價格上漲；2019年，受智慧型手機和傳統汽車需求下滑以及電動車穩步發展的影響，功率半導體表現平淡；2020年，受疫情影響，上半年功率半導體需求不佳，但第三季後，受5G電源、智慧型手機、快充、工業、電動車以及物聯網設備等需求的推動，功率半導體需求顯著增長，部分產品出現供不應求和價格上漲。我們預測，功率半導體將在2021年迎來高成長週期。

3. 強勁的電動車需求 + 多領域需求驅動 + 國內替代需求，IGBT 前景廣闊

3.1 IGBT－電力裝置、電力電子設備和系統中的CPU的瑰寶

IGBT是一種工作原理複雜的整合式功率半導體元件。從結構上看，IGBT整合了幾乎所有半導體裝置的基本結構，例如二極體、雙極型電晶體（BJT）、結型場效電晶體（JFET）、金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）和可控制矽整流器（SCR）。 IGBT結構參數的變化會導致其性能的相應變化。在製程技術方面，IGBT採用MOS積體電路技術實現大面積功率整合。設計表明，單元尺寸不斷減小。並聯單元越多，導通壓降（導通損耗）越低。

IGBT技術發明至今已有30餘年，主要經歷了六代技術和製程改進。從結構來看，IGBT可分為垂直結構、IGBT閘極結構和矽片加工技術。其主要發展趨勢是降低損耗。

IGBT適用於高壓領域：IGBT是一種複合功率半導體元件，由BJT和MOSFET組成。它不僅具有MOSFET的高開關速度、高輸入阻抗、低控制功耗、驅動電路簡單和低開關損耗等優點，還具有BJT的低導通電壓、大導通電流和低損耗等優點。在高電壓、大電流和高速度方面，它是其他功率元件無法比擬的。因此，它是電力電子領域的理想開關元件，也是未來應用發展的主要方向。 IGBT的穩定性略遜於MOSFET，但優於BJT。然而，IGBT的耐壓更容易實現高於MOSFET，且不易因二次擊穿而失效，使其適用於高壓應用。

作為工業控制和自動化領域的核心裝置，IGBT模組廣泛應用於馬達節能、軌道運輸、智慧電網、航空航太、家用電器、汽車電子、新能源發電、新能源汽車等眾多領域。隨著新能源汽車的發展和變頻白色家電的普及，IGBT市場持續升溫。它不僅提高了工業應用中設備的自動化等級和控制精度，而且大幅提升了電能的應用效率，同時也減少了產品體積和重量，節省了材料。

IGBT在600V以上電壓等級有顯著優勢，目前可應用於6500V高壓應用。在高壓領域，SiC MOSFET是IGBT的競爭對手，但其成本仍然較高。

隨著應用領域的不斷升級，對IGBT晶片和模組提出了新的要求。晶片需要縮小面積並實現快速開關。 IGBT需要承載更高的電壓和電流，同時也要具備低損耗和高可靠性。

汽車級電源模組需要更高的電氣運作可靠性、更長的使用壽命、更好的節能效果、更強的抗干擾能力、輕巧的重量、緊湊的尺寸等。

為了因應各種應用需求，功率模組封裝技術也不斷發展，主要包括矽元件新技術、降低熱阻、新的晶片焊接方法、雙面散熱、提高整合度等。

3.2 新能源汽車是IGBT模組成長的主要驅動力

新能源汽車功率半導體的價值顯著提升：新型功率元件的價值主要體現在汽車的「三動力」系統中，包括動力控制、電力驅動和電池系統。在動力控制單元中，IGBT或SiC模組將高壓直流電轉換為驅動三相馬達的交流電；在車載充電器的AC/DC和DC/DC轉換器中，使用IGBT或SiC、MOS和SBD單管；在高壓輔助控制器（例如電動輔助轉向系統、水泵、油泵、PTC和空調壓縮機）中，使用IGBT單管或模組；在ISG啟動/停止系統中，電動車的低壓控制器（例如雨刷）則使用MOS單管。

（1）馬達調速系統：新能源汽車馬達調速系統中的功率元件主要有兩種形式：直流馬達用斬波器和交流馬達用逆變器。 （1）斬波器：直流馬達調速系統通常採用斬波器。其功率電路相對簡單，效率較高。隨著功率元件的發展，斬波器的頻率可以達到數千赫茲，因此非常適合直流牽引調速。新能源汽車由直流電機驅動，無論是串勵電機還是他勵電機，都使用斬波器作為功率變換器。斬波器的功率元件多採用MOSFET和BJT。 （2）逆變器的DC/DC轉換方式一般有兩種：直流斬波器+逆變器和DC/DA逆變器。由於新能源車的供電電壓較低，如果採用前一種方式，能量傳輸環節過多，會降低整個系統的效率。而採用PWM電壓逆變器則具有電路簡單、環節少、效率高等優點。此外，諧振直流鏈路變換器和高頻諧振交流鏈路變換器也相繼問世。由於採用了零電壓或零電流開關技術，諧振變換器具有開關損耗小、電磁幹擾小、雜訊低、功率密度高和可靠性高等優點。

（2）能量轉換器：新能源汽車能量轉換器的主要部件是功率元件。目前常用的功率元件包括CTO、BJT、MOSFET、IGBT、SITSITH和MCT。其中，CTO和MCT具有開關速度快、能量傳輸能力強、動態特性好、可靠性高等優點，非常適合驅動電動車。同時，功率元件的選擇也會影響能量轉換器的結構。直流馬達採用DC-DC轉換器，交流馬達採用DC-AC轉換器。

（3）車載充電裝置：車載充電器的發展是新能源車發展的必要條件，因為它能有效地將交流電網的電力補充到每輛電動車的電池中。充電器的功能是將交流電轉換為直流電，這需要使用IGBT等功率裝置。新能源汽車對這些功率元件提出了新的要求。它們不僅需要恆流恆壓兩階段充電，還需要具有高效率、輕量化、多重保護功能（如自我檢測和自動充電）、可程式充電曲線、電池溫度監測以及對電網無污染等特性。

（4）充電樁：作為新能源車不可或缺的基礎配套設施，我國充電樁產業也正處於快速發展的建設期，未來市場空間廣闊。英飛凌統計數據顯示，一個100kW的充電樁需要價值200-300美元的功率裝置，而IGBT模組是充電樁的核心裝置。

不同類型的電動車需要不同數量的功率半導體裝置。隨著純電動車數量的增加，汽車功率半導體裝置的產量和價格都會上漲。

根據英飛凌的數據，到 2020 年，48V 輕度混合動力車將需要增加價值 90 美元的功率半導體，而電動車或混合動力車將需要增加價值 330 美元的功率半導體。

2019年，全球電動車保有量達2.21萬輛，較去年成長10%；中國新能源汽車銷量為1.206萬輛，較去年同期下降4.0%。

2020年11月，新能源汽車產量和銷量分別為19.8萬輛和20萬輛，較去年同期成長75.1%和104.9%。 2020年1月至11月，新能源汽車產量和銷量分別為1.119萬輛和1.109萬輛，其中產量年減0.1%，銷量較去年同期成長3.9%。

彭博新能源財經預測，到2025年，全球新能源汽車保有量預計將達到11萬輛，其中中國將佔50%。預計到2030年將達到28萬輛，到2040年將達到56萬輛。屆時，電動車銷量將佔新車總銷量的57%。

汽車功率半導體市場競爭激烈且高度集中，歐美廠商佔核心優勢。 2019年，全球汽車半導體市場規模達37.2億美元。英飛凌以13.4%的市佔率位居榜首，前五大廠商合計市佔率高達49.1%。全球最大的汽車功率半導體廠商是英飛凌，市佔率為25.5%。第二大廠商是意法半導體，市佔率13.9%。前五大廠商合計市佔率達62.1%，市場集中度極高。

星辰半導體正在迅速崛起。中國汽車在汽車功率半導體領域基礎薄弱，發展緩慢。然而，近年來中國電動車發展迅速，也帶動了IGBT產業的發展。根據Zos Automotive Research數據顯示，2019年，英飛凌在中國新能源汽車IGBT市場銷售排名第一，佔49.3%；比亞迪主要供應自有產品，佔20%；星辰半導體位列第三，市佔率16.6%。

3.3 工業控制、新能源、家用電器變頻等領域促進了IGBT的穩定發展

功率半導體裝置在電源管理產業的應用日益廣泛。未來，工業控制、新能源、變頻家電、資料中心、5G、物聯網等領域將成為功率半導體裝置快速成長的核心領域，對IGBT的需求也將持續增加。

3.3.1 工業控制是IGBT最大的應用領域，需求持續成長。

IGBT模組是傳統工業控制和電源產業（例如變頻器和逆變焊機）的核心元件，並在這些領域中廣泛應用。隨著工業控制和電源產業市場的逐步復甦，預計IGBT模組在該領域的市場規模也將逐步擴大。

1）變頻器產業：IGBT模組不僅在變頻器中扮演傳統電晶體的角色，還兼具整流功能。控制器產生的正弦波訊號經光耦合隔離後進入IGBT。 IGBT根據訊號的變化，將380V（220V）整流後的直流電再次轉換為交流電輸出。

我國變頻器產業市場規模整體呈上升趨勢。變頻器已進入新能源領域，並將在冶金、煤炭、石化等工業領域保持穩定成長。隨著城鎮化率的不斷提高，市政、軌道運輸等公共事業對變頻器的需求將持續成長，進而推動市場規模的擴大。未來幾年，在政策的推動下，高效節能型高壓逆變器市場將持續成長。到2023年，高壓逆變器市場規模預計將達到17.5億元左右。

2）逆變焊機產業：逆變弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型焊接電源。這類電源通常先透過輸入整流器將三相工頻（50Hz）交流電網電壓整流濾波為直流電，然後透過高功率開關電子元件（IGBT）的交替開關作用，將其逆變為幾千赫茲到幾萬赫茲的中頻交流電壓。同時，透過變壓器將其降至適合焊接的數十伏電壓，再經電抗器整流濾波，輸出較穩定的直流焊接電流。

根據國家統計局的數據，我國2018年電焊機產量為8.533萬台，比2017年增加584,600萬台。焊機市場的持續升溫也將保證對IGBT的需求逐步成長。

3.3.2 光電和風力發電快速成長，IGBT迎來新的成長動力

由於新能源發電產生的電能不符合電網要求，因此需要透過光伏逆變器或風力逆變器將其整流成直流電，然後再逆變為符合電網要求的交流電才能併入電網。 IGBT模組是光電逆變器和風力逆變器的核心部件。新能源發電產業的快速發展將成為IGBT模組產業持續成長的另一個驅動力。 2015年全球發電量為6414吉瓦，預計2025年將達到8647吉瓦，十年複合年增長率為3.0%，其中再生能源發電成長速度更快，複合年增長率為5.9%。進一步細分來看，太陽能發電和風能發電的成長率均高於再生能源發電的複合成長率，其中太陽能發電15-25年的複合年增長率為16.4%，風能發電的複合年增長率為10%，遠高於產業平均成長率。從區域來看，風能發電在中國、歐洲和美國發展迅速，而太陽能發電在中國、歐洲、美國以及其他亞太地區發展迅速。

風力發電：風力發電主要由中國和美國積極發展。中長期來看，風力發電量將穩定成長。與火力發電相比，每兆瓦風力發電廠對半導體的需求量是火力發電廠的30倍。 2011年風力發電機組的裝置容量為1.5兆瓦，到2017年已成長至2-3兆瓦。風力發電的穩定成長將對功率半導體提出新的要求。

太陽能發電：IHS預測，2016年至2021年，太陽能發電對IGBT組件的需求複合成長率將達到9.0%。為了有效滿足綠色能源太陽能發電和逆變器併網的需求，需要合理地組合控制、驅動和輸出功率元件。 IGBT作為功率開關是必然之選，而光伏逆變器也將成為首批採用SiC基元件的應用領域之一，這將顯著提升IGBT的價值。

中國光電逆變器廠商正在崛起，IGBT市場也呈現上升趨勢。目前，以華為和陽光電源為首的本土廠商在光伏逆變器市場不斷取得突破。根據SolarEdge統計，2018年華為全球逆變器市場佔有率達22%，位居全球第一；陽光電源市場佔有率為15%，位居全球第二。尤其是在三相組串式逆變器市場，華為2017年的市佔率高達56%，擁有顯著的市場優勢。中國光電逆變器廠商的快速發展為國產IGBT的替代應用帶來了顯著的本土化優勢。

3.3.3 全球家用電器中的變頻技術正在加速普及，IGBT面臨良好的發展機會。

IGBT模組是家用電器變頻器的核心元件。 IGBT的高頻開閉功能可帶來以下優勢：1. 導通損耗和開關損耗小；2. 優異的EMI性能，可透過改變驅動電阻的大小來滿足EMI要求，同時將開關損耗控制在合理範圍內；3. 較強的短路電阻；4. 電壓尖峰小（可保護家用電器）。作為全球最大的家用電器市場和生產基地，中國也正在培育一個龐大的IGBT市場。以空調產業為例，中國作為全球最大的家用電器市場和生產基地，也正在培育一個龐大的IPM市場。

家用電器變頻可顯著節能。與傳統家用電器相比，變頻家用電器在能源效率、性能和智慧控制方面具有明顯的先天優勢。近年來，變頻家用電器正處於全面發展階段，主要應用於空調、微波爐、冰箱、熱水器等耗電量較大的電器。例如，與非變頻冰箱相比，變頻冰箱使用壽命更長、噪音更低，並且可以節能高達40%。

預計2022年，家用電器變頻滲透率將達65%。根據IHS統計，2017年全球家用電器銷售約711億台，其中非變頻電器467億台，佔66%；變頻電器244億台，佔34%。預計到2022年，變頻家用電器銷量將達到585億台，佔比65%，17年至22年的年均複合成長率（CAGR）為19.1%；而非變頻家用電器銷量將下降至317億台，佔35%。

用於變頻家用電器的功率半導體單價顯著提升。變頻家用電器的快速成長將顯著提高每台家用電器所需的半導體價值。英飛凌預測，半導體單價將從非變頻家用電器的0.7歐元成長至9.5歐元。成長的半導體主要為功率半導體。假設9.5歐元為每台變頻家用電器的平均半導體價值，預計家用電器半導體市場規模將從2017年的2.645億歐元增長至2022年的2.645億歐元，2022年至2023年的複合年增長率（CAGR）為16.9%。

根據IHS的數據，家用功率半導體市場規模預計將從2017年的1.44億美元成長到2021年的2.67億美元，複合成長率為1%。

隨著全球大力推動節能環保，家用電器變頻技術的普及率將逐步提高，作為變頻器核心零件的功率半導體將受益匪淺。

3.4 各領域成長：預計2018年至2023年，汽車用IGBT模組的複合年增長率將達到23.5%。

2018年全球IGBT市場規模達6.21億美元。根據IHS的數據，2017年全球IGBT市場規模為5.255億美元，較2016年成長16.5%。 2018年全球IGBT市場規模約6.21億美元。

4. 在電動車需求的推動下，碳化矽面臨新的發展機會

4.1 性能卓越，第三代半導體在歷史性時刻問世。

基於碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）的MOSFET已經突破了性能極限，技術升級勢在必行：與第一代和第二代半導體材料相比，第三代半導體材料具有寬帶隙、高擊穿電場、高導熱性、高電子飽和率和更高的抗輻射性能，因此更適合製造高溫、高頻、抗輻射和大功率器件。為了追求更小的裝置尺寸和更好的性能，功率元件製造商正在逐步推廣基於SiC和GaN的MOSFET的下一代技術方案。例如：1）與矽基MOSFET相比，SiC基MOSFET具有高度穩定的晶體結構，工作溫度可達600℃；2）SiC的擊穿場強是矽的十倍以上，因此SiC基MOSFET的阻斷電壓較高；3）SiC的導通耗耗遠小於矽損件，且隨溫度變化很小。 4）SiC的熱導率幾乎是Si材料的2.5倍。其飽和電子漂移率是Si的2倍，因此SiC裝置可以在更高的頻率下工作。

碳化矽主要用於白色家電、新能源（電動車、風能、光伏）、工業應用等領域。

4.2 碳化矽有望在電動車領域發揮重要作用

在汽車應用方面，SiC MOSFET 在性能方面明顯更勝一籌，能夠降低損耗並減少模組體積和重量。 IGBT 在可靠性和穩定性方面更勝一籌。碳化矽元件廣泛應用於車輛充電系統和功率轉換系統，能夠有效降低開關損耗，提高極限工作溫度，提升系統效率。

Model 3 是首款採用 SiC MOSFET 的車型，開創了 SiC 在電動車中的應用先河。

特斯拉的逆變器模組率先採用了24顆碳化矽（SiC）MOSFET，這些M​​OSFET由意法半導體（STMicroelectronics）提供。之後，英飛凌（Infineon）也成為特斯拉的SiC功率半導體供應商。整個功率模組單元由單管模組組成，採用標準的6開關逆變器拓樸結構。每個開關由4顆單管模組組成，總共24顆單管模組。該裝置的耐壓為650V。 Model 3的SiC單管模組設計與Model S/X採用英飛凌IGBT單管的設計概念一脈相承。其優點在於能夠實現不同功率等級的可擴展性，同時提高模組封裝良率並降低半導體裝置成本。

比亞迪韓採用SiC MOSFET來提升加速性能、功率和續航能力。

2020年，比亞迪漢EV馬達控制器首次採用比亞迪自主研發製造的SiC MOSFET控制模組，大幅提升了馬達性能。

碳化矽具有良好的加速性能。寬頻隙最直接的優勢在於更高的擊穿場強，這意味著它可以承受更高的電壓，從而可以控制更高的系統電壓。比亞迪漢馬達能夠使用650V電壓平台，也得益於碳化矽材料。高電壓意味著低電流，從而降低了設備電阻器的損耗。對於馬達設計而言，也更容易在小尺寸下實現更高的功率。因此，比亞迪漢馬達可以輕鬆實現3.9秒的0-100公里/小時加速性能。

碳化矽能夠實現高機率和長電池壽命。除了寬頻隙帶來的優點外，碳化矽還有兩大優點：一是更高的飽和電子速度，二是更高的導熱性和耐高溫性。飽和電子速度快，這意味著它們可以承載更大的電流。碳化矽材料的電子飽和速度是矽材料的兩倍。因此，在設計元件時，更容易將電流強度調整到遠離元件飽和電流的位置，從而降低導通狀態下的電阻。這可以減少功率損耗，有助於降低裝置發熱量，並簡化散熱設計。尤其是在瞬時高電流的情況下，設備溫度的累積會降低，再加上材料本身更高的耐高溫性和更強的導熱性，也使得設備更容易散熱。車輛也能爆發出更大的功率。這就是比亞迪漢能夠實現363kW功率的原因。使用磷酸鐵鋰，續航里程可達 605 公里，顯然也歸功於碳化矽。

豐田Mirai燃料電池車採用碳化矽模組

電裝公司已開始量產新一代採用碳化矽（SiC）功率半導體的升壓功率模組，該模組將用於豐田燃料電池汽車Mirai車型。電裝和豐田的SiC功率模組已應用於混合動力汽車、燃料電池公車和燃料電池乘用車。新款Mirai的下一代固態燃料電池核心零件－豐田FC電堆，與採用多個SiC功率半導體的FC升壓轉換器搭配使用。升壓轉換器的功能是輸出高於輸入電壓的電壓。

功率模組的尺寸縮小了30%，損耗降低了70%。根據電裝公司的計算，與採用矽基功率半導體的產品相比，配備碳化矽功率半導體（包括二極體和電晶體）的新型升壓功率模組尺寸縮小了約30%，損耗降低了約70%。它在實現功率模組小型化的同時，提高了車輛的燃油效率。

搭載SiC模組的新款Mirai續航里程提升了30%。豐田表示，透過在燃料電池升壓變壓器中使用SiC半導體以及採用鋰離子低壓電池，可以降低系統能量損耗。同時，在提升燃料電池堆性能的基礎上，透過催化劑主動再生控制技術提高了發電效率。最終，新款Mirai在WLTC工況下的最大續航里程達到了約850公里，比上一代車型提升了約30%。

4.3 根據預測，到2027年，碳化矽功率元件的規模將超過10億美元。

據預測，碳化矽功率元件市場規模將在2027年超過10億美元。 2018年，碳化矽功率元件市場規模約390億美元。在新能源車、電力設備等領域龐大需求的推動下，IHS預測碳化矽功率元件市場規模將在2027年超過10億美元。從2021年開始，在電動車的帶動下，SiC MOSFET將保持快速成長，並成為最暢銷的分立式SiC功率裝置。

5. 超過 80% 的功率半導體依賴進口，國內企業正努力追趕。

5.1 歐洲、美國和日本的公司在功率半導體領域有明顯的優勢。

根據英飛凌的統計數據，2019年全球功率半導體元件和模組市場規模為21億美元。歐洲、美國和日本呈現三足鼎立的格局。英飛凌位居榜首，市佔率19%，安森美半導體緊追在後，市佔率8.4%。前十名公司合計市佔率為58.3%。

2019年，全球MOSFET市場規模達8.1億美元。英飛凌以24.6%的市佔率遙遙領先，位居榜首，前五大公司的市佔率合計達59.8%。被聞泰科技收購的耐普瑞半導體和在中國成長的華潤微電子也躋身前十，分別佔4.1%和3.0%的市佔率。

2019年，IGBT模組市場規模為3.31億美元。英飛凌以35.6%的市佔率位居榜首，前五大公司合計佔68.8%的市佔率。星芯半導體是中國成長的領先IGBT企業，近年來發展迅速，躋身前十名。 2019年，星芯半導體以2.5%的市佔率排名第八。

2019年，分立式IGBT市場規模為1.44億美元。英飛凌以32.5%的市佔率位居榜首。前五大公司合計佔63.9%的市佔率。中國製造商思蘭微電子以2.2%的市佔率躋身前十名。

2019年，積體電路模組（IPM）市場規模為1.59億美元。日本三菱電機位居榜首，市佔率32.7%。前五大廠商合計佔76.9%的市佔率。中國廠商思蘭微電子和中微電子躋身前十，市佔率分別為1.1%和0.8%。

5.2 中國功率半導體企業正迎頭趕上，即將迎來快速發展時期

中國是全球最大的功率半導體市場。國際領先企業的大部分收入都來自中國。以大達科技和恩智浦為例，它們超過50%和40%的收入都來自中國大陸。中國是電動車大國。英飛凌的IGBT佔了中國電動車市場60%以上的份額。由此可見，我國功率半導體市場需求龐大，本土廠商在進口替代方面擁有非常廣闊的空間。

中國IGBT自給率持續提升。根據智研諮詢數據顯示，自2015年以來，我國IGBT自給率已超過10%，且持續成長。預計2020年自給率將從2015年的10.1%提升至18.4%。預計到2024年，我國IGBT產業產量將達78萬隻，需求量約196億隻，自給率將達40%。整體而言，我國IGBT產業供需仍有較大差距，「國產化替代」將是未來IGBT產業的重要發展方向。

中高階功率半導體產品依賴海外市場。比亞迪、華為、中車、陽光電源等中國企業是全球領先的功率半導體客戶。然而，這些企業在採購功率半導體時仍嚴重依賴英飛凌、富士馬達、三菱馬達等海外供應商。中國是全球最大的電動車和混合動力車市場，但中國大部分系統的功率半導體模組仍依賴海外供應鏈。在全球功率半導體市場，中高階產品製造商主要集中在歐洲、美國和日本。歐洲、美國和日本的大多數功率半導體製造商都是整合裝置製造商（IDM）。英飛凌、安森美半導體、義法半導體、三菱電機、東芝等是業界領導者。中國台灣地區也是功率半導體的主要生產地。大多數製造商是無晶圓廠製造商，其產品主要集中在低端領域。我國功率半導體市場約佔全球需求的36%。在高端產品領域，約 80% 的產品依賴進口。

中國功率半導體產業發展迅速。我國半導體廠商主要採用IDM模式，生產鏈相對完整。產品主要集中在二極體、低壓MOS元件、閘流管等低端領域，IGBT技術也逐步取得突破。生產技術成熟，具有成本優勢。產業龍頭企業的獲利能力遠高於台灣和中國大陸的廠商。在新能源、電力、軌道運輸等高階產品領域，國內只有少數廠商具備生產能力。高階產品市場主要由英飛凌、安森美半導體、瑞薩電子、東芝等歐美日資廠商壟斷。

目前，國內外IGBT市場仍主要由外資企業佔據。以星芯半導體為首的國內IGBT企業發展迅速，在工業控制、電動車、風電、光伏、電力和高鐵等領域逐步取得突破，市場份額不斷擴大。 2019年，以出貨量計算，英飛凌在中國電動車IGBT市場佔最大份額，市佔率達49.3%，比亞迪緊追在後，佔20%（主要靠自身），星芯半導體位列第三，佔16.6%。星芯半導體在電動車IGBT領域的晶片自給率高達90%以上。

在我國功率半導體市場，本土廠商已開始在低階產品領域取代進口產品。被聞泰科技收購的Nexperia、星辰半導體、華潤微電子、新捷能、獅王微電子、中微電子、楊捷科技、思蘭微電子、三安光電、捷捷微電子等都是業界優質企業，但它們的市佔率仍較低。

6. 對產業區隔領域的領導者持樂觀態度

目前，國內功率半導體產業鏈日趨完善，技術也取得了突破性進展。中國是全球最大的功率半導體消費國，2019年佔全球需求的35.9%，成長率顯著高於世界平均。未來，隨著新能源（電動車、光伏、風能）、工業控制、變頻家電、物聯網設備等領域需求的成長，中國功率半導體的需求成長將持續高於世界平均水平，產業將穩定發展。對於國內替代型產品，我們看好以下細分領域的龍頭企業：星芯半導體、華潤微電子、華虹半導體、思蘭微電子、新清潔能源、利昂微電子、三安光電、聞泰科技和中車時代電氣。

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