2020中國功率半導體應用領域行業市場格局現狀分析產業研究報告（30頁）.docx

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1、2020 年深度行業分析研究報告目錄1、常見的功率半導體類型及區別？52、功率半導體主要應用領域有哪些？123、SIC、GAN 的發展現狀和前景？234、功率半導體的市場格局如何？27圖表目錄圖表 1.半導體產品分類5圖表 2.全球功率半導體市場結構5圖表 3.肖特基功率二極管6圖表 4.快恢復功率二極管6圖表 5.主要功率二極管結構及特性6圖表 6.半導體產品分類7圖表 7.LDMOS MOSFET 結構圖7圖表 8.Planer MOSFET 結構8圖表 9.Trench MOSFET 結構8圖表 10.第六代 IGBT 結構9圖表 11.第七代 IGBT 結構9圖表 12.6 代 IGB

2、T 性能比較9圖表 13.功率半導體下游市場運用廣泛9圖表 14.影響功率半導體性能的主要因素10圖表 15.三代硅材料物理性能10圖表 16.各種半導體材料運用領域11圖表 17.全球功率半導體市場規模12圖表 18.國內功率半導體市場規模12圖表 19.功率半導體在新能源車電機驅動、DC/DC、充電器上的運用12圖表 20.功率半導體直接受益于汽車電動化13圖表 21.電動車相比于傳統汽車功率半導體需求量大幅提升13圖表 22.傳統車企在新能源汽車領域的進展14圖表 23.全球電動汽車滲透率快速提升14圖表 24.全球主要國家電動車充電器數量(百萬個）15圖表 25.全球主要國家電動車充電

3、需求量(十億瓦時）15圖表 26.電動車充電樁結構15圖表 27.充電站功率器件價值量16圖表 28.充電站功率器件價值量16圖表 29.光伏逆變器功率組件結構17圖表 30.新能源產業發展帶動高壓功率半導體發展17圖表 31.變頻技術對家電產品的運用價值18圖表 32.功率半導體是變頻電路的核心器件18圖表 33.變頻空調、洗衣機和冰箱的出貨占比19圖表 34.家電用功率半導體市場規?？焖僭鲩L19圖表 35.5G 運用場景帶動功率半導體需求提升20圖表 36.頻率越高，基站覆蓋面積越小20圖表 37.國內基站數量21圖表 38.自動化生產驅動工業用功率半導體需求量提升21圖表 39.工業互聯

4、網市場規?？焖侔l展22圖表 40.Si、SiC 和 GaN 材料特性的對比23圖表 41.SiC 產業鏈環節及參與廠商情況24圖表 42.SiC 功率器件的市場規模24圖表 43.SiC 模塊與硅 IGBT 功率模塊的電力損耗比較25圖表 44.GaNHEMT 結構圖25圖表 45.電源中的氮化鎵器件26圖表 46.適配器原理圖26圖表 47.氮化鎵器件的市場規模26圖表 48.功率半導體市場格局27圖表 49.MOSFET 市場格局27圖表 50.分立 IGBT 市場格局28圖表 51.IGBT 模塊市場格局28圖表 52.英飛凌汽車業務營收29圖表 53.意法半導體汽車業務營收29圖表 5

5、4.國內功率半導體企業及業務情況30附錄圖表 55. 報告中提及上市公司估值表331、常見的功率半導體類型及區別？功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，是實現電子裝置中電壓、頻率、直流交流轉 換等功能的核心部件。根據器件集成度不同，功率半導體可以分為功率 IC 和功率分立器件兩大類。 功率分立器件包括二極管、晶體管、晶閘管三大類別，其中晶體管是分立器件中市場份額最大的種 類。常見晶體管主要有 BJT、IGBT 和 MOSFET。IGBT 和 MOSFET 是當前市場關注度較高的功率型晶體 管。功率 IC 是將晶體管、二極管、電阻、電容等元件集成在一個半導體晶片上，具有所需電路功能 的

6、微型結構。根據運用場景的不同，功率 IC 包括 AC/DC、DC/DC、電源管理、驅動 IC 等種類。圖表 1. 半導體產品分類資料來源：華潤微招股說明書，中銀證券功率 IC、IGBT、MOSFET、二極管是四種運用最為廣泛的功率半導體產品。根據 Yole 數據，2017 年功 率 IC 占全球功率半導體市場規模的 54%，是市場份額占比最大的功率半導體產品。MOSFET 主要運 用于不間斷電源、開關電源，變頻器音頻設備等領域，2017 年 MOSFET 市場規模占功率半導體整體 市場規模的 17%；功率二極管主要用于電源、適配器、汽車、消費電子等領域，2017 年全球功率二 極管銷售額占功率

7、半導體整體銷售額的比例約 15%。由于 IGBT 的操作頻率范圍較廣，能夠覆蓋較高 的功率范圍，適用于軌道交通、光伏發電、汽車電子等領域，2017 年 IGBT 的銷售占比達到 12%。圖表 2. 全球功率半導體市場結構中銀證券1、功率二極管功率二極管是一種不可控型的功率器件，因此功率二極管不可以作為開關器件使用，功率二極管電 流容量大，阻斷電壓高，但是開關頻率較低。功率二極管的單向導電性可用于電路的整流、箝位、 續流。外圍電路中二極管主要起防反作用,防止電流反灌造成期間損壞。功率二極管細分產品包括功 率整流二極管、功率肖特基二極管、快速恢復二極管、超快速恢復二極管、小電流整流二極管、變 容二

8、極管等種類。普通整流功率二極管一般采用 p+pnn+的結構，反向恢復時間長一般在 25 微秒；電流定額范圍較大， 可以實現 1 安培到數百安培的電流；電壓范圍寬，可以實現 5V-5000V 的整流；但是普通整流功率二 極管高頻特性一般，一般用于 1KHz 以下的整流電路中?？旎謴凸β识O管（FRD）采用 PN 結構，采用擴散工藝，可以實現短時間的反向恢復，一般反向恢 復時間小于 5 微秒，廣泛的使用在變換器中。超快恢復功率二極管（UFRD）在快速恢復功率二極管 的基礎上，采用外延工藝，實現超快速反向恢復。肖特基功率二極管（SBD）不是利用 P 型半導體和 N 型半導體接觸形成 PN 接原理制作

9、的，而是利用 金屬和半導體接觸形成的金屬-半導體結原理制造的。肖特基二極管具有開關頻率高和正向壓降低等 優點，但是反向擊穿電壓比較低，一般低于 100V。因此肖特基二極管一般用于高頻低電壓領域。圖表 3. 肖特基功率二極管圖表 4.快恢復功率二極管資料來源：中國知網，中銀證券資料來源：中國知網，中銀證券圖表 5. 主要功率二極管結構及特性結構特性應用 反向恢復時間一般為 25 微秒，電普通功率二極管采用 P+PNN+結構擴散工藝制造流定額從小于 1 安培到數百安用于 1KHz 以下的整流電路 培，電壓從 50V 到最高 5KV反向恢復時間一般小于 5 微秒，快速恢復二極管采用 PN 或者 PI

10、N 結構，采用用于各種變換器，工作與高頻擴散工藝，摻雜金雜質約為數百納秒，反向耐壓在 1200V 以下開關狀態超快恢復二極管外延工藝反向恢復時間一般小于 100 納秒用戶根據電路特點和工作頻率來選擇使用肖特基功率二極管 金屬半導體二極管，采用多子導電，反向恢復時間一般在薄膜淀積工藝資料來源：中國知網， 中銀證券10 納秒40 納秒之間適用于高頻領域2、MOSFETMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）簡稱金氧半場效晶體管，是一種可以廣泛使 用在模擬電路和數字電路的場效應晶體管。MOSFET 可以實現較大的導通電流，導通

11、電流可以達到上 千安培，并且可以在較高頻率下運行可以達到 MHz 甚至幾十 MHz，但是器件的耐壓能力一般。因此 MOSFET 可以廣泛的運用于開關電源、鎮流器、高頻感應加熱等領域。為了滿足電氣化程度不斷提升的社會需求，功率型 MOSFET 性能不斷被提升。MOSFET 的改進主要圍 繞著更高的工作頻率、更高的輸出功率。目前市場上功率型 MOSFET 可以分為 Planar MOSFET 和 trench MOSFET 兩種類型。圖表 6. 半導體產品分類資料來源：華潤微招股說明書，中銀證券早期的功率型 MOSFET 也叫 LDMOS（later Double diffusion MOS），這

12、種結構的 MOSFET 可以實現大電流 傳輸，但是器件的柵、源、漏都在表面，因此器件的漏極和源極需要很長，十分浪費芯片面積。并 且由于 LDMOS 的柵、源、漏都在同一個表面，在多個 MOSFET 器件進行并聯時需要額外的隔離層， 工藝步驟增加。因此后來發展了 VDMOS（vertcal DMOS），這就是早期的 planer VDMOS MOSFET，這 種結構將原來 LDMOS 器件的漏極統一放到器件的另一側，這樣使得漏極和源極的漂移區長度可以通 過背面減薄來控制，而且該種結構可以實現更有利于晶體管并聯。晶體管的并聯可以增大 MOSFET 的功率。這種結構的的表面處理工藝和傳統的 CMOS

13、 工藝兼容。圖表 7. LDMOS MOSFET 結構圖資料來源：IEEE、中銀證券為克服 planer MOSFET 中整體面積使用效率不高的問題，后來發展出 trench MOSFET 器件結構。Trench MOSFET 是將管子的溝道從原來的 planer 變成沿著槽壁的縱向。這樣的結構雖然提升了硅片面積使用 效率，但是工藝難度加大，成本較高，并且當槽較深是容易擊穿，因此 trench MOSFET 的耐壓性價差。 但是該種結構可以實現較多的晶體管并聯，可以導通的大電流，因此適合在低電壓和大電流的工作 環境。圖表 8. Planer MOSFET 結構圖表 9. Trench MOSF

14、ET 結構資料來源：英飛凌，中銀證券資料來源：英飛凌，中銀證券3、IGBTIGBT 是由 BJT 和 MOSFET 組成的復合功率半導體器件，同時具備 MOSFET 開關速度高、輸入阻抗高、 控制功率低、驅動電路簡單、開關損耗小的優點和 BJT 導通電壓低、通態電流大、損耗小的優點。 IGBT 在功率 MOSFET 的基礎上增加了一層，即在背面的漏極上增加一個 P+層。在引入 P+層之后，從 結構上漏端增加了一個 P+/N-driff 的 PN 結，該 PN 結處于正偏狀態，不僅不影響導通反而增加了空穴 注入效應，該 PN 結帶來的特性類似于 BJT 有兩種載流子參與導電。因此 IGBT 具備

15、 MOSFET 的開關速 度高、輸入阻抗高、控制功率低、驅動電路簡單、開關損耗小等優點，同時具備 BJT 導通電壓低、 通態電流大、損耗小等優點。IGBT 在高壓、大電流、高速方面有突出的產品競爭力，已經成為功率 半導體主流發展方向。從 1988 年 IGBT 誕生至今，已經有七代 IGBT 結構。第一代 IGBT(PT-IGBT)產品結構簡單，但是由于晶體結 構本身原因造成負溫度系數，并聯時各個 IGBT 原胞壓降不一致，不利于并聯運行，并且電流只有 25A， 容量較小，因此沒有普遍使用。第二代 IGBT 也稱為改進型 PT-IGBT 是在 P+和 N-driff 層時間加入 N-buffe

16、r 層，這一層形成的耗盡層可以減小芯片厚度、減小功耗，該種產品在 600V 以上具備優勢，但是 1200V 以上時外延厚度較大導致成本較高，并且可靠性降低。西門子是改進型 PT-IGBT 產品的主流廠商。第三代 IGBT 也稱為 Trench-IGBT，該種結構的思路和 trench MOSFET 思路一樣，將溝道轉移到垂直面 上。該種結構導通電阻小，柵極密度增加不受限制，有效特高耐壓能力。由于需要使用雙注入技術， 制作難度較大。英飛凌的減薄技術處于世界先進水平，因此英在 Trench IGBT 時代英飛凌一舉成為 IGBT 行業巨頭。第四代為 NPT-IGBT，該種產品不再使用外延技術，而是

17、使用離子注入技術生成 P+集電極（透明集電 極），該種結構可以精準控制結深進而控制發射效率，增快載流子抽取速度來降低關斷損耗，同時 該種結構具備正溫度系數，在穩態功耗和關斷功耗取得較高的折中，該種產品結構被廣泛的使用。第五代 FS-IGBT 結合了第四代 NPT-IGBT 的“透明集電區技術”和“電場中止技術”。采用先進的薄片技 術并在薄片上形成電場中止層，有效的減薄芯片的厚度，是的導通壓降和動態功耗都有明顯下降。第六代 FS-trench 在第五代基礎上改進溝槽結構，增加芯片電流導通能力，優化芯片內載流子濃度和 分布，減小芯片的綜合損耗和提高 IGBT 耐壓能力。2012 年三菱電機推出第七

18、代 IGBT。IGBT7 采用了新型微溝槽（MPT）+電場場截止技術。它采用基于 n-摻雜的襯底的典型垂直 IGBT 設計，p 基區內的 n 型重摻雜構成了發射極接觸結構。通過在電隔離的 溝槽刻蝕接觸孔，確定了溝道和柵極。在 n-襯底的底部，通過 p+摻雜實現了集電極區。在 n-襯底和 和 p+之間，通過 n+摻雜實現了場截止（FS）結構。IGBT7 增加有源柵極密度，能夠增加單位芯片面 積上的導電溝道，全面優化 IGBT 性能。根據富士電機發布的第七代 IGBT 產品數據，相比于第六代 V 系列，IGBT7 可以使逆變器的功率損耗降低 10%，最高操作結溫度從 150提高到 175，這有助于

19、圖表 10.第六代 IGBT 結構圖表 11.第七代 IGBT 結構資料來源：英飛凌，中銀證券資料來源：英飛凌，中銀證券圖表 12. 6 代 IGBT 性能比較特點芯片面積相 對值工藝線寬(微米)通太飽和壓 降(V)關斷時間（微秒）功率損耗(相對值)斷態電壓(V)出現時間(年)1平面串通型（PT）10053.00.5010060019882改進平面傳統型5652.80.307460019903溝槽型（trench）4032.00.2551120019924非穿通型（NPT）3111.50.2539330019975電場截止型（FS）270.51.30.1933450020016溝槽電場截至型2

20、40.31.00.152965002003（PT）（FS-Trench）資料來源：ET 創芯網論壇， 中銀證券各類型功率器件由于結構不同，特性有所不同。MOSFET 高頻特性較好，工作頻率可以達幾十 KHz 到上 千 KHz，能夠工作在高電流狀態下，但耐壓特性較差，在高功率領域應用受限。IGBT 耐壓高，高功率 領域應用優勢明顯，高頻特性弱于 MOSFET。晶閘管高頻特性較差，在高功率領域應用優勢明顯。圖表 13. 功率半導體下游市場運用廣泛資料來源：Yole，中銀證券4、化合物半導體影響功率半導體器產品性能的主要有兩方面因素：一是器件結構，二是半導體材料。半導體材料的 禁帶寬度、飽和電子漂移

21、速度、擊穿場強都會影響功率半導體性能。從半導體產業發展至今，半導 體產業主要經歷了三代材料技術演變，第一代是以硅（Si）、鍺（Ge）元素為主；第二代半導體材 料以砷化鎵（GaAs）為主；第三代半導體材料以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）為主。圖表 14. 影響功率半導體性能的主要因素資料來源：智庫，中銀證券第一代半導體材料，尤其硅基半導體材料工藝成熟、成本較低，是目前半導體材料的主流，目前大 部分功率半導體和集成電路都是基于硅基的第一代半導體材料。但是第一代半導體材料禁帶寬度有 限，擊穿電壓低、飽和電子漂移速度低導致硅基半導體材料在面對高電壓、高頻、高功率運用場景 越顯捉襟見肘。第二代半導體

22、是以砷化鎵（GaAs）為主，砷化鎵的運用主要集中在通訊領域，目前 手機功率放大器是砷化鎵的主要運用場景。砷化鎵生產成本較高，物理性能低于第三代半導體材料， 因此在功率放大器中難以被使用。第三代半導體材料氮化鎵、碳化硅等材料在物理上具有能級禁帶寬的特點，因此第三代半導體材料 也成為寬禁帶半導體。同時，第三代半導體材料的導熱性能、高壓擊穿、電子飽和漂移速度均明顯 優于第一代、第二代功率半導體，因此第三代半導體在高溫、高功率、高壓、高頻等運用場景有明 顯的的優勢。圖表 15. 三代硅材料物理性能硅（Si）砷化鎵（GaAs）氮化鎵（GaN）碳化硅（SiC）禁帶結構間接帶隙直接帶隙直接帶隙間接帶隙禁帶寬

23、度（eV）1.11.43.43.3電子遷移率（cm2/Vs）1350850020001000電子飽和漂移速度（107cm/s）1.01.02.72.2相對介電常數11.912.58.99.7熱導率（W/cmK）1.490.541.34.9擊穿場強（MV/cm）0.30.43.32.8器件理論最高工作溫度（）175350800600資料來源：智庫， 中銀證券氮化鎵在高頻電路中優勢凸顯，是當前移動通訊中有力競爭者。氮化鎵半導體材料電子報和漂移速度明顯高于其他半導體材料。因此氮化鎵通過高電子遷移率晶體管（ HEMT：High Electron Mobility Transistor）率先在高頻電路上

24、取得運用。但是氮化鎵在耐壓性、電流容量都比碳化硅低，在高功率、 高電壓運用場景性能低于碳化硅。因此當前氮化鎵的主要運用場景主要集中于基站端功率放大器、 航空航天等軍用領域。碳化硅材料已在功率半導體市場嶄露頭角。碳化硅材料物理性能優于硅等材料，碳化硅單晶的禁帶 寬度約為硅材料禁帶寬度的 3 倍，導熱率為硅材料的 3.3 倍，電子飽和遷移速度是硅的 2.5 倍，擊穿場強是硅的 5 倍。相比于與硅材料，碳化硅在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件具有不可替代的 優勢。目前碳化硅功率半導體已在特斯拉 model 3 等高端車市場成功運用，未來汽車領域將是碳化硅 成長主要動力。碳化硅功率半導體的生產過程主要

25、包括碳化硅單晶生產、外延層生產、器件制造三 大環節。目前英飛凌、意法半導體等國際主流廠商的 4 英寸碳化硅產品線居多，并向 6 英寸產品線 過度，龍頭廠商 CREE 已經開發出 8 英寸產品。目前高質量的碳化硅外延片主要有 CREE 供應。圖表 16. 各種半導體材料運用領域資料來源：富士電機，中銀證券汽車半導體是未來碳化硅功率器件的主要推動力。碳化硅在高溫、高壓、大功率領域具有不可替代 的優勢，在電力控制和轉換、高壓等領域有著廣泛的運用。一汽電驅動研究所所長趙慧超表示，碳 化硅器件工作結溫在 200C 以上，工作頻率可以達到 100kHz，耐壓可達 20KV，碳化硅器件體積可 以減小到 IG

26、BT 整機的 1/31/5，重量減小到原來的 40%60%。目前碳化硅功率半導體已經在汽車主逆 變器、車載充電器、DC/DC 轉換器等核心部件上成功運用，未來汽車將是碳化硅成長的主要動力。 特斯拉 Model3 中已使用碳化硅的 MOSFET，隨著 Model 3 車型以及其他高端新能源車的量產，碳化硅 MOSFET 需求有望迎來快速增長。根據 Yole 統計數據，2017 年全球碳化硅功率器件市場規模達到 3.02 億美元，較 2016 年的 2.48 億美元增長 22%，預計到 2023 年全球碳化硅功率半導體生產規模達到 15 億美元，復合增長率達 30.6%，遠高于同期全球功率半導體市

27、場規模增速。碳化硅 MOSFET 的大規模運用尚需降低制造成本。當前碳化硅 MOSFET 為大規模運用于新能源車的 主要原因在于碳化硅 MOSFET 成本高昂。根據 Yelo 數據，CREE 碳化硅 MOSFET 成本達到*美元，同 等級別硅基 IGBT 成本約為，英飛凌碳化硅的 MOSFET 成本約，同等 IGBT 成本約為，總體而言硅基 IGBT 的成本約為碳化硅 MOSFET 的 25%。因此當前降低碳化硅 MOSFET 生產成為成為產業研究重點方向。氧化鎵或是未來高壓、高功率運用功率半導體材料的挑戰者。氧化鎵的禁帶寬度為 4.9eV，超過碳化 硅、氮化鎵等材料，采用禁帶更寬的材料可以制

28、成系統更薄、更輕、功率更高的功率器件。氧化鎵 擊穿場強高于碳化硅和氮化硅，目前 -Ga2O3 的擊穿場強可以達到 8MV/cm，是碳化硅的兩倍。氧化 鎵更有可能在擴展超寬禁帶系統可用的功率和電壓范圍方面發揮作用。氧化鎵最有希望的應用可能 是電力調節和配電系統中的高壓整流器，如電動汽車和光伏太陽能系統。氧化鎵的導熱率低，散熱 性能差是限制氧化鎵市場運用的主要因素。氧化鎵的熱管理研究是當前各國研究的主要方向，如若2、功率半導體主要應用領域有哪些？功率半導體下游運用廣泛，包括工業控制、4C、新能源車、光伏等領域。功率半導體是電力電子技 術的基礎，也是構成電力電子轉換裝置的核心器件，應用范圍覆蓋工業控

29、制、4C 領域（Computer 計 算機產品、Communication 通訊產品、Consumerelectronics 數碼家電、COM 網絡產品）、新能源車、光 伏、智能電網等領域。根據 IHS 數據，2018 年，全球功率半導體市場規模達到 391 億美元，同比增長 5.9%，2021 年全球功率半導體市場規模有望達到 441 億美元，復合增長率達到 4.1%；我國功率半導 體市場規模達到 138 億美元，占據全球功率半導體市場的 31%，2021 年我國功率半導體市場規模有 望達到 159 億美元，年復合增長率達到 4.83%，超過全球功率半導體增長速度。圖表 17.全球功率半導體

30、市場規模圖表 18.國內功率半導體市場規模資料來源：IHS，中銀證券資料來源：IHS，中銀證券1、汽車電動化：功率半導體發展新動能汽車電動化帶動單車半導體價值量的提升。與傳統燃油車相比，新能源車多了電池、電機、電機控 制器、DC/DC、空調驅動、充電器的裝置。電動車的空調、充電系統、逆變器、DC/DC 等核心部件都 需要功率器件實現供電電壓和直流交流的轉換。根據英飛凌預測，2019 年輕度混合動力汽車（MHEV） 單車半導體元器件價值量約為 531 美元，而插電混合動力汽車（PHEV）、純電動汽車（BEV）半導 體元器件價值量分別達到 785 美元、775 美元，較 MHEV 分別提升 47.

31、83%、45.95%。圖表 19. 功率半導體在新能源車電機驅動、DC/DC、充電器上的運用資料來源：中國中車，中銀證券圖表 20. 功率半導體直接受益于汽車電動化資料來源：中國中車，中銀證券MOSFET、IGBT 等功率半導體器件是汽車電動化的受益核心。與傳統動力汽車不同，新能源汽車需要 使用大量的電力設備，將實現能量的轉換。新能源汽車中 AC/DC 充電機變換器、DC/DC 升壓變換器、 DC/DC 降壓變換器、雙向 DC/AC 逆變器、充電樁等部件需要了大量的功率半導體實現能量的轉換。 根據 on semiconductor 數據，電動車的價值量電源解決方案的價格約為 400 美元，遠高

32、于傳統動力汽 車的 40 美元。MOSFET 和 IGBT 是實現供電電壓和直流交流轉換的核心部件，因此汽車電動化帶動單 車功率半導體價值量。電機控制器是新能源車的核心部件之一，IGBT 是電機控制器的核心電力電子 元器件。根據驅動視界統計數據，電機控制系統成本占據整車成本的 15%20%，而 IGBT 模塊占據電 機控制模塊成本的 37%。1200V 以下 IGBT 和 MOSFET 是電動車電源解決方案核心部件。圖表 21. 電動車相比于傳統汽車功率半導體需求量大幅提升資料來源：ON semiconductor，中銀證券高端車型提升單車功率半導體的價值量。在高端車型中，特斯拉 model

33、S 使用了 84 個 IGBT 為三相感 應電機供電；model X 使用 132 個 IGBT，其中后電機為 96 個，前電機為 36 個，整車 IGBT 成本達到 650 美元。從 model 3 開始，特斯拉開始使用碳化硅功率半導體替代傳統硅基功率半導體，改善整車的續 航能力等性能實現高效變電。高端車型的單車功率半導體價值量不斷提升，中低端車型有望跟進，大眾、福特、寶馬等傳統車企擴產新能源車，特斯拉、比亞迪等新興電動車車企異軍突起，汽車電動化趨勢不可逆轉。在汽車電動化趨勢下，各大傳統車企紛紛布局新能源車，新能源車將成為傳統 車企成長新動能。2019 年 11 月，大眾集團發布 5 年規劃

34、，預計 2020-2024 年集團將在電動車領域投資 600 億歐元，2020、2025 年電動車銷量目標分別為 40、300 萬輛，占其汽車銷量的占比為 4%、20%； 計劃至 2029 年將生產 2,600 萬輛電動車。福特計劃到 2020 年實現新能源車銷量占全球總銷量 10%-25%。 根據 IHS 數據，2018 年全球電動車銷量達到 700 萬輛，預計 2023 年將達到 3,300 萬輛，5 年復合增長 率達到 41%。圖表 22. 傳統車企在新能源汽車領域的進展福特2020 年實現新能源車銷量占全球總銷量 10%-25%通用與本田共同投資 0.85 億元合資生產燃料電池系統，與

35、 SPA 生產電動汽車。大眾預計 2020-2024 年集團將在電動車領域投資 600 億歐元，2020、2025 年電動車銷量目標分別為 40、 300 萬輛，占其汽車銷量的占比為 4%、20%；計劃至 2029 年將身纏 2600 萬輛電動車。奔馳到 2022 年，將面向市場推出 10 款純電動車。寶馬到 2025 年，寶馬推出的新能源產品將達到 25 款，其中 12 款為純電動、13 款為插電混動車。2020 年底前推出 12 款車型，包括 5 款純電動車型和 7 款混動車型；2025 年，旗下將有 30 臺電動車奧迪型，中等續航以及全尺寸車型將增加至 15 款。日產計劃到 2020 年

36、，旗下超過 20%、約為 200 萬輛車將實現零排放的目標。豐田目標在 2050 年消除發動機車型，HEV 和 PHEV 占總銷 70%，FCV 和 EV 占 30%。 比亞迪匈牙利工廠投產且生產的純電動客車投入使用。比亞迪日本將銷售面向日本市場開發的小比亞迪型電動巴士“J6”。通過發布 e 系列積極布局微型電動車市場，突擊中國縣域市場，甚至下沉到 鄉鎮市場。100%中標印度浦那公交集團公司（PMPML）125 臺純電動大巴，全部在比亞迪印度工廠 生產。 蔚來汽車2024 年擬上市 68 款車型 2019 年歐洲和中國正式交付 Model3，以及推出更加經濟的標準續航版，年底上海工廠正式投產。

37、特斯拉發布最新經濟型 SUV Model Y ，美國市場 2020 年年底交付，歐洲和中國市場 2021 年年初交付。福特2020 年實現新能源車銷量占全球總銷量 10%-25%通用與本田共同投資 0.85 億元合資生產燃料電池系統，與 SPA 生產電動汽車。大眾預計 2020-2024 年集團將在電動車領域投資 600 億歐元，2020、2025 年電動車銷量目標分別為 40、 300 萬輛，占其汽車銷量的占比為 4%、20%；計劃至 2029 年將身纏 2600 萬輛電動車。奔馳到 2022 年，將面向市場推出 10 款純電動車。資料來源：第一電動網， 中銀證券圖表 23. 全球電動汽車滲

38、透率快速提升資料來源：IHS，中銀證券汽車電動化除了帶來車身功率半導體價值量的提升之外，新增的充電樁也將帶來功率半導體增量。工信部、國家能源局聯合發布提升新能源汽車充電保障能力行動計劃提出利用三年時間優化充 電基礎設施發展環境，千方百計實現“一車一樁”接電需求。新能源汽車的普及將大幅提高對充電 的需求。根據意法半導體數據，2020 年美國/歐洲/中國新能源車充電需求分別為 60 億千萬時、40 億 千瓦時、80 億千瓦時，預計 2030 年將分別達到 530 億千瓦時、790 億千瓦時、1,390 億千瓦時，復合 增長率分別達到 24%、34.76%、33.76%；2020 年美國/歐洲/中國

39、充電器數量分別為 200 萬個、100 萬個、 100 萬個，預計 2030 年將達到 1,300 萬個、1,500 萬個、1,400 萬個符合增長率分別達到 20.58%、31.10%、30.2%。根據工信部發布電動汽車充電基礎設施發展指南（2015-2020 年），到 2020 年將新建超 過 480 萬個分布式充電樁。圖表 24.全球主要國家電動車充電器數量(百萬個）圖表 25.全球主要國家電動車充電需求量(十億瓦時）資料來源：意法半導體，中銀證券資料來源：意法半導體，中銀證券MOSFET、IGBT 是充電樁實現電能轉換的核心元器件。在充電樁中，同樣需要 DC/DC 等功率器件實現 供電

40、電壓和頻率的轉換。根據 ON semiconductor 數據，充電站中的 MOSFET、IGBT、功率二極管等功 率半導體價值量將達到 500 美元。圖表 26. 電動車充電樁結構資料來源：安森美，中銀證券圖表 27. 充電站功率器件價值量資料來源：安森美，中銀證券2、新能源發電帶動高壓功率半導體需求IGBT 模塊是光伏發電逆變器和風力發電逆變器的核心零部件，新能源發電助力功率半導體持續增長 驅動力。太陽能、風能產生的電能不符合電網要求，光伏逆變器/風力發電逆變器可以將其整流成直 流電，然后在逆變成符合電網要求的交流電后輸入并網。圖表 28. 充電站功率器件價值量資料來源：華為，中銀證券IG

41、BT 是光伏逆變器和風電逆變器的核心零部件。光伏逆變器的功率組價主要是由 IGBT 和功率二極管 組成，風力發電逆變器中的功率組件和光伏逆變器的功率組件類似。光伏逆變器和風電逆變器中的 IGBT 主要是 1200V-1700V 的 IGBT。圖表 29. 光伏逆變器功率組件結構資料來源：三菱電機，中銀證券圖表 30. 新能源產業發展帶動高壓功率半導體發展資料來源：安森美，中銀證券國內光伏需求強勁，我國經濟基本面良好帶動社會用電量攀升，新能源發電空間大。雖然近年來我 國經濟發展速度有所放緩，GDP 增速仍然保持在 6%以上，我國依然是全球經濟增長的引擎。經濟發 展帶動社會用電量的攀升，根據國家統

42、計局統計數據，2019 年我國社會用電量達到 72,255 億千瓦時， 同比增長 5.61%。另一方面，我國供電結構尚需改善，光伏發電、太陽能發電比例提升空間大。從我 國電力供應結構上看，火力發電是我國供電的主力，根據國家統計局統計，2020 年 2 月火力發電占 比達到 76.04%，而太陽能發電和風力發電占比僅為 5.78%、1.75%。由于煤炭資源是不可再生，并且 火力發電會帶來環境破壞等問題，因此我國能源結構改善空間較大，未來光伏發電和風力發電的滲 透率有望進一步提升。根據產業信息網數據，2020 年我國風電裝機容量有望達到 270GW，2025 年我 國光伏累計裝機容量有望達到 40

43、0GW。3、家電變頻需求功率半導體是實現變頻技術的核心半導體器件。變頻技術是使用 IGBT、MOSFET、晶閘管等功率半導 體元器件對電能實現變換和控制，從而實現電壓頻率的變化。變頻技術的運用主要集中于 家電、新 能源車、軌道交通等領域，其中變頻家電是最重要的運用領域。相比于傳統的白色家電，變頻白色 家電更加高效節能，能夠實現精準控制，實現舒適靜音，能夠實現多樣化功能。根據英飛凌數據， 變頻技術能夠使得家電節約 60%的能效。圖表 31. 變頻技術對家電產品的運用價值資料來源：英飛凌，中銀證券圖表 32. 功率半導體是變頻電路的核心器件資料來源：英飛凌，中銀證券變頻技術在白色家電的滲透率快速提

44、升。近年來，變頻家電全面推廣，尤其是變頻空調的推廣。變 頻空調因為低頻啟動、啟動電流較小、能夠快速制冷、節能等優點受到消費者青睞。根據產業在線 統計數據，變頻家用空調出貨量在家用空調中的占比從 2010 年的 17%提升到 2018 年上半年的 41%， 提升 24 個百分點；變頻洗衣機的滲透率從 2011 年的 9%提升到 2018H1 的 39%，提升 30 個百分點；變 頻冰箱的滲透率從 2011 年的 4%提升到 2017 年的 17%。圖表 33. 變頻空調、洗衣機和冰箱的出貨占比資料來源：產業在線，中銀證券受益于變頻白色家電的快速滲透，家電用功率半導體需求上升。家電的變頻化、網絡化

45、發展帶動 IGBT、 MOSFET、IPM 等功率器件的快速發展。根據 IHS 數據，2017 年家電用功率半導體市場規模為 14.47 億 美元，2021 年有望增長至 26.68 億美元，四年復合增長率達 16.5%。圖表 34. 家電用功率半導體市場規?？焖僭鲩L資料來源：IHS，中銀證券4、5G 通訊拉動功率半導體需求5G massive MIMO 技術帶動單站用功率半導體需求量。全球移動通信技術進入 5G 時代，相比 4G 通訊 技術，5G 使用毫米波、massive MIMO 等技術實現大帶寬、低時延網絡傳輸。2019 年 6 月，工信部向 三大運營商發放 5G 牌照，三大運營商獲得

46、頻譜在 2GHz 以上，高于 4G 的頻譜，未來 5G 頻譜有望演 進到毫米波。信號頻率越高帶來的衰減問題越嚴重，對基站端發射功率構成了巨大的挑戰。另一方 面，4G 使用 MIMO 技術一般不超過 4T4R，但在未來 5G 種的 massive MIMO 有望達到 64T64R 甚至更高 階數。Massive MIMO 的大規模使用提升基站對電源管理的需求，根據英飛凌數據，4G MIMO 射頻板上 功率半導體的價值量約為 25 美元，但 5G massive 階段的射頻板功率半導體價值量將提升到 100 美元， 是 MIMO 射頻板的 4 倍。圖表 35. 5G 運用場景帶動功率半導體需求提升資料來源：英飛凌，中銀證券5G 基站建設規模高于 4G 基站數，功率半導體受益。在無線通信中，信號的頻率越高，信號的強度 衰減越快，覆蓋的范圍就會越小。由于 4G 通信的可用頻段比 3G 頻率高，為了保證良好的