2022年IGBT國產替代趨勢、廠商布局變化及市場空間預測報告（33頁）.pdf

1、2022 年深度行業分析研究報告 目 錄 1 景氣度居高不下，國產替代和產品迭代醞釀機遇 . 3 1.1 全球功率器件景氣度維持高位 . 3 1.2 IGBT 和 SiC 器件前景明朗 . 6 2 IGBT 市場空間測算及國內廠商進展分析 . 13 2.1 IGBT 需求迎來快速增長期，新能源車是主要驅動力 . 13 2.2 新能源車成為 IGBT 需求增長的最大來源 . 13 2.3 風、光、儲能是 IGBT 增長的重要動力 . 19 2.4 工控和家電是 IGBT 需求的穩定來源 . 23 3 關注國內廠商的品類切換、結構優化、產線升級節奏 . 28 3.1 產品品類升級，高端產品對標海外

2、龍頭廠商 . 28 3.2 下游市場切換，新能源收入占比快速提升 . 29 3.3 晶圓產線持續升級，功率產品價格更優、性能更良 . 30 插圖目錄 . 34 表格目錄 . 34 插圖目錄 圖 1：2019 年全球功率半導體下游需求占比（%） . 3 圖 2：2020-2027 年全球新能源汽車出貨量（萬輛） . 3 圖 3：2020-2025 年全球光伏和風電新增裝機量（GW） . 3 圖 4：功率半導體全球及國內營收增速和毛利率情況（%） . 5 圖 5：2018-2024 年全球和中國功率半導體市場規模及預測（億美元） . 6 圖 6：2016-2021 年中國功率器件市場空間及國產化率

3、（億元，%） . 6 圖 7：功率半導體類別梳理 . 6 圖 8：功率器件和功率 IC 的主要功能 . 6 圖 9：2020 年全球功率半導體細分品類市場空間梳理 . 8 圖 10：2017-2023 年全球二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT 市場空間及預測（億美元，%） . 8 圖 11：MOSFET 和 IGBT 內部結構對比 . 9 圖 12：MOSFET 和 IGBT 性能比較 . 9 圖 13：英飛凌不同代際產品結構及性能差異 . 9 圖 14：2020 年全球 IGBT 單管前十大供應商（億美元） . 10 圖 15：2020 年全球 IGBT 模塊前十大供應商（億美元） .

4、10 圖 16：2020 年全球 IPM 模塊前十大供應商（億美元） . 10 圖 17：2020 年全球 IGBT CR10 及國內廠商份額（%） . 10 圖 18：硅、碳化硅、氮化鎵襯底功率器件主要應用場景 . 11 圖 19：2017-2020 年中國 SiC 和 GaN 投資額（億元） . 12 圖 20：2016-2025 年中國 SiC 和 GaN 器件市場規模（億元）. 12 圖 21：功率半導體在新能源汽車上的應用 . 14 圖 22：汽車級和工業級功率半導體性能要求 . 14 圖 23：不同新能源車型功率半導體單車價值量（美元） . 14 圖 24：國內新能源車用 IGBT

5、 市場空間預測（億元） . 14 圖 25：新能源車牽引逆變器電路圖. 15 圖 26：新能源車 OBC 模塊電路圖 . 15 圖 27：安森美用于新能源車高壓輔助驅動系統的三相智能功率模塊拓撲圖 . 16 圖 28：新能源車 DCDC 模塊電路圖 . 16 圖 29：直流充電樁電路拓撲圖 . 17 圖 30：光伏并網系統電路圖 . 20 圖 31：風電并網系統電路圖 . 20 圖 32：組串式逆變器和集中式逆變器電路圖 . 20 圖 33：2021 年截至 11 月國內光伏逆變器裝機比例（%） . 20 圖 34：光伏逆變器的性能要求較高. 21 圖 35：伺服驅動單元拓撲圖 . 23 圖

6、36：變頻器主電路拓撲圖 . 23 圖 37：逆變弧焊電路結構圖 . 23 圖 38：UPS 電源電路結構圖 . 23 圖 39：全球伺服電機市場需求量（萬臺，%） . 24 圖 40：國內伺服電機市場格局 . 24 圖 41：中國家電銷量和家電滲透率（萬臺，%） . 24 圖 42：變頻空調主電路拓撲圖 . 24 圖 43：新潔能產品結構拆分及毛利率變化情況（億元，%） . 28 圖 44：2020 年中國 IGBT 下游應用場景拆分（%） . 29 圖 45：2025 年中國 IGBT 下游應用場景拆分（%） . 29 圖 46：斯達半導營收構成及毛利率變化情況（億元，%） . 30 表格

7、目錄 重點公司盈利預測、估值與評級 . 1 表 1：全球主要功率半導體器件廠商交貨周期變化情況 . 4 表 2：不同類型功率半導體性能 . 7 表 3：不同襯底材料性能對比 . 11 表 4：2020-2025 年中國 IGBT 需求測算（億元） . 13 表 5：新能源車用 IGBT 價值量 . 17 表 6：2020-2025 年中國新能源車用 IGBT 需求測算（億元） . 18 表 7：新能源汽車供應商定點情況 . 19 表 8：新能源車用 IGBT 廠商情況梳理 . 19 表 9：2020-2025 年中國光伏、風電和儲能用 IGBT 需求測算（億元） . 21 表 10：功率半導體

8、廠商光伏逆變器布局情況 . 22 表 11：功率半導體廠商光伏領域營收預測及客戶結構 . 22 表 12：2020-2025 年中國工控用 IGBT 需求測算（億元） . 25 表 13：2020-2025 年中國白電用 IGBT 需求測算（億元） . 26 表 14：功率器件廠商在工控領域 IGBT 產品布局 . 26 表 15：國內功率器件廠商在家電 IGBT 領域的布局情況 . 27 表 16：國內功率半導體公司 IGBT 布局情況梳理 . 28 表 17：國內功率半導體公司 SiC 布局情況梳理 . 29 表 18：不同尺寸晶圓對比及優劣勢. 30 表 19：國內布局 12 英寸產線的

9、廠商梳理 . 31 表 20：功率器件行業重點關注個股. 32 yXbWjZgZgVjZhXtUjZ7NaO6MsQrRsQnPjMrRsPjMnMtN9PpPwPwMrNsMwMpNsR 1 景氣度居高不下，國產替代和產品迭代醞釀機遇 1.1 全球功率器件景氣度維持高位 1.1.1 功率半導體下游應用廣泛，能源變革驅動需求快速增長 功率半導體作為電能轉換、電路控制的核心部件，廣泛應用于汽車、消費電子、計算機、網絡通信、工控等場景，其中汽車在下游需求的占比中最高，達到 35.4%。2020 年以來，全球范圍內新能源汽車、光伏、風電應用領域的下游需求激增，帶動功率半導體行業進入景氣期。 全球新能

10、源滲透率的持續增長有望帶動功率器件行業景氣度維持高位。 據中國汽車工業協會數據，至 2027 年中國和全球的新能源汽車出貨量有望分別達到 1970 萬輛和 539 萬輛，相比2021 年 CAGR 增速分別達到 30%和 22%；新能源發電領域，Woodmac 預計至 2025 年全球光伏和風電裝機量有望分別達到 146GW 和 86GW。作為功率器件應用的重要下游，全球新能源滲透率的快速提升有望持續帶動功率器件下游需求，全行業景氣度有望維持高位。 圖 1：2019 年全球功率半導體下游需求占比（%） 資料來源：智研咨詢，民生證券研究院 圖 2：2020-2027 年全球新能源汽車出貨量（萬輛

11、） 圖 3： 2020-2025 年全球光伏和風電新增裝機量 （GW） 資料來源：中國汽車工業協會，民生證券研究院 資料來源：Woodmac，民生證券研究院 35.40%13.20%26.80%24.60%汽車消費電子工業其他0%20%40%60%80%100%120%140%05001000150020002500全球中國全球YoY中國YoY-20%0%20%40%0204060801001201401602019 2020 2021 2022E2023E2024E2025E光伏風電光伏YoY風電YoY 1.1.2 交貨周期持續拉長，行業景氣度居高不下 2022 年一季度海外主流功率器件廠商

12、交貨周期和價格均呈現上升態勢。貨期方面，海外供應商幾乎全品類貨期均有上行，其中英飛凌最長貨期已達到 65 周；價格方面，除個別品類外，主流器件價格均有上升趨勢。我們認為，一季度的漲價及貨期拉長主要原因包括下游需求持續旺盛、上游產能釋放緩慢、全球海運價格上行、疫情持續以及上游原材料成本上升等，貨期及價格的上漲也預示著功率器件景氣度仍然維持高位。 表 1：全球主要功率半導體器件廠商交貨周期變化情況 廠商名稱 器件名稱 貨期（周） 價格變化 1Q20 2Q20 3Q20 4Q20 1Q21 2Q21 3Q21 4Q21 1Q22 1Q22 英飛凌 IGBT 22-30 22-30 - 18-26 1

13、8-26 26-52 39-50 18-26 39-50 + 低壓 Mosfet 15-30 15-30 - 15-30 16-39 26-52 39-52 15-30 52-65 + 高壓 Mosfet 21-26 24-28 - 18-20 18-22 26-40 26-40 18-20 52-65 0 軍用-航空晶體管 - 20-35 - 20-40 20-40 30-50 30-50 20-40 25-50 0 寬帶隙 Mosfet - - - 20-22 24-30 26-36 36-50 20-22 42-52 + 雙學晶體管/RETS - - - 10-16 10-16 12-4

14、0 12-52 - 12-52 + 通用晶體管 - 10-18 - 12-18 12-18 12-52 12-52 12-18 12-52 + 安森美 ESD 18-20 8-20 8-20 8-20 8-20 20-50 20-50 8-20 20-50 + 低壓 Mosfet 13-20 13-20 8-16 14-24 18-30 26-52 42-52 14-24 42-52 + 高壓 Mosfet - - - - - - - - 36-52 + 開關二極管 11-16 10-20 8-16 12-18 12-30 16-52 16-52 12-18 16-52 + 寬帶隙 Mosfe

15、t - - 12-14 12-22 24-34 26-36 36-50 12-22 42-52 + 邏輯器件 12-25 12-25 12-16 30-50 30-50 30-50 30-50 30-50 30-50 0 齊納二極管 11-17 10-20 8-16 12-40 12-40 16-52 16-52 12-40 16-52 + 雙極晶體管 13-17 10-20 8-16 10-18 10-30 16-52 16-52 10-18 16-52 + 通用晶體管 11-17 10-20 8-12 10-18 10-30 16-52 16-52 10-18 20-52 + 小信號 MO

16、SFET 13-21 10-20 10-20 12-20 12-30 16-52 16-52 12-20 16-52 + 肖特基二極管 11-16 10-20 8-16 12-18 12-30 16-52 16-52 12-18 16-52 + 整流器 10-20 12-20 12-20 12-39 12-39 14-52 8-52 12-39 40-52 + 意法半導體 ESD 20-24 20-24 13-20 13-20 13-20 13-29 20-40 13-20 20-40 + IGBT 17-25 16-20 14-18 18-24 18-24 30-36 36-42 18-24

17、 47-52 + TVS 二極管 13 18-20 14-16 14-20 14-20 14-20 30-40 14-20 30-40 + 低壓 Mosfet 17-30 24-30 14-26 18-26 18-26 30-52 42-52 18-26 48-52 + 高壓 Mosfet 19-24 18-30 12-18 14-18 14-26 22-30 26-36 14-18 47-52 + 晶閘管/Triac 22-26 22-26 16-20 16-20 16-20 40-50 40-50 16-20 40-50 0 寬帶隙 Mosfet - - 26-30 26-39 30-39

18、 30-39 42-52 26-39 42-52 + 雙極晶體管 13-19 10-20 10-20 12-20 12-30 20-40 20-40 12-20 20-40 + 整流器 15-20 10-12 10-16 10-26 10-26 38-40 38-40 10-26 48-50 + 資料來源：富昌電子，民生證券研究院 注：價格變化中， “+”代表環比漲價， “0”代表環比持平； “-”代表環比降價 全球功率器件廠商的營收的高增長和毛利率的持續攀升亦能反應行業景氣度的居高不下。 從行業增速來看：受益下游需求的高景氣，1Q20 以來國際和國內的主要廠商營收均呈現快速上升的態勢，雖然

19、2Q21 以來由于基數較高、產能不足等問題，行業廠商營收增長速度有所放緩，但行業總體增速仍維持高位，4Q21 全球和國內主要功率器件主要廠商的營收增速分別達到40.00%和 38.06%。 從行業毛利率水平來看：全球功率器件廠商自 2020 年以來持續攀升，顯示出行業供需失衡的狀態仍在持續。盡管 2020 年以來全球廠商紛紛擴產，但半導體新增產能的開出通常需要 3-5年的時間，當前全球和國內功率器件主要廠商的平均毛利率分別達到 40.00%和 39.74%，為2014 年以來的最高水平，預示行業供給相對不足和高景氣的情況有望持續。 圖 4：功率半導體全球及國內營收增速和毛利率情況（%） 資料來

20、源：Wind，民生證券研究院 注：主要測算公司包括：英飛凌、安森美、士蘭微、華潤微、斯達半導、揚杰科技 1.1.3 功率器件面臨國產化窗口，當前國產化率仍有較大空間 國內功率半導體市場國產化率不足 30%，國內廠商仍有較大成長空間。據 Omida，2021年全球和中國功率半導體市場空間分別為 462 億美元和 182 億美元，至 2025 年，全球和中國市場空間有望分別達到 548 億美元和 195 億美元，相比 2021 年復合增速分別有望達到 5.92%和 4.55%。當前國內功率器件仍主要依賴進口，據我們測算，國內功率器件主要上市公司 2021年相關收入占當前國內功率器件市場份額為 22

21、.08%，相比 2020 年提升 7.81pct，但當前國產替代仍有較大空間。且國內廠商主要以二極管、晶閘管等技術壁壘相對較低的品類為主，在大功率 MOSFET、IGBT 等領域的國產化率更低。我們認為，當前全球大功率器件需求快速上升，全球供給相對不足，而國產廠商技術快速跟進，客戶認可度持續提升，當前時點是功率器件國產替代的重要窗口期，國產廠商未來有望在大功率 MOSFET、IGBT、SiC 等器件獲得更高的國產化率。 -10%10%30%50%-20%0%20%40%60%80%100%2014Q12014Q22014Q32014Q42015Q12015Q22015Q32015Q42016Q

22、12016Q22016Q32016Q42017Q12017Q22017Q32017Q42018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q32019Q42020Q12020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q4全球營收增速（%）國內營收增速（%）全球毛利率（%）右軸國內毛利率（%）右軸 圖 5： 2018-2024 年全球和中國功率半導體市場規模及預測（億美元） 圖 6： 2016-2021 年中國功率器件市場空間及國產化率（億元，%） 資料來源：Omdia，民生證券研究院 資料來源：IHS Markit，公司公告 注：國產化

23、率計算過程所用美元人民幣匯率為 6.5；華潤微、BYD 半導、宏微科技、蘇州固锝 2021 年功率器件收入為民生證券預測數據 1.2 IGBT 和 SiC 器件前景明朗 1.2.1 IGBT 和大功率 MOSFET 是功率器件增長的主要驅動力 類別來看，功率半導體可以粗分為功率 IC 和功率器件兩大類別。其中，功率器件主要包括二極管、晶閘管和晶體管，功率 IC 又包括電源管理 IC 和驅動 IC 等。二極管和晶閘管出現的時間相對較早，總體結構和生產工藝較為簡單，目前需求增長較快的 IGBT、MOSFET 等屬于晶體管系列，當前正處于下游景氣度高企和國產替代的關鍵時期。 從功能來看，功率器件主要

24、用于電能變換和電能控制電路，主要功能為逆變、整流、變壓和變頻；而功率 IC 則由于進一步封裝了驅動、控制、保護、接口、監測等外圍電路，從而具有電源管理、驅動電路、電能變換和控制等功能。 圖 7：功率半導體類別梳理 圖 8：功率器件和功率 IC 的主要功能 資料來源：新潔能，民生證券研究院 資料來源：新潔能，民生證券研究院 -6%-4%-2%0%2%4%6%8%01002003004005006002018 2019 2020 2021 2022E2023E2024E全球中國全球YoY中國YoY0%5%10%15%20%25%05010015020025020162017201820192020

25、2021士蘭微時代電氣斯達半導華潤微BYD半導揚杰科技新潔能捷捷微電東微半導宏微科技蘇州固锝銀河微電國產化率 功率器件按照開關控制能力可分為不可控型器件、半控型器件和全控型器件。 1） 二極管： 二極管中商業化較為成功的器件包括PiN功率二極管和肖特基勢壘功率二極管，其中，PiN 功率二極管具備耐高壓、低泄漏電流和低導通損耗等特點，但開關速度較慢；而肖特基勢壘功率二極管則具備較高的開關頻率、但有較大的泄露電流、較低的擊穿電壓和較差的高溫特性，二者呈現互補關系。當前市場正在通過工藝改進及材料替換來開發具有更優的高壓、高頻特新的二極管。 2）晶閘管：晶閘管是一種半控型功率器件，早期由于其較高的電壓

26、和應用電流，被廣泛應用率高功率場景， 而新型功率 MOS， 尤其是 IGBT 的出現則在一定程度上替代了晶閘管的應用。 3） BJT： 雙極結型晶體管是結構相對簡單的功率器件， 其在功率和頻率上的表現都不突出，但由于其工藝成熟、成本較低等優點，仍在低端功率應用場景中具備一定的份額。 4）IGBT：IGBT 的出現大大拓寬了硅基功率半導體的工作電壓范圍，其最高工作電壓達到6500V，同時具備功率 MOS 相對合適的工作頻率，在電動車、軌道交通、電網、光伏和風電等領域具有廣泛的應用。 5）MOSFET：功率 MOS 可以進一步細分為平面型 MOSFET、溝槽型 MOSFET、超結MOSFET、屏蔽

27、柵 MOSFET，分別具有不同的功率和頻率特性，應用場景較為廣泛。 表 2：不同類型功率半導體性能 控制能力 產品類型 出現時間 技術路線 優點 缺點 現狀 不可控型器件 二極管 1950s PiN 功率二極管 耐高壓、大電流、低泄露電流、低導通損耗 關斷速度慢 - 肖特基勢壘功率二極管 開關頻率高 泄露電流大，擊穿電壓低（通常用于 250V 以下） ，高溫特性差 - 半控型器件 晶閘管 1960s - 相對較高的應用電壓和電流 大損耗、低頻率、不易驅動 逐漸被新一代功率MOS 和 IGBT 替代 全控型器件 BJT 1950s - 工藝成熟、成本低、良率高 頻率較低、電壓較低、熱容量小、不以

28、驅動 在低端應用中仍有一定份額 平面型MOSFET 1970s - 易于驅動，工作頻率高 芯片面積較大，損耗較高 - 溝槽型MOSFET 1980s - 高頻、熱穩定性好、損耗低 耐壓低 - IGBT 1980s - 低損耗、耐高壓（600V6500V） 、相對高頻、易于驅動 頻率較低 主要應用于高壓、大電流場景 超結MOSFET 1990s - 高頻、低損耗、耐壓較高（500V900V） - - 屏蔽柵MOSFET 2000s - 高頻、低損耗、耐壓中等（30V300V） - 高端電源管理、電機驅動、汽車電子領域 資料來源：中國半導體行業協會，新潔能, 民生證券研究院 IGBT 和功率 MO

29、S 有望成為全球功率器件市場的主要增長來源。根據英飛凌、Omedia 等機構的數據，2020 年全球功率半導體市場規模達到 452 億美元，其中功率 IC 市場規模為 243億美元，功率器件市場規模為 209 億美元。功率器件中，二極管、晶閘管、BJT、功率 MOS 和IGBT 的市場規模分別為 38.7 億美元、4.7 億美元、18.1 億美元、81 億美元和 66.5 億美元。其 中二極管和晶閘管市場規?？傮w較為平穩，而受益于新能源汽車、光伏、風電、電網建設等下游需求的持續增長，IGBT 和大功率 MOSFET 的市場空間仍保持快速上升的態勢，其中 IGBT 在2021 年-2023 年全

30、球市場空間的復合增速有望達到 7.48%。 圖 9：2020 年全球功率半導體細分品類市場空間梳理 資料來源：英飛凌，Omdia，IHS Markit，民生證券研究院 注：其中 IGBT 和 MOSFET 市場空間數據來自英飛凌年報 圖 10： 2017-2023 年全球二極管、 晶閘管、 MOSFET、 IGBT 市場空間及預測 （億美元， %） 資料來源：Yole，IHS Markit，民生證券研究院 1.2.2 IGBT 應用步入成熟期，國產替代空間廣闊 IGBT 全稱為絕緣柵極晶體管，可以被認為是 MOSFET 和 BJT（雙極型三極管）組成的混合型器件，具有 MOSFET 的高輸入阻

31、抗，同時兼具晶閘管等雙極型器件的低導通壓降，以及具有相對合適的工作頻率。 從應用場景來劃分， 開關頻率大于 20kHz 的應用場景主要采用 MOSFET，電壓等級大于 1200V 以上的高壓場景主要采用 IGBT，在介于兩者之間的場景，主要根據應用的-20%0%20%02040608010012014016018020022020172018201920202021E2022E2023E二極管晶閘管MOSFETIGBT二極管YoY晶閘管YoYMOSFET YoYIGBT YoY 需求采用 MOSFET 或 IGBT 的解決方案。 圖 11：MOSFET 和 IGBT 內部結構對比 圖 12：M

32、OSFET 和 IGBT 性能比較 資料來源：華芯百創，民生證券研究院 資料來源： MOSFET 和 IGBT 性能的比較 ，民生證券研究院 以英飛凌 IGBT 產品代際為準， 目前主流的 IGBT 已迭代到第七代產品， 除了第一代產品外，其他代際都在適應的場景有所應用，代際的迭代主要是通過 IGBT 內部的結構改善，從而降低產品的功耗。目前 IGBT 的發展主要有三大特征：1）產品不追求制程，生產模式以 IDM 為主；2）通過改進元胞設計概念、改進垂直結構等方式提升產品在功耗、工作溫度、頻率等方面的性能；3）不同代際和技術路線的 IGBT 產品根據其性能、價格、穩定性等綜合因素廣泛適用于各種

33、不同場景，例如目前工控、家電及大部分汽車 IGBT 使用英飛凌第四代（溝槽柵）產品，較高端車型使用英飛凌第七代（EDT2 產品） 。 圖 13：英飛凌不同代際產品結構及性能差異 資料來源：英飛凌，民生證券研究院 據英飛凌，2020 年全球 IGBT 市場空間達到 66.5 億美元，供給格局較為集中，CR10 達到82.6%，其中英飛凌市場份額超過 30%。而前十大供應商中，國內供應商份額較少，當前只有 士蘭微、斯達半導和華微電子在個別細分品類中擠入前十大份額，當前 IGBT 仍有較大的國產替代空間。2020 年，全球 IGBT 單管 CR10 為 85.7%，國內僅有士蘭微一家進入全球前十大供

34、應商，份額為 2.6%；全球 IGBT 模塊 CR10 為 79.1%，斯達半導表現優異，為全球第六大供應商，市場份額達到 2.8%；全球 IPM 模塊 CR10 為 87.9%，士蘭微和華微電子分別位列第九和第十，合計份額達到 2.5%。IGBT 總體來看，全球 CR10 份額為 82.6%，其中國內廠商在前十大份額中占比為 2.7%，當前 IGBT 仍有較大的國產替代空間。 圖 14： 2020 年全球 IGBT 單管前十大供應商 （億美元） 圖 15： 2020 年全球 IGBT 模塊前十大供應商 （億美元） 資料來源：英飛凌，民生證券研究院 資料來源：英飛凌，民生證券研究院 圖 16：

35、2020 年全球 IPM 模塊前十大供應商（億美元） 圖 17：2020 年全球 IGBT CR10 及國內廠商份額（%） 資料來源：英飛凌，民生證券研究院 資料來源：英飛凌，民生證券研究院 1.2.3 SiC 和 GaN 性能優異，但技術和工藝仍有待完善 硅基襯底是目前技術和工藝最成熟、成本最低的功率半導體材料；碳化硅器件具有更高的頻率、功率性能，目前在汽車電子領域已有所應用；氮化鎵主要用在高頻率場景，目前主要應用領域是超級快充。不同材料襯底的特性決定了其功率和頻率特性，從而具有不同的適用場景：1）024602468101214024685.7%79.1%87.9%82.6%2.6%2.8%

36、2.5%2.7%0%20%40%60%80%100%IGBT單管IGBT模塊IPM模塊IGBT整體CR10國內廠商份額 功率： 功率器件的擊穿電壓取決于電場給載流子施加的速度是否能造成半導體材料發生雪崩擊穿，因此寬禁帶半導體具備更大的擊穿電場強度，碳化硅（3.4eV）和氮化鎵（3.2eV）的禁帶寬度遠大于硅（1.12eV） ，從而碳化硅和氮化鎵功率器件的擊穿電壓高于硅基器件。2）頻率：功率半導體的開關時間取決于載流子遷移速度、晶體管發射級和集電極的間距，因而具備更高飽和電子遷移速率和相對小體積的氮化鎵（2.5*107cm/s）和碳化硅（2*107cm/s）功率器件的頻率性能高于硅（1*107c

37、m/s）基功率器件。此外，第三代半導體在最高工作溫度方面同樣顯著優于硅基功率器件。 表 3：不同襯底材料性能對比 指標參數 硅（第一代） 砷化鎵（第二代） 碳化硅（第三代） 氮化鎵（第三代） 禁帶寬度（eV） 1.12 1.43 3.20 3.40 飽和電子漂移速率（107 cm/s） 1.00 1.00 2.00 2.50 熱導率 （W*cm-1*K-1 ） 1.50 0.54 4.00 1.30 擊穿電場強度（MV/cm） 0.30 0.40 3.50 3.30 最大工作溫度（Tmax，） 150 - 760 800 資料來源： 寬禁帶半導體高頻及微波功率器件與電路 ，民生證券研究院 注：

38、碳化硅有 200 多種晶型，上表列示目前主流的碳化硅晶型 4H-SiC 的參數。 基于不同襯底的特性，硅、碳化硅和氮化鎵襯底的功率器件呈現出不同的工作范圍和應用場景。硅基功率器件主要用于 25V-6500V 和相對低頻的應用范圍，典型應用場景包括工控、家電等；碳化硅功率器件的工作電壓介于 650V-3300V，主要應用于相對高頻和高壓的場景；氮化鎵器件工作電壓相對較低，介于 80V-600V 之間，但具有很好的高頻性能，主要應用場景包括快充、高端服務器、5G 通信等領域。 圖 18：硅、碳化硅、氮化鎵襯底功率器件主要應用場景 資料來源：英飛凌，民生證券研究院 當前 SiC 和 GaN 材料仍在

39、開發早期，當前國內大力投資第三代半導體材料，預計未來有望實現對國外廠商的彎到超車。據 CASA Research 統計，2019 年國內第三代半導體材料市場空間為 24 億元。而過去幾年國內第三代半導體投資快速增長，2020 年中國 SiC 和 GaN 投資規模分別達到 550 億元和 144 億元，產業的大力投資預期有望帶來第三代半導體技術的加速成熟和市場空間的快速增長，預計至 2025 年，中國第三代半導體市場空間有望達到 315 億元，相比2019 年 CAGR 增速達到 53.60%。 圖 19：2017-2020 年中國 SiC 和 GaN 投資額（億元） 圖 20：2016-202

40、5 年中國 SiC 和 GaN 器件市場規模（億元） 資料來源：CASA Research，民生證券研究院 資料來源：CASA Research，民生證券研究院 6560220.8550191124514401002003004005006002017201820192020碳化硅氮化鎵050100150200250300350 2 IGBT 市場空間測算及國內廠商進展分析 2.1 IGBT 需求迎來快速增長期，新能源車是主要驅動力 IGBT 在功率器件中的市場空間僅次于 MOSFET， 受益于下游新能源發電、 電動車的快速普及，行業空間快速成長，且當前工藝仍在快速更新，國內廠商市場份額較低且

41、正在快速追趕海外龍頭的技術水平， 具備極佳的國產替代前景， 因此我們將就IGBT市場空間進行詳細拆解和分析。 據測算，中國 IGBT 市場空間有望在 2025 年達到 584 億元，相比于 2020 年 CAGR 增速達到 22.8%。2025 年國內 IGBT 需求格局中，新能源汽車、光/風/儲能、工控、家電、軌交電網五大場景市場空間有望分別達到 231 億元、197 億元、66 億元、66 億元和 11 億元。 新能源汽車有望成為國內 IGBT 最大且增速最快的應用場景。據測算，至 2025 年國內新能源車用 IGBT 市場有望達到 231 億元， 5 年 CAGR 增速達到 48%， 占

42、國內 IGBT 總需求的 40%。同時，新能源汽車用 IGBT 由于性能、穩定性要求較高，毛利率達到 35%-40%，可謂功率器件“兵家必爭之地” 。 表 4：2020-2025 年中國 IGBT 需求測算（億元） 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 5 年 CAGR 毛利率 新能源汽車 32.64 76.25 125.98 159.08 187.99 231.44 47.96% 35%-40% 光伏、風電、儲能 67.91 64.57 90.72 115.70 151.10 197.17 23.76% 35% 工控 49.47 52.60 55.30 58.

43、54 62.17 66.02 5.94% 25% 家電 46.30 50.44 54.77 58.72 62.24 66.12 7.39% 25% 軌交電網 8.06 8.49 8.99 9.55 10.21 10.97 6.36% 45% 其他 4.17 5.15 6.85 8.20 9.67 11.67 22.84% - 合計 208.55 257.50 342.61 409.79 483.37 583.39 22.84% - 資料來源：Wind，中電聯，GWEC，Wood Mackenzie.，CPIA，Yole，民生證券研究院測算 2.2 新能源車成為 IGBT 需求增長的最大來源 2

44、.2.1 新能源車相比燃油車的功率半導體單車價值量有較大提升 汽車電動化帶來內部功率半導體應用場景快速增加。 傳統燃油車中的功率半導體主要用于輔助驅動系統，而新能源車汽車中功率半導體的應用場景涵蓋牽引逆變器、OBC、高低壓輔助驅動系統、DCDC 模塊、充電樁等。新能源車用功率半導體的品類和數量相較傳統燃油車均有較大提升。 車用功率半導體相較于工業級功率半導體的性能要求同樣存在差異。 工業級功率半導體產品品類多、標準化程度高、應用環境復雜、失效率要求相對較低、產品生命周期較短；而汽車級功率半導體產品品類相對較少，但定制化程度高、高溫和振動性能要求較高、失效率要求嚴格、產品生命周期要求更長。 圖

45、21：功率半導體在新能源汽車上的應用 圖 22：汽車級和工業級功率半導體性能要求 資料來源：英飛凌，安森美，民生證券研究院 資料來源：民生證券研究院整理 相較于傳統燃油車，新能源汽車的功率半導體單車價值量有顯著的提升，新能源車單車功率器件的用量主要和車的功率大小、電氣化程度相關。一般而言，新能源車的功率越大，電氣化程度越高，單車功率半導體價值量越大。根據英飛凌數據，新能源汽車的單車功率半導體價值量可達到 400 美元，約為傳統燃油車的 5 倍。據我們測算，隨著單車功率器件價值量的提升和新能源車的逐步滲透，國內新能源車用 IGBT 市場空間有望在 2025 年達到 231 億元，為 2020 年

46、的 7 倍。 圖 23：不同新能源車型功率半導體單車價值量（美元） 圖 24：國內新能源車用 IGBT 市場空間預測（億元） 資料來源：英飛凌，民生證券研究院 資料來源：Wind，中電聯，GWEC，Wood Mackenzie.，CPIA，Yole，民生證券研究院測算 1、牽引逆變器 牽引逆變器是新能源汽車的核心功率器件，主要為汽車提供扭矩和加速度。常見的牽引逆變器功率水平在 40kW-150+kW，運行電流達到 1000A，額定工作電壓為 600V-1200V。為了適應大功率、高壓和大電流的工作環境，新能源車牽引逆變器通常采用 IGBT、SiC 等產品。 從價值量來看，不同車型的牽引逆變器價

47、格區間較大，A00 級車型單車 IGBT 價值量在 600元，而高端車型可達到 3000-4000 元以上。 0100200300400500600700800900燃油汽車48V MHEVFHEV/PHEV其他傳感器增加價值量MCU增加價值量功率半導體增加價值量燃油汽車半導體用量32.64231.4405010015020025020202025ECAGR增速48% 圖 25：新能源車牽引逆變器電路圖 資料來源：安森美，民生證券研究院 2、OBC 模塊 車載功率模塊的功能主要為將外部提供的交流電， 轉換成新能源車電池充電所需的穩定高壓直流電。OBC 的工作功率范圍通常在 3.3kW-22kW

48、 之間，并且能夠為汽車主電池提供 800V 以上的電壓。OBC 中主要用到功率半導體的模塊包括整流模塊、功率因數校正模塊和 DCDC 模塊（內含初級側 DCDC 和二次整流模塊） 。OBC 可以進一步細分為單相 OBC 和雙向 OBC 兩種類型，雙向 OBC 具有反向充電功能。當前 OBC 采用的主流功率器件為 IGBT、MOSFET 和二極管，而 SiC 器件由于具有更低的開關損耗，更高的開關速度和更高的工作溫度，也在逐漸進入OBC 應用領域。 圖 26：新能源車 OBC 模塊電路圖 資料來源：安森美，民生證券研究院 3、高低壓輔助驅動系統 高低壓輔助驅動系統和主牽引系統類似，核心部件均為逆

49、變器，但輔助驅動系統主要電動水泵、渦輪增壓機、電動冷卻風扇等輔助電機系統提供三相交流電源，因此具有相對較低的額定電壓和電流水平。以安森美 ASPM 模塊為例，其核心部分主要由 6 個 IGBT 組成的三個半橋模塊 構成。輔助驅動系統常用的功率器件類型包括 MOSFET、IGBT 和 SiC 器件等。 圖 27：安森美用于新能源車高壓輔助驅動系統的三相智能功率模塊拓撲圖 資料來源：安森美，民生證券研究院 4、DCDC 模塊 新能源車用 DCDC 模塊主要是為了將主電池中 400V 或 800V 的高壓電流轉換成 12V 的低壓電流，為動力轉向系統、空調冷機等其他輔助系統系統所需的電力。DCDC

50、模塊的常用功率水平為 1kW-3kW，高壓側穩定電壓為 650V-1200V，低壓側額定電壓為 40V，常用的功率器件包括 MOSFET、IGBT、二極管和 SiC 器件等。 圖 28：新能源車 DCDC 模塊電路圖 資料來源：安森美，民生證券研究院 5、充電樁功率模塊 由于直流充電樁需要整流，并且具有更高的工作電流和功率，因此使用功率半導體價值量較大的主要是直流充電樁。直流充電樁中主要用到功率器件的模塊包括整流模塊、功率因數校正模塊和 DCDC 模塊， 目前直流充電樁中用到的功率器件主要包括 650V-1200V 的二極管、 IGBT 和SiC 器件等。 圖 29：直流充電樁電路拓撲圖 資料