（以下报告出品方/作者：中信建投证券/刘双锋，范彬泰）
一、物联网驱动的电动化和智能化带来功率半导体新周期（一）复盘 2020-2021 年功率半导体周期：涨价与隐忧
2019 年底开启的 5G 手机渗透率提升成为全体半导体行业需求动能的来源，市场对付 5G 手机在未来几年 的强劲增长充满信心，但是进入 2020 年环球范围内涌现新冠疫情，5G 手机的需求爆发被按下了停息键。随着疫情的进一步发展，居家办公带来了远程做事器的巨量需求，沉寂十年的笔电市场迎来大幅增长，同时双碳政 策推动下，海内电动车的高速发展进一步刺激了对付功率半导体的需求。在需求端一片向好的增长趋势下，芯片供给端由于受到疫情的影响大幅缩水，环球功率半导体封测重镇马来西亚无限期封城无疑对功率半导体行业 雪上加霜。
由于功率半导体供需错配，本来产品价格较低的功率器件在晶圆厂产能供给的优先权就比较低，晶圆产能 供给紧张的时候代工和封测本钱端大幅上升，各大功率半导体厂商纷纭大幅上调产品价格，估量行业均匀价格 涨幅超过 20%，部分产品乃至价格上涨了 7-8 倍。根据我们对付 2020-2021年这一轮周期的复盘，行业均匀毛 利率在 2021 年 Q3 创近十年历史新高，行业靠近 29%的增速高点也远超上一轮周期的增速高点。但是疯涨的功率半导体行情也让市场对付 2022 年的价格回调压力充满担忧，大家对付 2018 年 Q4 开始的下行周期中价格下跌的惨烈仍历历在目，尤其是消费类干系的功率半导体价格，2022 年跌价压力较大。
（二）功率半导体下贱运用全面着花，电动车和光伏/风电新能源领域需求激增
在环球分立器件的下贱需求中汽车占比最高，达到 35%旁边，海内市场中汽车行业对付分立器件的用量占比为 27%。以 MOSFETs 为代表的中低压分立器件广泛运用于汽车的电动天窗、雨刮器、安全气囊、后视镜等 领域，纯电汽车的车载充电机（OBC）、DC-DC 转换器对付 MOSFETs的需求进一步增加。其余汽车车灯转为 LED 大灯往后，MOSFETs 的需求量从原来每个车灯须要 1 颗增加至 18 颗，很多造车新势力热衷的车顶和侧边 渐变玻璃对付 MOSFETs 的需求也在增长。
传统燃油车中仅有少量的 IGBT 单管用于发动机点火器，纯电汽车的动力系统转为电池往后，IGBT 模块成 为电驱系统中逆变器的标配，此外新能源汽车在车载充电机（OBC）、DC-DC 升压器、电空调驱动也须要用到 IGBT 单管。根据家当链调研与我们测算，四驱版本的纯电车型前后双电机各须要 18 颗 IGBT，车载充电机须要 4 颗，电动空调 8颗，合计一台电动车须要 48 颗 IGBT 芯片。
根据 Strategy Analytics 测算，传统燃油车功率半导体用量仅为 71 美元，48V 轻混车型功率半导体代价量增值至 90 美元，而纯电车型的功率半导体用量增幅高达 364%，大幅上涨至 330 美元。
双碳政策下，以光伏和风电为代表的新能源发电的装机量大幅增长，太阳能发电中 DC-DC 直流转换器和 光伏逆变器均须要用到 IGBT 作为功率开关。个中逆变器的效率很大程度上取决于设计利用的元器件，元器件 的性能可以由功率损耗来衡量，功率损耗分为导通损耗和开关损耗。相较于 MOSFETs 而言，IGBT 适用于较低 开关频率和大电流的运用，大电流下 IGBT 的导通损耗比 MOSFET 更低，MOSFET 有能力知足高频、小电流的运用，具有更低的开关损耗，更适宜开关频率在 100KHz 以上的逆变器模块。
从逆变器种别来看，由于微型及单相逆变器功率较小，一样平常采取 IGBT 单管方案为主，高功率三相逆变器 则采取 IGBT 模块，低功率三相逆变器则两种方案都有采取。目前集中式光伏逆变器本钱在 0.16-0.17 元/W，组 串式光伏逆变器本钱在 0.2 元/W 旁边，总体光伏逆变器本钱在 0.2 元/w，IGBT 模块占光伏逆变器的本钱比例约 为 15%，每 GW 对应功率半导体的代价量约为 0.3 亿-0.4 亿元。
除了电动车和光伏发电两大驱动力以外，智能家居中也大量用到功率半导体的分立器件，比如多功能扫地 机器人。在一个扫地机中，可能会有不同的部分用到这样的功率分立器件：无线充电、电池管理系统、音频放大器、吸尘器、清洁系统电机掌握、移动电机掌握等，由于功能不同，所须要的 MOS 也不尽相同，大约在 2-6 颗不等。
（三）功率半导体行业竞争格局
环球功率半导体行业市场规模在 2019 年达到 464 亿美元，相较于上一轮高景气周期的 2018 年同比下滑 3.53%。2020 年和 2021 年在疫情影响环球进入“居家办公模式”，做事器和 PC 的强劲复苏叠加高景气的电动车 和新能源发电需求刺激，功率半导体行业迎来拐点。SIA 估量 2021 年环球半导体的发卖额将达到 5530 亿美元， 创下新高，同比增长 25.6%，环球功率半导体龙头厂商英飞凌 Infineon，恩智浦 NXP，意法半导体 STM，安森 美 ON semi，2021 年前三季度分别发展 32.5%，31.43%，31.8%和 28.5%，我们估量环球功率半导体的行业增速 估量在 2021 年有望达到 30%，市场规模将靠近 600 亿美元。从环球功率半导体分立器件需求构造来看，汽车是 需求最大的领域，占比达到 35%，其次是工业和消费电子领域，需求占比分别为 27%和 13%。
从产品形态分类，功率半导体可以分为分立器件、模组和功率 IC 三大种别，一类是分立器件指单管，即 1 颗芯片加上封装外壳，第二类是模块，把几个单管和特定功能的电路封装在一起构成模块，第三类便是功率 IC， 包括互换直流转换器 AC/DC，直流-直流转换器 DC/DC，电源管理 IC 和驱动 IC。2019 年分立器件/模组与功率 IC 的市场规模分别为 224 亿和 240 亿美元，个中英飞凌是分立器件和模组市场当之无愧的环球龙头，市占率高 达 19%，美国功率半导体大厂安森美市占率为 8.4%，功率 IC市场霸占率最高的是德州仪器 TI，市场份额为 16%，其次是英飞凌和 ADI，占比分别为 7.7%和 7.2%。
根据 Omdia 的统计，2019年海内功率半导体市场规模约为 177 亿美元，约占环球市场需求的 38%，2020年随着半导体行业复苏进入新一轮高增长周期。目前海内功率半导体分立器件厂商营收规模最大的是闻泰科技收购的安世半导体，2020 年营收达到 96.4 亿元公民币，2021 年大幅发展 53.3%，功率半导体营收增至147.8 亿 元。
我国本土 IDM 厂商中功率半导体营收规模最大的厂商是华润微电子，2020年公司功率半导体营收达到 28 亿元，估量 2021 年营收同比增长 49.3%，超过 41 亿元公民币。Fab-less 模式为代表的 MOSFET 厂商无锡新洁 能和 IGBT 模组厂商嘉兴斯达半导在2021 年实现了更快的发展，2021 年营收两者估量将分别大增 64.8%和 71.6%。前十大海内功率半导体厂商 2021 年营收规模合计达到 362.5 亿元，同比发展57.4%，相较于海内集成电路家当 2021 年前三季度 16.1%的发展速率，显示了功率半导体家当超预期的复苏态势。
海内紧张的功率半导体厂商以分立器件为主，包括二极管、整流管、MOSFETs 等，二极管三极管属于基本 的电子元器件，这些年技能迭代较慢，价格也比较低廉，行业壁垒较低。肖特基二极管因此其发明人肖特基博 士（Schottky）命名的，与 PN 二极管不同，肖特基二极管不是利用 P 型半导体与 N 型半导体打仗形成 PN 结 事理制作的，而是利用金属与半导体打仗形成的金属－半导体势垒事理制作的。肖特基二极管多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，例如手机和手持设备适配器、彩电的二次电源整流、高频 电源整流等运用。近年来随着手机等手持设备电源适配器等快充电源小型化的市场变革，传统肖特基已不能够 知足低导通电压的需求，采取沟槽构造的 TMBS将成为肖特基产品的技能主流。
功率 MOSFET 是 70 年代在经典 MOSFET 的根本上发展而来的，紧张作为功率电子开关利用。不同于经典 MOSFET，功率 MOSFET 重点提高了功率特性，尤其是增加器件的事情电压和事情电流。功率 MOSFET 环绕 如何办理耐压和功耗之间的抵牾产生了许多新的工艺构造，从 LD MOSFET 构造起步经历了 VV MOSFET，VU MOSFET，VD MOSFET，SJ MOSFET（超结）,Trench MOSFET（沟槽型）, SGT MOSFET（屏蔽栅）。
沟槽型 MOSFET，紧张用于低压（100V）领域；SGT（Shielded Gate Transistor，屏蔽栅沟槽）MOSFET，紧张用于中 低压（200V）领域；SJ-MOSFET，即超结 MOSFET，紧张在高压（600V-800V）领域运用。SGT MOSFET（Shield Gate Trench MOSFET）是一种新型的功率半导体器件，SGT 工艺比普通沟槽大略，开关损耗小。再加上 SGT 比普通沟槽工艺挖掘深度深 3-5 倍，可以横向利用更多的外延体积来阻挡电压，这也使得 SGT 的内阻比普通 MOSFET 低 2 倍以上，以是 SGT MOSFE 作为开关器件运用于新能源电动车、新型光伏发电、节能家电等领域 的电机驱动系统、逆变器系统及电源管理系统，是核心功率掌握部件。
目前海内功率半导体厂商浩瀚，产品线差异也比较大，营收规模较大的厂商主力产品是 MOSFETs，随着电 动车和光伏、风电等新能源发电领域对付 IGBT 的大幅需求增长，各个厂商开始逐步将产品线扩展至 IGBT，部分龙头厂商已经开始布局第三代半导体 SiC 衬底的功率 MOSFET。根据我们的统计，目前海内涵功率半导体产品布局最完善的厂商是闻泰科技旗下的安世半导体，首先公司 主力产品线覆盖了晶体管（包括保护类器件 ESD/TVS 等）、Mosfet 功率管、仿照与逻辑 IC 三大领域，小型号 MOSFET 居于环球排名第二，公司汽车类 POWER MOSFET 估量市场地位仅次于英飞凌。其次公司通过提高研 发投入进一步加强了在中高压 Mosfet、化合物半导体产品 SiC 和 GaN 产品布局，同时收购英国 Newport 晶圆厂 100%股权，得到了 4000 片/月的 IGBT 产能，目前公司汉堡工厂已经开始搬入碳化硅设备，估量 SiC MOSFET 新品在 2022 年量产。
在 MOSFET 领域，新洁能和华润微在沟槽 MOS，屏蔽栅 SGT-MOS 和超结 SJ-MOS 等高附加值的产品具 备技能领先上风，新洁能是海内率先节制超结理论技能，并量产 SGT MOSFET 及超结功率 MOSFET 的企业 之一，是海内最早同时拥有沟槽型功率 MOSFET、超结功率 MOSFET、SGT MOSFET 产品平台的本土企业。中低压 MOSFET 基本上已经由国产厂商供应为主，SGT-MOSFET 的国产替代趋势已经比较明确，随着 5G、AI、 EV（电动汽车）等运用市场的发展，对付 SGT-MOSFET 的需求将持续增长。
在 IGBT 领域，比亚迪半导体和时期电气分别是海内供应新能源车规 IGBT 和轨交列车 IGBT 的龙头厂商， 先发上风明显，士兰微在在家电领域运用为主的 IPM 模块市场霸占明显上风，2021 年市占率靠近 10%，斯达半 导在 IGBT 模组领域积累多年，目前已经切入 IGBT 芯片的设计，车规级 IGBT 模块已经大批量出货。
（四）功率半导体行业供需剖析
假设 2030 年环球汽车销量达到 1 亿辆，如果 50%的燃油车更换为电动车，对应约 5000 万辆电动车，按照 单车功率半导体代价量为 400 美元打算，估量环球车规功率半导体市场规模达到 200 亿美元，如果海内电动车 市场占环球的 50%，那么 2030 年海内车规功率半导体市场空间将达到 100 亿美元。存量市场 2021 年环球功率 半导体市场规模将增长至 441 亿美元，海内需求占环球市场份额的 36%，2021 年市场规模有望达到 159 亿美元， 未来十年按照 5%的复合增速测算，存量市场如工控和家电领域的需求在 2030 年将达到 239 亿美元。光伏领域对付功率半导体市场需求为 30 亿美元，加总往后估量到 2030 年海内功率半导体市场空间达到 369 亿美元，对 应 2500 亿公民币旁边的市场空间。
1 台新能源汽车均匀花费一片 8 英寸硅片，个中分立器件、IGBT 花费 0.4 片，DMOS 占 0.1 片，IC 占了 0.5 片，紧张是 MCU 和电源管理芯片，2021 年新能源汽车销量为 340 万台，同比增长 1.5 倍，估量 2022 年海内新 能源汽车销量达到 500 万辆，对应的增量需求为 160 万片 8 寸晶圆，折合 13~14 万片月产能，如果 2025 年海内 电动车销量达到 1000 万辆，对应增量需求为 54-55 万片月产能。
截止 2020 年 12 年环球晶圆产能约为 2082 万片/月（等效 8 寸），中国大陆晶圆产能占比为 15.3%，估量为 318.4 万片/月（等效 8 寸），海内紧张晶圆厂 12 寸产能约 100 万片/月，8 寸产线约为 115 万片/月。个中我们统 计海内所有功率半导体厂商新增产线的产能增量，估量 2022 年整年新增功率半导体产能为 18 万片/月（等效 8 寸），如果假设 2022 年海内新增电动车销量为 200 万台，环球新增 500 万台电动车，所须要对应约 250 万片 8 寸的年产能，对应须要新增 20.8 万片月产能，而环球功率半导体的新增产能险些都在中国，仅仅知足环球的电 动车的需求新增供给尚且不足，如果考虑光伏须要的产能则供应缺口进一步增加。
二、电动车大时期：IGBT 厂商 IDM 为王在新能源汽车中，IGBT 紧张运用于电机驱动掌握系统、热管理系统、电源系统等，详细功能如下：在主 逆变器中，IGBT 将高压电池的直流电转换为驱动三相电机的互换电；在车载充电机中，IGBT 将互换电转化为 直流电并为高压电池充电；在 DC-DC 变换器中，IGBT 将高压电池输出的高电压转化成低电压后供汽车低压 供电网络利用；此外，IGBT 也广泛运用在 PTC 加热器、水泵、油泵、空调压缩机等辅逆变器中，完成小功率 DC-AC 转换。（报告来源：未来智库）
（一）电动车爆发带来 IGBT 需求激增
1、电驱逆变器中的 IGBT
电驱系统是纯电汽车的核心，可以理解为传统燃油车的发动机，紧张包含了逆变器（Inverter），减速器 （Gearbox）和电机(Motor)。逆变器中的电子电力掌握器件如 IGBT/SiC MOSFET 将电池中的直流电转逆变为交 流电传送到三相电机，电机从 0rpm/min 开始输出峰值扭矩，但当电机转速高于恒扭矩区间时，电机扭矩就会有 所低落，以是这时就须要减速器的参与，减速器通过多级齿轮的传动即可实现降落转速、提升扭矩的效果，从 而知足车辆高速行驶时对扭矩的需求。电驱系统未来的发展趋势是高度集成化，目前主流的电驱采取三合一的 集成电驱，如果按照 2021 年 340 万台电动车的出货量测算，我们估量海内电驱市场容量为 221 亿元旁边。
常日我们将互换转换为直流称为整流，反过来直流转换为互换则称为逆变，电动车的逆变器承担的核心职 能是将动力电池输出的直流电转换为互换电供驱动电机利用。纯电动汽车上的逆变器位于电机掌握器（MCU 内）， 除了逆变器外，还有掌握器一起组合在 MCU 内，MCU 是全体动力系统的掌握中央。掌握器是接管驱动电机的 需求旗子暗记，当车辆制动或者加速时，掌握器掌握变频器的频率升降使汽车行驶。逆变器接管动力电池输出的直 流电能，逆变成三相交流电供应给电机运转，在电动汽车制动过程中又起到制动回收电能的浸染。
逆变器内部是由 6 个 IGBT 组成。电动车的功率半导体代价增量大部分来自 IGBT 模块，单 车 MOSFETs 才 400 元旁边的代价量，1 个 IGBT 模块大概是 1000 元旁边，目前 A0/A00 级电动车用 1 个逆变器， 1 个 IGBT 模块，如果是四驱的电动车一样平常采取 2 个模块，代价量为 2000 元旁边，大巴车用 3 个模块，3000 旁边，以是 IGBT 均匀单车代价量在 2000 元公民币。
2、车载 OBC 用到的 IGBT
车载充电机是指固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力， 充电机依据电池管理系统（BMS）供应的数据，能动态调节充电电流或电压参数，实行相应的动作，完成充电 过程，常日车载充电机作为一个节点，挂在 CAN 总线上，通过 CAN 与整车掌握器交流数据。充电器有许多 不同的功率等级，功率等级越高，充电韶光就越短。这些充电器须要大量的互换电源，根据车载充电器的设计， 由单相或三相电源供电。依据环球可用的范例互换电源，已发展出四个通用功率等级，3.3kW 和 6.6kW 充电器 已成为基本构建块用于所有功率等级的充电器。11 kW 和 22 kW 充电器都是将三个单相单元结合起来，每个单 元运行三相中的一相。
来自电网的互换输入源被滤波、整流并馈送到一个多相 PFC 电路中。PFC 电路是开关电路，卖力掌握输入 正弦波的导通周期，以调节使输入电流与输入电压同等。这种电压-电流调节对互换电源产生一个高功率因数， 且须要通过大多数电力公司的调节。这过程分几个阶段，将传导损耗分散到一组更广泛的器件上。下一个模块 利用 H 桥转换器来降落直流电压，并将其传送到变压器的输入端。该块常日采取谐振 LLC 电路设计，且对变压 器施加的电压大小的掌握使对电池功率的调节更大略。末了，对变压器的输出进行整流、滤波和连接到高压电 池。代价量方面，以 6.6KW 慢充为例，大概须要 20 多颗 IGBT 和 MOSFET 分立器件，总体本钱在 300 元以下。
3、充电桩中的 IGBT 模块
充电桩按充电能力不同可以分为互换慢充和直流快充两大类，以处理不同的用电场景。一级充电桩是120 V、 输出 15 A 或 20 A 的互换充电桩，每充电 1 小时增加约 4 至 6 英里里程。二级充电功率有 3.3 kW、6.6 kW、9.6 kW、19.2 kW 四种功率级别，适用于输出电流分别达 20 A、20 A、50 A、100 A 的 240 V 互换电源插座。直流 快速充电(DCFC)桩的输入电压为 440 V 或 480 V，能在 30 分钟内充到 80%旁边，用于公共充电桩。
充电桩将由现在主流的 60 kW、90 kW 发展到将来的 150 kW、240 kW，相应地充电桩电源模块将由现在的 15 kW、20 kW、30 kW 提高到将来的 40 kW、50 kW、60 kW，以缩短充满电的韶光。例如，210 kW 电动汽车 充电点由 14 个 15 kW 模块组成，每个 15 kW 的电池充电器模块都是由 3 相交流 380 V 输入，经由 3 相 Vienna 功 率因数校正(PFC)后，电压升高到 800 V 直流电压，再经由高压 DC-DC 输出 250 V 至 750 V 直流电压。
Vienna 整流＋LLC 构成了充电桩的基本电路。如果考虑设备本钱，利用 Si 基 IGBT 和超级结 MOSFET、 FRD（快规复二极管）方案更具本钱上风；如果须要高功率密度和高效率，碳化硅 MOS/SBD 方案更具性能优 势。PFC 部分更适宜利用碳化硅器件，情由有二：其一，高温时导通电阻增加较少，能实现高效率，同时可抑 制发热，利用更小的散热板；其二，碳化硅器件的规复损耗非常小，开关损耗较小，能够提高事情频率，有助 于输入线圈的小型化。作为硅器件办理方案，Si 基的超级结 MOS 和 IGBT 也是不错的替代方案。代价量方面， 慢充 20KW 以内用半桥工业 IGBT，单桩代价量在 200 元以内，如果采取超级快充 100KW 以上，超大功率的充 电桩会采取 SiC 方案，本钱会成倍增加，整体代价量会提升至 1000 元以上。
（二）IGBT 市场需求构造和市场需求预测
1、估量 2021 年环球市场规模约为 76.8 亿美元，车规需求快速增长
2019 年环球 IGBT 市场规模估量在 64 亿美元，2020 年略有下滑至 60.47 亿美元，2021 年市场开始快速复 苏，估量 2021 年环球 IGBT 市场规模将同比增长 20%，将达到 76.8 亿美元。从市场构造来看，IGBT 紧张以 IPM 模块和 IGBT 模组形式为主，两者合计营收占比超过 76%，在分立单管和 IGBT 模块占比最高的是德国英飞凌， 市占率超过 30%，在 IPM 模块市场日本三菱市占率排在第一位，高达 32.7%。从 2020 年 IGBT 模块环球运用 占最近看，工业掌握占比 33.5%，是目前 IGBT 最大的运用领域，新能源汽车占比 14.2%。未来，汽车电动化、 智能化推动车规级 IGBT 成为增长最快的细分领域。
根据集邦咨询的统计，2018 年中国 IGBT 市场规模估量为 153 亿公民币，相较 2017 年同比增长 19.91%， 2020 年受益于新能源汽车和光伏、风电等新能源发电领域需求的大幅增长，我国 IGBT 市场规模持续增长，我 们估量 2025 年海内 IGBT 市场规模将增加至 592 亿元，2020 到 2025 年复合增速 CAGR 为 27%。从需求构造进 行剖析，2018 年海内 IGBT 需求占比最大的领域是新能源汽车，占比为 31%，紧随其后的是消费电子和工业控 制，市场规模占比分别为 27%和 20%。
2、新能源汽车发卖快速增长，带动海内 IGBT 厂商崛起
根据中汽协的统计，2021 年估量中国新能源汽车销量将达到 340 万辆，相较于 2020 年 137 万辆新能源汽 车的发卖，同频年夜增 148%。根据家当链调研，我们估量 2021 年国产厂商配套的新能源汽车占比提升，个中斯 达半导体配套汽车辆为 50 万套，占比 15%，比亚迪半导体紧张配套同一集团旗下的比亚迪车型，根据公司 2020 年产能为 40 万套估量在车载 IGBT 市场占比 12%，随着中车时期电气一期产能的满产，估量配套电动车约 24 万辆占比 7%，特斯拉发卖预估在海内发卖量为 40 万，占比 12%，特斯拉的车型紧张意法半导体供应 SiC 作为 逆变器的核心器件，英飞凌作为海内车载 IGBT 龙头厂商估量连续保持靠近 50%的市占率，其他德国和日本的 厂商供应占比约为 13%。
2021 年 10 月开始，环球汽车领域缺芯情形逐渐缓解，我们估量 2022 年海内新能源汽车销量有望超过 500 万辆达到 550 万辆，同比发展 62%。通过我们的家当链跟踪与调研，海内厂商 IGBT 产线在 2021 年底相继投入 量产，估量 2022 年海内车载 IGBT 芯片市场格局将发生较大的变革。首先是市占率提升最明显的估量是中车时 代电气，由于公司月产能 2 万片的 8 寸线在 2021 年底已经投产，满产能够供应 200 万辆新能源汽车所需的 IGBT 模块，拉平整年预估公司车载 IGBT 配套的汽车为 106 万辆，市占率从 7%提升至 19%，其次是士兰微由于 12 寸 IGBT 产线投产，估量明年有望配套 20 万辆旁边电动车，市占率达到 4%。美国安森美估量在 2022 年配套约 20 万辆旁边的电动车，市占率估量为 4%。比亚迪和意法半导体的市占率估量将保持稳定，斯达和英飞凌的占 比将涌现下滑。
3、IGBT 国产替代加速进行，2025 年市场空间将 500-600 亿
从投资功率半导体的角度，我们更看好的是 IGBT 领域的布局，一方面 MOSFET 的技能相对成熟，另一方面便是电车的增量功率需求也紧张是 IGBT。2019 年到-2020年海内新能源汽车发卖规模为 120-130 万台，增速 相对平稳，2021年海内新能源汽车销量达到 340 万台，按照单车功率半导体代价为 3000 元打算，对应约 102 亿旁边的车载 IGBT 市场规模。估量到 2025年海内新能源汽车发卖量将达到 1000 万台旁边，对应需求空间约 为 300 亿旁边（不考虑 SiC 对付 IGBT 的替代）。
光伏市场今年按照 200GW 的装机量测算，估量市场规模为 50亿公民币旁边，估量 2025年光伏逆变器装机量将达到 400GW 旁边，对应市场需求将达到 110 亿公民币。存量 市场紧张是工业，家电和燃油车领域用到的 IGBT 需求，估量 2021 年市场规模约为 150 亿，工控领域占比较高， 估量为 100 亿公民币，如果未来 5年工控领域带动存量的IGBT 市场按照每年 5%旁边的复合增速发展，估量 2025 年将达到 182 亿公民币。综合存量市场的工业和家电需求，加上高速增长的车载和光伏对付功率半导体的需求 大幅增长，估量到 2025年海内功率半导体市场规模将达到 592.3 亿元。2021 年车用 IGBT 才 60 亿规模，光伏 逆变器用 IGBT50 亿规模，乐不雅观来看，车用 IGBT 增长空间还有 5 倍，光伏还有 2 倍，合计还有四倍的增长空间。
（三）IDM 模式终极胜出，家当链各个环节的竞争力综合表示
IGBT 下贱的需求紧张集中在汽车、工业掌握和家电等领域，不同于 MOSFET 多以分立器件形式运用为主， IGBT 则以更常见的形式如 IGBT 模块和 IPM 模块广泛运用于汽车和家电终端产品，尤其是汽车工业在欧洲、 日本和美国更为发达，以是 IGBT 芯片市场紧张被德国英飞凌，日本罗姆、三菱以及美系大厂安森美和 ST 意法 半导体等厂商掌握。由于 IGBT 芯片从晶圆生产到芯片封测以及模块封装一样平常都是采取 IDM 模式，以是 IGBT 模块供应商也紧张由芯片厂商供应。IGBT 模块是电动汽车逆变器的核心元器件，以是博世、电装、德尔福等 Tier1 汽车零部件集成厂商会采购 IGBT 模块生产电驱系统供给下贱的汽车主机厂，此外也有部分海内的主机厂 如长城汽车、长安汽车、奇瑞和蔚来自主生产逆变器。
海内电动车销量霸占环球电动车市场的半壁江山，但是由于疫情影响，欧美 IGBT 大厂外洋工厂产能利用 率较低，英飞凌车载 IGBT 均匀交期在一年以上，海内汽车主机厂由于缺芯影响严重制约汽车发卖。海内自主 品牌厂商作为电动车的主力军，率先导入国产 IGBT 芯片产品，这给了国产 IGBT 芯片崛起的历史性机遇。
比亚迪作为海内电动车的龙头企业，旗下比亚迪半导体在 2008 年收购宁波中玮的 IDM 晶圆厂开始进入 IGBT 芯片家当链，2012 年导入比亚迪电动车，2015 年自研 IGBT 开始上量，2020 年宁波产线具备 40 万 套电动车 IGBT 模块的配套能力，2021 年收购济南富能 8 寸产线，新增年产能可配套新能源汽车需求约 90 万辆，合计配套 130 万量。
中车时期电气是海内轨交、电网高压 IGBT 芯片龙头厂商，2012 年收购英国的丹尼克斯开始进入 IGBT 芯 片的生产与研发。2017 年开始从 6500V、7500V 高压领域扩展至 650V、750V 和 1200V 的车规级 IGBT 模 块市场，2018 年开始导入大巴车、物流车和 A00 级车，2019-2021 年芯片设计改版后已经成为海内首家突 破 A 级车 IGBT 芯片的厂商，同时与汇川等 Tier1 厂商也保持紧密互助。公司此前有一条月产能为 1 万片 的 8 英寸产线，2021 年底二期月产能为 2 万片的 8 寸线投产，估量可以配套约 200 万辆新能源车 IGBT 模 块，凭借 IDM 厂商的产能上风有望在 2022 年得到车载 IGBT 芯片较大的市场份额。
斯达半导 2008 年开始进入 IGBT 芯片市场，最开始也从英飞凌购买芯片，2015 年涌现了切入 IGBT 芯片生 产的机会，2015 年英飞凌收购 IR（International Rectifier）将其芯片研发团队终结，该团队成为了斯达半导 体芯片研发团队，2016 年开始推广自己的芯片，目前公司产品已经在大巴车、物流车和 A00 级电动车上有 所运用，2020 年公司生产的车载 IGBT 模块配套约 20 万辆新能源车，估量 2021 年配套车辆将增加至 50 万套。
士兰微在家电领域的 IPM 模块出货量上风明显，2020 年 IPM 模块出货量约 1800 万颗，2021 年上半年出货 量大增 150%，已经占环球 10%的出货量，公司从家电切入车载 IGBT 领域，目前已经有 A00 级别客户如 零跑和菱电开始采取士兰微的车载 IGBT 模块。由于公司 IDM 的模式，产品迭代非常快，迭代一版产品历 时只有 3 个月，而 Fabless 厂商则须要 6 个月以上。目前士兰微的 A 级车 750V 模块性能处于行业领先，输 出功率可以达到 160kw-180Kw，公司 12 寸的晶圆厂已经投产，估量年底可实现月产能 3.5 万片的产能目标。
（四）IGBT 供给紧平衡，2022 年家当进入爆发期
我们认为 2022 年海内 IGBT 家当进入爆发期，国产 IGBT 厂商在车载 IGBT 领域的替代进程会加速。一方 面海内新能源汽车 2022 年销量预期都比较乐不雅观，市场预期均匀增速在 50%以上，但是国外 IGBT 芯片厂商如英 飞凌和安森美等大厂的交期均匀都在一年以上，同时外洋如欧洲和美国的电动车市场也开始进入高速增长期， 这些国际大厂会优先保障本土供应。在供需偏紧的情形下，国产 IGBT 厂商对付海内电动车主机厂而言成为了 最主要的芯片供应保障，而且时期电气、士兰微和华虹半导体等厂商的 IGBT 产能已经在 2021 年底相继投产， 有望成为 IGBT 芯片国产化最受益的厂商。对付海内的 IGBT 厂商而言，最受益的厂商还是以 IDM 模式为主的 厂商，如比亚迪半导体，时期电气和士兰微。
我们认为市场对付 IGBT 芯片供给大幅开出往后导致 IGBT 芯片市场竞争加剧的担忧大可不必，我们梳理 了海内明年新增的 IGBT 产能，如果拉平 2022 年整年的 IGBT 供应增量，估量为 5.04 万片/月，如果考虑良率 等问题，估量实际产能不敷 4 万片/月，对付明年 200 万辆电动车的 IGBT 芯片花费量就达到 2-3 万片/月，如果 再考虑光伏和风电等领域用到的 IGBT 芯片，估量产能供应相对偏紧张。
三、碳化硅新天下：衬底成为家当链最主要的环节（一）碳化硅器件优秀性能带来全新替代需求
1、SiC 与 IGBT 性能比拟
相同规格的碳化硅基 MOSFET 和硅基 MOSFET 比较，导通电阻降落为 1/200，尺寸减小为 1/10；相同规格的 利用碳化硅基 MOSFET 的逆变器和利用硅基 IGBT 比较，总能量丢失小于 1/4。由于碳化硅器件具备的上述优 越性能，可以知足电力电子技能对高温、高功率、高压、高频及抗辐射等恶劣事情条件的新哀求，从而成为半 导体材料领域最具前景的材料之一。详细比拟如下：
① 能量损耗低。SiC 模块的开关损耗和导通损耗显著低于同等 IGBT 模块，且随着开关频率的提高，与 IGBT 模块的损耗差越大，SiC 模块在降落损耗的同时可以实现高速开关，有助于降落电池用量，提高续航里程，解 决新能源汽车痛点。
② 更小的封装尺寸。SiC 器件具备更小的能量损耗，能够供应较高的电流密度。在相同功率等级下，碳化硅 功率模块的体积显著小于硅基模块，有助于提升系统的功率密度。
③ 实现高频开关。SiC 材料的电子饱和漂移速率是 Si 的 2 倍，有助于提升器件的事情频率；高临界击穿 电场的特性使其能够将 MOSFET 带入高压领域，战胜 IGBT 在开关过程中的拖尾电流问题，降落开关损耗和 整车能耗，减少无源器件如电容、电感等的利用，从而减少系统体积和重量。
④ 耐高温、散热能力强。SiC 的禁带宽度、热导率约是 Si 的 3 倍，可承受温度更高，高热导率也将带来功率密度的提升和热量的更易开释，冷却部件可小型化，有利于系统的小型化和轻量化。（报告来源：未来智库）
2、碳化硅器件得需求测算：电车和工业
SiC 器件利用第三代半导体材料碳化硅作为衬底，与同规格硅基器件比较，SiC 器件效率及耐温性更高，可 显著降落能耗，提高功率密度，减小体积，是下一代新能源汽车电机驱动掌握系统的空想器件，能进一步提高 新能源汽车的续航里程、百公里加速能力和最高时速。特斯拉的 Model3 的主驱动逆变器采取了 24 个 SiC MOSFET，每个模块有 2 个 SiC 裸晶(Die)共 48 颗 SiC MOSFET，总本钱约为 5000 元。比亚迪汉后驱三相桥 6 桥臂采取了 30 个 SiC MOS 模块，总本钱 7000 元。2021 年发布的新款车型中，蔚来 ET，小鹏的 G9，广汽埃安 的 LX 和长城的机甲龙均采取 800v 平台，从 400V 提升到 800V，一个别系用到 30-50 个 SiC 芯片，2 套驱动系 统的芯片量会增长更多。
新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体运用的组件包括：电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩。碳化硅功率器件运用于电机驱动系统中的主逆变器，能够显著降落电 力电子系统的体积、重量和本钱，提高功率密度。Wolfspeed 估量 2026 年车载 SiC 市场规模将从 2022 年的 16 亿美元增加至 2026 年的 46 亿美元。
除了新能源汽车领域，光伏发电、轨道交通、智能电网以及射频器件都可以采取 SiC 器件替代 IGBT 作为 电子电子掌握器件。利用碳化硅 MOSFET 或碳化硅 MOSFET 与碳化硅 SBD 结合的功率模块的光伏逆变器，转 换效率可从 96%提升至 99%以上，能量损耗降落 50%以上，设备循环寿命提升 50 倍，估量在组串式和集中式 光伏逆变器中，碳化硅产品估量会逐渐替代硅基器件。将碳化硅器件运用于轨道交通牵引变流器，能极大发挥 碳化硅器件高温、高频和低损耗特性，提高牵引变流器装置效率。估量工业领域的 SiC 器件市场规模估量从 2022 年的 6 亿美金增加至 14 亿美金。
3、功率半导体厂商纷纭发布碳化硅产品
比亚迪：比亚迪在 2020 年发布的比亚迪汉纯电动高性能四驱版成为海内首款采取自研 SiC 模块的车型，功 率密度提升了一倍，其 SiC 芯片采购自国外厂商。比亚迪半导体碳化硅 SiC 功率模块是一款三相全桥拓扑构造 的灌封全碳化硅功率模块，紧张运用于新能源汽车电机驱动掌握器，是环球首家、海内唯一实现在电机驱动控 制器中大批量装车的 SiC 三相全桥模块。根据公司公告显示，2020 年 SiC 模块发卖收入为 1.42 亿元，按照单价 1577 元测算，估量 2020 年发卖碳化硅模块 9 万个，2021 年上半年发卖收入达到 1.14 亿元，按照 1069 元单价 打算，2021 年上半年发卖碳化硅模块为 10 万个，估量整年销量将超过 20 万个。
华润微：本土功率半导体龙头厂商华润微在 2020 年 7 月份发布 SiC 二极管产品，2021 年实现小批量供货。2021 年 12 月 17 日，公司又宣告推出 1200V SiC MOSFET 新品，采取 Wolf Speed 的衬底，实现了碳化硅芯片的 国产化。华润微自主研发量产的新品 SiC MOS 单管，具有栅氧可靠性好、高电流密度、高开关速率、工业级可 靠性、Ron 随温度变革小等上风，紧张运用于新能源汽车 OBC、充电桩、工业电源、光伏逆变、风力发电等领 域。
时期电气：从轨交和电网高压 IGBT 切入新能源汽车功率半导体的时期电气在 2021 年底发布了海内首款基 于自主碳化硅芯片的大功率电驱产品- C- Power 220s。公司的 SiC MOSFET 芯片已经发展了 4 个代次，从第三代开始面向车规级运用，目前已经推出的 1200V/600A 的 SiC MOSFET 模块 S3 能够知足 120KW～200KW 功率 等级电驱需求，在 190KW 高输出功率条件下，逆变总损耗可以比硅基 IGBT 降落 54%，逆变效率从 97.%提升 至 98.77%。
（二）碳化硅家当链之咽喉：衬底
1、衬底行业概况：分类，家当链环节，代价量分布
SiC 衬底的原材料为高纯碳粉和高纯硅粉，在 2,000℃以上的高温条件下通过特定反应合成碳化硅粉。在特 殊温场下，采取成熟的物理气相传输法（PVT 法）成长不同尺寸的碳化硅晶锭，经由多道加工工序产出碳化硅 衬底。根据下贱终真个运用不同可以分为导电型和半绝缘型两类，导电型碳化硅衬底紧张运用于制造功率器件， 与传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上，需在导电型衬底上成长碳化 硅外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造各种功率器件。半绝缘型碳化硅衬底紧张运用于制造氮化镓射 频器件。通过在半绝缘型碳化硅衬底上成长氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片，可进一步制成氮化镓 射频器件。
在半导体运用中，SiC 紧张用于电力电子器件的制造。从 SiC 器件制造流程顺序来看，SiC 器件的制造本钱 中，SiC 衬底本钱占比 50%，SiC 外延的本钱占比 25%，这两大工序是 SiC 器件的主要组成部分。根据立昂微和 沪硅家当表露的招股书，一片 8 寸的硅外延片为 250 元旁边，一片 12 寸的硅外延片为 300-400 元旁边，而天科 合达和天岳前辈表露的 6 寸导电型 SiC 衬底和 4 寸半绝缘 SiC 衬底分别为 3000 元和 8000-9000 元，环球龙头 Wolfspeed 的 6 寸导电型 SiC 衬底价格高达 6000 元以上，如果完成外延加工估计达到 8000 元旁边。
SiC 器件本钱高的一大缘故原由便是 SiC 衬底制造困难，与传统的单晶硅利用提拉法制备不同，目前规模化生 长 SiC 单晶紧张采取物理气相输运法（PVT）或籽晶的升华法。这也就带来了 SiC 晶系统编制备的两个难点：
1、成长条件苛刻，须要在高温下进行。一样平常而言，SiC 气相成长温度在 2300℃以上，压力 350MPa，而 硅仅需 1600℃旁边。高温对设备和工艺掌握带来了极高的哀求，生产过程险些是黑箱操作难以不雅观测。如果温度 和压力掌握稍有失落误，则会导致成长数天的产品失落败。
2、成长速率慢。PVT 法成长 SiC 的速率缓慢，7 天才能成长 2cm 旁边。而硅棒拉晶 2-3 天即可拉出约 2m 长的 8 英寸硅棒。
此外 SiC 器件制造必须要经由外延步骤，外延质量对器件性能影响很大。SiC 基器件与传统的硅器件不同， SiC 衬底的质量和表面特性不能知足直接制造器件的哀求，因此在制造大功率和高压高频器件时，不能直接在 SiC 衬底上制作器件，而必须在单晶衬底上额外沉积一层高质量的外延材料，并在外延层上制造各种器件，目 前效率也比较低。其余 SiC 的气相同质外延一样平常要在 1500℃以上的高温下进行。由于有升华的问题，温度不能 太高，一样平常不能超过 1800℃，因而成长速率较低。
2、市场格局
环球碳化硅衬底市场紧张由美国和欧洲厂商掌握，根据 Yole 的统计，2018 年导电型碳化硅衬底市场中 CREE 占比为 62%，美国半导体材料大厂Ⅱ-Ⅵ市占率为 16%，海内厂商天科合达和山东天岳占比仅为 1.7%和 0.5%。半绝缘型衬底市场中 Wolf speed 市占率从 2019 年的 41%下滑至 32%，Ⅱ-Ⅵ半导体市占率从 2019 年的 27%上升 至 35%，两大龙头合计霸占近 70%的市场。山东天岳以半绝缘型衬底产品为主，2020 年市占率达到 30%，根绝 公司招股书表露 2020 年公司半绝缘型衬底 3.47 亿元营收测算，环球半绝缘型碳化硅市场规模仅为 12 亿元公民 币。2020 年 Wolf-Speed 营收为 4.71 亿美元，剔除 0.59 亿美元半绝缘型衬底的营收，估量导电型碳化硅衬底营 收规模约为 4.12 亿美元，假设 Wolfspeed 市占率在 2020 年靠近 50%，合计导电型碳化硅衬底市场规模约为 8.24 亿美元。综合来看，2020 年环球碳化硅衬底市场约为 10 亿美元，2021 年 Wolfspeed 营收增长 12%，估量 2021 年环球碳化硅衬底发卖规模增至 11.3 亿美元。
在功率半导体芯片市场，尤其是 IGBT 芯片市场的竞争已经从芯片设计延伸至中游的制造和下贱的模块封 装领域，然而进入到碳化硅时期，我们认为碳化硅功率半导体的竞争已经从芯片设计、中游制造和下贱封装进 一步向家当链上游的衬底和外延环节扩展。国际大厂很早就意识到了碳化硅之争的关键就在对付衬底资源的掌握权，早在 2009年日本罗姆就通过收购德国 SiC 衬底和外延片供应商 SiCrystal 实现了 SiC 器件研发的本色性 打破。2018年英飞凌收购了德国碳化硅晶圆切割领域的新锐公司 Siltectra，通过收购得到了一种称为“冷分裂 （Cold Split）”的材料切割技能，借助这种专有工艺可以高质量低本钱的加工晶圆和对晶圆进行减薄，尤其是对 于碳化硅这种超高硬度材料的切割上风非常明显。
2019 年 12 月，意法半导体以1.375亿美元现金从三安广电手中购得了瑞典 SiC 衬底和外延片制造商 Norstel AB，得到了 6 英寸 SiC 衬底和外延片的生产制造能力。2021 年 11 月 1日，安森美宣告耗资 4.15 亿美元对付美国碳化硅生产商 GTAT 的收购，通过外延收购衬底资产可以帮助 安森美减少对付 Wolfspeed 的原材料依赖。时至今日，功率半导体大厂基本上对付衬底资源的打劫战已经告一 段落，海内企业只有三安光电在这场衬底资源争夺战中有所斩获，曾转移了部分 Norstel AB 的专利到海内，才 得以完成海内首条从衬底、外延到器件的长沙 6 寸 IDM 产线。
（三）海内衬底家当链梳理
1、海内衬底厂商比拟
海内供应碳化硅衬底紧张厂商包括山东天岳、天科合达、三安光电、山西烁科与河北同光五家，目前在国 内市场发卖规模排在前三位的是山东天岳，山西烁科和天科合达。根据公开资料显示，发卖规模排在前三位的 碳化硅衬底发卖额分别为 3.5 亿（2020 年），3 亿旁边（2020 年），1.55 亿（2019 年）。比拟未来五家衬底产能 方案，2025 年产能最大的厂商是河北同光，估量月产能达到 5.83 万片，年产能达到 70 万片，满产后产值为 45-60 亿元。排在第二位的是三安光电，厦门三安和湖南三安两地合计碳化硅衬底产能在 2025 年将达到 4.2 万片/月， 山东天岳的碳化硅衬底月产能在 2025 年底将达到 3.5 万片紧随其后，个中 2.5 万片为导电型衬底，占公司总产 能比达到 71.4%。
