2019 年末敞开的 5G 手机浸透率进步成为整个半导体职业需求动能的来历，商场关于 5G 手机在未来几年 的微弱添加充溢信心，可是进入 2020 年全球范围内呈现新冠疫情，5G 手机的需求迸发被按下了暂停键。跟着 疫情的进一步开展，居家作业带来了长途服务器的巨量需求，沉寂十年的笔电商场迎来大幅添加，一同双碳政 策推进下，国内电动车的高速开展进一步影响了关于功率半导体的需求。在需求端一片向好的添加趋势下，芯片供给端因为遭到疫情的影响大幅缩水，全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职业 落井下石。
因为功率半导体供需错配，原本产品价格较低的功率器材在晶圆厂产能供给的优先权就比较低，晶圆产能 供给严峻的时分代工和封测本钱端大幅上升，各大功率半导体厂商纷繁大幅上调产品价格，估量职业均匀价格 涨幅超越 20%，部分产品乃至价格上涨了 7-8 倍。依据咱们关于 2020-2021年这一轮周期的复盘，职业均匀毛 利率在 2021 年 Q3 创近十年前史新高，职业挨近 29%的增速高点也远超上一轮周期的增速高点。可是疯涨的功率半导体行情也让商场关于 2022 年的价格回调压力充溢忧虑，咱们关于 2018 年 Q4 开端的下行周期中价格跌落的惨烈仍记忆犹新，尤其是消费类相关的功率半导体价格，2022 年贬价压力较大。
在全球分立器材的下流需求中轿车占比最高，到达 35%左右，国内商场中轿车职业关于分立器材的用量占比为 27%。以 MOSFETs 为代表的中低压分立器材广泛运用于轿车的电动天窗、雨刮器、安全气囊、后视镜等 范畴，纯电轿车的车载充电机（OBC）、DC-DC 转化器关于 MOSFETs的需求进一步添加。别的轿车车灯转为 LED 大灯今后，MOSFETs 的需求量从本来每个车灯需求 1 颗添加至 18 颗，许多造车新势力热心的车顶和侧边 突变玻璃关于 MOSFETs 的需求也在添加。
传统燃油车中仅有少数的 IGBT 单管用于发动机点火器，纯电轿车的动力体系转为电池今后，IGBT 模块成 为电驱体系中逆变器的标配，此外新动力轿车在车载充电机（OBC）、DC-DC 升压器、电空调驱动也需求用到 IGBT 单管。依据工业链调研与咱们测算，四驱版别的纯电车型前后双电机各需求 18 颗 IGBT，车载充电机需求 4 颗，电动空调 8颗，算计一台电动车需求 48 颗 IGBT 芯片。
双碳方针下，以光伏和风电为代表的新动力发电的装机量大幅添加，太阳能发电中 DC-DC 直流转化器和 光伏逆变器均需求用到 IGBT 作为功率开关。其间逆变器的功率很大程度上取决于规划运用的元器材，元器材 的功用能够由功率损耗来衡量，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 有才能满意高频、小电流的运用，具有更低的开关损耗，更适合开关频率在 100KHz 以上的逆变器模块。
从逆变器类别来看，因为微型及单相逆变器功率较小，一般选用 IGBT 单管计划为主，高功率三相逆变器 则选用 IGBT 模块，低功率三相逆变器则两种计划都有选用。现在会集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 左右，全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份额约 为 15%，每 GW 对应功率半导体的价值量约为 0.3 亿-0.4 亿元。
除了电动车和光伏发电两大驱动力以外，智能家居中也很多用到功率半导体的分立器材，比方多功用扫地 机器人。在一个扫地机中，或许会有不同的部分用到这样的功率分立器材：无线充电、电池办理体系、音频放大器、吸尘器、清洁体系电机操控、移动电机操控等，因为功用不同，所需求的 MOS 也不尽相同，大约在 2-6 颗不等。
全球功率半导体职业商场规划在 2019 年到达 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 年在疫情影响全球进入“居家作业方式”，服务器和 PC 的微弱复苏叠加高景气的电动车 和新动力发电需求影响，功率半导体职业迎来拐点。SIA 估量 2021 年全球半导体的出售额将到达 5530 亿美元， 创下新高，同比添加 25.6%，全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 年前三季度别离成长 32.5%，31.43%，31.8%和 28.5%，咱们估量全球功率半导体的职业增速 估量在 2021 年有望到达 30%，商场规划将挨近 600 亿美元。从全球功率半导体分立器材需求结构来看，轿车是 需求最大的范畴，占比到达 35%，其次是工业和消费电子范畴，需求占比别离为 27%和 13%。
从产品形状分类，功率半导体能够分为分立器材、模组和功率 IC 三大类别，一类是分立器材指单管，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用的电路封装在一同构成模块，第三类便是功率 IC， 包含沟通直流转化器 AC/DC，直流-直流转化器 DC/DC，电源办理 IC 和驱动 IC。2019 年分立器材/模组与功率 IC 的商场规划别离为 224 亿和 240 亿美元，其间英飞凌是分立器材和模组商场名副其实的全球龙头，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商场占有率最高的是德州仪器 TI，商场份额为 16%，其次是英飞凌和 ADI，占比别离为 7.7%和 7.2%。
依据 Omdia 的核算，2019年国内功率半导体商场规划约为 177 亿美元，约占全球商场需求的 38%，2020年跟着半导体职业复苏进入新一轮高添加周期。现在国内功率半导体分立器材厂商营收规划最大的是闻泰科技 收买的安世半导体，2020 年营收到达 96.4 亿元公民币，2021 年大幅成长 53.3%，功率半导体营收增至147.8 亿 元。
我国本乡 IDM 厂商中功率半导体营收规划最大的厂商是华润微电子，2020年公司功率半导体营收到达 28 亿元，估量 2021 年营收同比添加 49.3%，超越 41 亿元公民币。Fab-less 方式为代表的 MOSFET 厂商无锡新洁 能和 IGBT 模组厂商嘉兴斯达半导在2021 年完结了更快的成长，2021 年营收两者估量将别离大增 64.8%和 71.6%。前十大国内功率半导体厂商 2021 年营收规划算计到达 362.5 亿元，同比成长57.4%，相较于国内集成电路工业 2021 年前三季度 16.1%的成长速度，显现了功率半导体工业超预期的复苏态势。
国内首要的功率半导体厂商以分立器材为主，包含二极管、整流管、MOSFETs 等，二极管三极管归于根本 的电子元器材，这些年技能迭代较慢，价格也比较低价，职业壁垒较低。肖特基二极管是以其发明人肖特基博 士（Schottky）命名的，与 PN 二极管不同，肖特基二极管不是运用 P 型半导体与 N 型半导体触摸构成 PN 结 原理制作的，而是运用金属与半导体触摸构成的金属－半导体势垒原理制作的。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、维护二极管，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。近年来跟着手机等手持设备电源适配器等快充电源小型化的商场改变，传统肖特基已不能够 满意低导通电压的需求，选用沟槽结构的 TMBS将成为肖特基产品的技能干流。
沟槽型 MOSFET，首要用于低压（100V）范畴；SGT（Shielded Gate Transistor，屏蔽栅沟槽）MOSFET，首要用于中 低压（200V）范畴；SJ-MOSFET，即超结 MOSFET，首要在高压（600V-800V）范畴运用。SGT MOSFET（Shield Gate Trench MOSFET）是一种新式的功率半导体器材，SGT 工艺比一般沟槽简略，开关损耗小。再加上 SGT 比一般沟槽工艺发掘深度深 3-5 倍，能够横向运用更多的外延体积来阻挠电压，这也使得 SGT 的内阻比一般 MOSFET 低 2 倍以上，所以 SGT MOSFE 作为开关器材运用于新动力电动车、新式光伏发电、节能家电等范畴 的电机驱动体系、逆变器体系及电源办理体系，是中心功率操控部件。
现在国内功率半导体厂商很多，产品线差异也比较大，营收规划较大的厂商主力产品是 MOSFETs，跟着电 动车和光伏、风电等新动力发电范畴关于 IGBT 的大幅需求添加，各个厂商开端逐步将产品线扩展至 IGBT，部分龙头厂商现已开端布局第三代半导体 SiC 衬底的功率 MOSFET。依据咱们的核算，现在国内在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，首要公司 主力产品线覆盖了晶体管（包含维护类器材 ESD/TVS 等）、Mosfet 功率管、模拟与逻辑 IC 三大范畴，小类型 MOSFET 居于全球排名第二，公司轿车类 POWER MOSFET 估量商场位置仅次于英飞凌。其次公司经过进步研 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，一同收买英国 Newport 晶圆厂 100%股权，取得了 4000 片/月的 IGBT 产能，现在公司汉堡工厂现已开端搬入碳化硅设备，估量 SiC MOSFET 新品在 2022 年量产。
在 MOSFET 范畴，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 备技能抢先优势，新洁能是国内首先把握超结理论技能，并量产 SGT MOSFET 及超结功率 MOSFET 的企业 之一，是国内最早一同具有沟槽型功率 MOSFET、超结功率 MOSFET、SGT MOSFET 产品渠道的本乡企业。中低压 MOSFET 根本上现已由国产厂商供给为主，SGT-MOSFET 的国产代替趋势现已比较清晰，跟着 5G、AI、 EV（电动轿车）等运用商场的开展，关于 SGT-MOSFET 的需求将持续添加。
在 IGBT 范畴，比亚迪半导体和年代电气别离是国内供给新动力车规 IGBT 和轨交列车 IGBT 的龙头厂商， 先发优势显着，士兰微在在家电范畴运用为主的 IPM 模块商场占有显着优势，2021 年市占率挨近 10%，斯达半 导在 IGBT 模组范畴堆集多年，现在现已切入 IGBT 芯片的规划，车规级 IGBT 模块现已大批量出货。
假定 2030 年全球轿车销量到达 1 亿辆，假如 50%的燃油车替换为电动车，对应约 5000 万辆电动车，依照 单车功率半导体价值量为 400 美元核算，估量全球车规功率半导体商场规划到达 200 亿美元，假如国内电动车 商场占全球的 50%，那么 2030 年国内车规功率半导体商场空间将到达 100 亿美元。存量商场 2021 年全球功率 半导体商场规划将添加至 441 亿美元，国内需求占全球商场份额的 36%，2021 年商场规划有望到达 159 亿美元， 未来十年依照 5%的复合增速测算，存量商场如工控和家电范畴的需求在 2030 年将到达 239 亿美元。光伏范畴关于功率半导体商场需求为 30 亿美元，加总今后估量到 2030 年国内功率半导体商场空间到达 369 亿美元，对 应 2500 亿公民币左右的商场空间。
1 台新动力轿车均匀耗费一片 8 英寸硅片，其间分立器材、IGBT 耗费 0.4 片，DMOS 占 0.1 片，IC 占了 0.5 片，首要是 MCU 和电源办理芯片，2021 年新动力轿车销量为 340 万台，同比添加 1.5 倍，估量 2022 年国内新 动力轿车销量到达 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，假如 2025 年国内 电动车销量到达 1000 万辆，对应增量需求为 54-55 万片月产能。
截止 2020 年 12 年全球晶圆产能约为 2082 万片/月（等效 8 寸），我国大陆晶圆产能占比为 15.3%，估量为 318.4 万片/月（等效 8 寸），国内首要晶圆厂 12 寸产能约 100 万片/月，8 寸产线 万片/月。其间咱们统 计国内一切功率半导体厂商新增产线 年全年新增功率半导体产能为 18 万片/月（等效 8 寸），假如假定 2022 年国内新增电动车销量为 200 万台，全球新增 500 万台电动车，所需求对应约 250 万片 8 寸的年产能，对应需求新增 20.8 万片月产能，而全球功率半导体的新增产能简直都在我国，只是满意全球的电 动车的需求新增供给姑且不行，假如考虑光伏需求的产能则供给缺口进一步添加。
在新动力轿车中，IGBT 首要运用于电机驱动操控体系、热办理体系、电源体系等，详细功用如下：在主 逆变器中，IGBT 将高压电池的直流电转化为驱动三相电机的沟通电；在车载充电机中，IGBT 将沟通电转化为 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轿车低压 供电网络运用；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，完结小功率 DC-AC 转化。（陈述来历：未来智库）
电驱体系是纯电轿车的中心，能够理解为传统燃油车的发动机，首要包含了逆变器（Inverter），减速器 （Gearbox）和电机(Motor)。逆变器中的电子电力操控器材如 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 开端输出峰值扭矩，但当电机转速高于恒扭矩区间时，电机扭矩就会有 所下降，所以这时就需求减速器的介入，减速器经过多级齿轮的传动即可完结下降转速、进步扭矩的效果，从 而满意车辆高速行进时对扭矩的需求。电驱体系未来的开展趋势是高度集成化，现在干流的电驱选用三合一的 集成电驱，假如依照 2021 年 340 万台电动车的出货量测算，咱们估量国内电驱商场容量为 221 亿元左右。
一般咱们将沟通转化为直流称为整流，反过来直流转化为沟通则称为逆变，电动车的逆变器承当的中心职 能是将动力电池输出的直流电转化为沟通电供驱动电机运用。纯电动轿车上的逆变器坐落电机操控器（MCU 内）， 除了逆变器外，还有操控器一同组合在 MCU 内，MCU 是整个动力体系的操控中心。操控器是承受驱动电机的 需求信号，当车辆制动或许加快时，操控器操控变频器的频率升降使轿车行进。逆变器承受动力电池输出的直 流电能，逆变成三相沟通电供给给电机作业，在电动轿车制动进程中又起到制动收回电能的效果。
逆变器内部是由 6 个 IGBT 组成。电动车的功率半导体价值增量大部分来自 IGBT 模块，单 车 MOSFETs 才 400 元左右的价值量，1 个 IGBT 模块大约是 1000 元左右，现在 A0/A00 级电动车用 1 个逆变器， 1 个 IGBT 模块，假如是四驱的电动车一般选用 2 个模块，价值量为 2000 元左右，大巴车用 3 个模块，3000 左右，所以 IGBT 均匀单车价值量在 2000 元公民币。
车载充电机是指固定安装在电动轿车上的充电机，具有为电动轿车动力电池，安全、主动充溢电的才能， 充电机依据电池办理体系（BMS）供给的数据，能动态调理充电电流或电压参数，履行相应的动作，完结充电 进程，一般车载充电机作为一个节点，挂在 CAN 总线上，经过 CAN 与整车操控器沟通数据。充电器有许多 不同的功率等级，功率等级越高，充电时刻就越短。这些充电器需求很多的沟通电源，依据车载充电器的规划， 由单相或三相电源供电。依据全球可用的典型沟通电源，已开展出四个通用功率等级，3.3kW 和 6.6kW 充电器 已成为根本构建块用于一切功率等级的充电器。11 kW 和 22 kW 充电器都是将三个单相单元结合起来，每个单 元运转三相中的一相。
来自电网的沟通输入源被滤波、整流并馈送到一个多相 PFC 电路中。PFC 电路是开关电路，担任操控输入 正弦波的导通周期，以调理使输入电流与输入电压共同。这种电压-电流调理对沟通电源产生一个高功率因数， 且需求经过大多数电力公司的调理。这进程分几个阶段，将传导损耗涣散到一组更广泛的器材上。下一个模块 运用 H 桥转化器来下降直流电压，并将其传送到变压器的输入端。该块一般选用谐振 LLC 电路规划，且对变压 器施加的电压巨细的操控使对电池功率的调理更简略。最终，对变压器的输出进行整流、滤波和连接到高压电 池。价值量方面，以 6.6KW 慢充为例，大约需求 20 多颗 IGBT 和 MOSFET 分立器材，全体本钱在 300 元以下。
充电桩按充电才能不同能够分为沟通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 的沟通充电桩，每充电 1 小时添加约 4 至 6 英里路程。二级充电功率有 3.3 kW、6.6 kW、9.6 kW、19.2 kW 四种功率等级，适用于输出电流别离达 20 A、20 A、50 A、100 A 的 240 V 沟通电源插座。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%左右，用于公共充电桩。
Vienna 整流＋LLC 构成了充电桩的根本电路。假如考虑设备本钱，运用 Si 基 IGBT 和超级结 MOSFET、 FRD（快康复二极管）计划更具本钱优势；假如需求高功率密度和高功率，碳化硅 MOS/SBD 计划更具功用优 势。PFC 部分更适合运用碳化硅器材，理由有二：其一，高温时导通电阻添加较少，能完结高功率，一同可抑 制发热，运用更小的散热板；其二，碳化硅器材的康复损耗十分小，开关损耗较小，能够进步作业频率，有助 于输入线圈的小型化。作为硅器材解决计划，Si 基的超级结 MOS 和 IGBT 也是不错的代替计划。价值量方面， 慢充 20KW 以内用半桥工业 IGBT，单桩价值量在 200 元以内，假如选用超级快充 100KW 以上，超大功率的充 电桩会选用 SiC 计划，本钱会成倍添加，全体价值量会进步至 1000 元以上。
1、估量 2021 年全球商场规划约为 76.8 亿美元，车规需求快速添加
2019 年全球 IGBT 商场规划估量在 64 亿美元，2020 年略有下滑至 60.47 亿美元，2021 年商场开端快速复 苏，估量 2021 年全球 IGBT 商场规划将同比添加 20%，将到达 76.8 亿美元。从商场结构来看，IGBT 首要以 IPM 模块和 IGBT 模组方式为主，两者算计营收占比超越 76%，在分立单管和 IGBT 模块占比最高的是德国英飞凌， 市占率超越 30%，在 IPM 模块商场日本三菱市占率排在第一位，高达 32.7%。从 2020 年 IGBT 模块全球运用 占比来看，工业操控占比 33.5%，是现在 IGBT 最大的运用范畴，新动力轿车占比 14.2%。未来，轿车电动化、 智能化推进车规级 IGBT 成为添加最快的细分范畴。
依据集邦咨询的核算，2018 年我国 IGBT 商场规划估量为 153 亿公民币，相较 2017 年同比添加 19.91%， 2020 年获益于新动力轿车和光伏、风电等新动力发电范畴需求的大幅添加，我国 IGBT 商场规划持续添加，我 们估量 2025 年国内 IGBT 商场规划将添加至 592 亿元，2020 到 2025 年复合增速 CAGR 为 27%。从需求结构进 行剖析，2018 年国内 IGBT 需求占比最大的范畴是新动力轿车，占比为 31%，紧随其后的是消费电子和工业控 制，商场规划占比别离为 27%和 20%。
依据中汽协的核算，2021 年估量我国新动力轿车销量将到达 340 万辆，相较于 2020 年 137 万辆新动力汽 车的出售，同比大增 148%。依据工业链调研，咱们估量 2021 年国产厂商配套的新动力轿车占比进步，其间斯 达半导体配套轿车辆为 50 万套，占比 15%，比亚迪半导体首要配套同一集团旗下的比亚迪车型，依据公司 2020 年产能为 40 万套估量在车载 IGBT 商场占比 12%，跟着中车年代电气一期产能的满产，估量配套电动车约 24 万辆占比 7%，特斯拉出售预估在国内出售量为 40 万，占比 12%，特斯拉的车型首要意法半导体供给 SiC 作为 逆变器的中心器材，英飞凌作为国内车载 IGBT 龙头厂商估量持续坚持挨近 50%的市占率，其他德国和日本的 厂商供给占比约为 13%。
2021 年 10 月开端，全球轿车范畴缺芯状况逐步缓解，咱们估量 2022 年国内新动力轿车销量有望超越 500 万辆到达 550 万辆，同比成长 62%。经过咱们的工业链盯梢与调研，国内厂商 IGBT 产线 年末相继投入 量产，估量 2022 年国内车载 IGBT 芯片商场格式将产生较大的改变。首要是市占率进步最显着的估量是中车时 代电气，因为公司月产能 2 万片的 8 寸线 年末现已投产，满产能够供给 200 万辆新动力轿车所需的 IGBT 模块，拉平全年预估公司车载 IGBT 配套的轿车为 106 万辆，市占率从 7%进步至 19%，其次是士兰微因为 12 寸 IGBT 产线投产，估量下一年有望配套 20 万辆左右电动车，市占率到达 4%。美国安森美估量在 2022 年配套约 20 万辆左右的电动车，市占率估量为 4%。比亚迪和意法半导体的市占率估量将坚持稳定，斯达和英飞凌的占 比将呈现下滑。
从出资功率半导体的视点，咱们更看好的是 IGBT 范畴的布局，一方面 MOSFET 的技能相对老练，另一方面便是电车的增量功率需求也首要是 IGBT。2019 年到-2020年国内新动力轿车出售规划为 120-130 万台，增速 相对平稳，2021年国内新动力轿车销量到达 340 万台，依照单车功率半导体价值为 3000 元核算，对应约 102 亿左右的车载 IGBT 商场规划。估量到 2025年国内新动力轿车出售量将到达 1000 万台左右，对应需求空间约 为 300 亿左右（不考虑 SiC 关于 IGBT 的代替）。
光伏商场本年依照 200GW 的装机量测算，估量商场规划为 50亿公民币左右，估量 2025年光伏逆变器装机量将到达 400GW 左右，对应商场需求将到达 110 亿公民币。存量 商场首要是工业，家电和燃油车范畴用到的 IGBT 需求，估量 2021 年商场规划约为 150 亿，工控范畴占比较高， 估量为 100 亿公民币，假如未来 5年工控范畴带动存量的IGBT 商场依照每年 5%左右的复合增速成长，估量 2025 年将到达 182 亿公民币。归纳存量商场的工业和家电需求，加上高速添加的车载和光伏关于功率半导体的需求 大幅添加，估量到 2025年国内功率半导体商场规划将到达 592.3 亿元。2021 年车用 IGBT 才 60 亿规划，光伏 逆变器用 IGBT50 亿规划，达观来看，车用 IGBT 添加空间还有 5 倍，光伏还有 2 倍，算计还有四倍的添加空间。
IGBT 下流的需求首要会集在轿车、工业操控和家电等范畴，不同于 MOSFET 多以分立器材方式运用为主， IGBT 则以更常见的方式如 IGBT 模块和 IPM 模块广泛运用于轿车和家电终端产品，尤其是轿车工业在欧洲、 日本和美国更为兴旺，所以 IGBT 芯片商场首要被德国英飞凌，日本罗姆、三菱以及美系大厂安森美和 ST 意法 半导体等厂商操控。因为 IGBT 芯片从晶圆出产到芯片封测以及模块封装一般都是选用 IDM 方式，所以 IGBT 模块供给商也首要由芯片厂商供给。IGBT 模块是电动轿车逆变器的中心元器材，所以博世、电装、德尔福等 Tier1 轿车零部件集成厂商会收买 IGBT 模块出产电驱体系供给下流的轿车主机厂，此外也有部分国内的主机厂 如长城轿车、长安轿车、奇瑞和蔚来自主出产逆变器。
国内电动车销量占有全球电动车商场的半壁河山，可是因为疫情影响，欧美 IGBT 大厂海外工厂产能运用 率较低，英飞凌车载 IGBT 均匀交期在一年以上，国内轿车主机厂因为缺芯影响严峻限制轿车出售。国内自主 品牌厂商作为电动车的主力军，首先导入国产 IGBT 芯片产品，这给了国产 IGBT 芯片兴起的前史性时机。
比亚迪作为国内电动车的龙头企业，旗下比亚迪半导体在 2008 年收买宁波中玮的 IDM 晶圆厂开端进入 IGBT 芯片工业链，2012 年导入比亚迪电动车，2015 年自研 IGBT 开端上量，2020 年宁波产线 万 套电动车 IGBT 模块的配套才能，2021 年收买济南富能 8 寸产线，新增年产能可配套新动力轿车需求约 90 万辆，算计配套 130 万量。
中车年代电气是国内轨交、电网高压 IGBT 芯片龙头厂商，2012 年收买英国的丹尼克斯开端进入 IGBT 芯 片的出产与研制。2017 年开端从 6500V、7500V 高压范畴扩展至 650V、750V 和 1200V 的车规级 IGBT 模 块商场，2018 年开端导入大巴车、物流车和 A00 级车，2019-2021 年芯片规划改版后现已成为国内首家突 破 A 级车 IGBT 芯片的厂商，一同与汇川等 Tier1 厂商也坚持严密协作。公司此前有一条月产能为 1 万片 的 8 英寸产线 寸线投产，估量能够配套约 200 万辆新动力车 IGBT 模 块，凭仗 IDM 厂商的产能优势有望在 2022 年取得车载 IGBT 芯片较大的商场份额。
斯达半导 2008 年开端进入 IGBT 芯片商场，最开端也从英飞凌购买芯片，2015 年呈现了切入 IGBT 芯片生 产的时机，2015 年英飞凌收买 IR（International Rectifier）将其芯片研制团队闭幕，该团队成为了斯达半导 体芯片研制团队，2016 年开端推行自己的芯片，现在公司产品现已在大巴车、物流车和 A00 级电动车上有 所运用，2020 年公司出产的车载 IGBT 模块配套约 20 万辆新动力车，估量 2021 年配套车辆将添加至 50 万套。
士兰微在家电范畴的 IPM 模块出货量优势显着，2020 年 IPM 模块出货量约 1800 万颗，2021 年上半年出货 量大增 150%，现已占全球 10%的出货量，公司从家电切入车载 IGBT 范畴，现在现已有 A00 等级客户如 零跑和菱电开端选用士兰微的车载 IGBT 模块。因为公司 IDM 的方式，产品迭代十分快，迭代一版产品历 时只要 3 个月，而 Fabless 厂商则需求 6 个月以上。现在士兰微的 A 级车 750V 模块功用处于职业抢先，输 出功率能够到达 160kw-180Kw，公司 12 寸的晶圆厂现已投产，估量年末可完结月产能 3.5 万片的产能方针。
咱们以为 2022 年国内 IGBT 工业进入迸发期，国产 IGBT 厂商在车载 IGBT 范畴的代替进程会加快。一方 面国内新动力轿车 2022 年销量预期都比较达观，商场预期均匀增速在 50%以上，可是国外 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，一同海外如欧洲和美国的电动车商场也开端进入高速添加期， 这些世界大厂会优先保证本乡供给。在供需偏紧的状况下，国产 IGBT 厂商关于国内电动车主机厂而言成为了 最重要的芯片供给保证，并且年代电气、士兰微和华虹半导体等厂商的 IGBT 产能现已在 2021 年末相继投产， 有望成为 IGBT 芯片国产化最获益的厂商。关于国内的 IGBT 厂商而言，最获益的厂商还是以 IDM 方式为主的 厂商，如比亚迪半导体，年代电气和士兰微。
咱们以为商场关于 IGBT 芯片供给大幅开出今后导致 IGBT 芯片商场竞赛加重的忧虑大可不必，咱们整理 了国内下一年新增的 IGBT 产能，假如拉平 2022 年全年的 IGBT 供给增量，估量为 5.04 万片/月，假如考虑良率 等问题，估量实践产能缺乏 4 万片/月，关于下一年 200 万辆电动车的 IGBT 芯片耗费量就到达 2-3 万片/月，假如 再考虑光伏和风电等范畴用到的 IGBT 芯片，估量产能供给相对偏严峻。
相同标准的碳化硅基 MOSFET 和硅基 MOSFET 比较，导通电阻下降为 1/200，尺度减小为 1/10；相同标准的 运用碳化硅基 MOSFET 的逆变器和运用硅基 IGBT 比较，总能量丢失小于 1/4。因为碳化硅器材具有的上述优 越功用，能够满意电力电子技能对高温、高功率、高压、高频及抗辐射等恶劣作业条件的新要求，然后成为半 导体材料范畴最具远景的材料之一。详细比照方下：
SiC 器材运用第三代半导体材料碳化硅作为衬底，与同标准硅基器材比较，SiC 器材功率及耐温性更高，可 显着下降能耗，进步功率密度，减小体积，是下一代新动力轿车电机驱动操控体系的抱负器材，能进一步进步 新动力轿车的续航路程、百公里加快才能和最高时速。特斯拉的 Model3 的主驱动逆变器选用了 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 桥臂选用了 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 和长城的机甲龙均选用 800v 渠道，从 400V 进步到 800V，一个体系用到 30-50 个 SiC 芯片，2 套驱动系 统的芯片量会添加更多。
新动力轿车体系架构中涉及到功率半导体运用的组件包含：电机驱动体系、车载充电体系（OBC）、电源转化体系（车载 DC/DC）和非车载充电桩。碳化硅功率器材运用于电机驱动体系中的主逆变器，能够显着下降电 力电子体系的体积、分量和本钱，进步功率密度。Wolfspeed 估量 2026 年车载 SiC 商场规划将从 2022 年的 16 亿美元添加至 2026 年的 46 亿美元。
除了新动力轿车范畴，光伏发电、轨道交通、智能电网以及射频器材都能够选用 SiC 器材代替 IGBT 作为 电子电子操控器材。运用碳化硅 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 换功率可从 96%进步至 99%以上，能量损耗下降 50%以上，设备循环寿数进步 50 倍，估量在组串式和会集式 光伏逆变器中，碳化硅产品估量会逐步代替硅基器材。将碳化硅器材运用于轨道交通牵引变流器，能极大发挥 碳化硅器材高温、高频和低损耗特性，进步牵引变流器设备功率。估量工业范畴的 SiC 器材商场规划估量从 2022 年的 6 亿美金添加至 14 亿美金。
比亚迪：比亚迪在 2020 年发布的比亚迪汉纯电动高功用四驱版成为国内首款选用自研 SiC 模块的车型，功 率密度进步了一倍，其 SiC 芯片收买自国外厂商。比亚迪半导体碳化硅 SiC 功率模块是一款三相全桥拓扑结构 的灌封全碳化硅功率模块，首要运用于新动力轿车电机驱动操控器，是全球首家、国内仅有完结在电机驱动控 制器中大批量装车的 SiC 三相全桥模块。依据公司公告显现，2020 年 SiC 模块出售收入为 1.42 亿元，依照单价 1577 元测算，估量 2020 年出售碳化硅模块 9 万个，2021 年上半年出售收入到达 1.14 亿元，依照 1069 元单价 核算，2021 年上半年出售碳化硅模块为 10 万个，估量全年销量将超越 20 万个。
华润微：本乡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 年完结小批量供货。2021 年 12 月 17 日，公司又宣告推出 1200V SiC MOSFET 新品，选用 Wolf Speed 的衬底，完结了碳化硅芯片的 国产化。华润微自主研制量产的新品 SiC MOS 单管，具有栅氧可靠性好、高电流密度、高开关速度、工业级可 靠性、Ron 随温度改变小等优势，首要运用于新动力轿车 OBC、充电桩、工业电源、光伏逆变、风力发电等领 域。
年代电气：从轨交和电网高压 IGBT 切入新动力轿车功率半导体的年代电气在 2021 年末发布了国内首款基 于自主碳化硅芯片的大功率电驱产品- C- Power 220s。公司的 SiC MOSFET 芯片现已开展了 4 个代次，从第三代开端面向车规级运用，现在现已推出的 1200V/600A 的 SiC MOSFET 模块 S3 能够满意 120KW～200KW 功率 等级电驱需求，在 190KW 高输出功率条件下，逆变总损耗能够比硅基 IGBT 下降 54%，逆变功率从 97.%进步 至 98.77%。
SiC 衬底的原材料为高纯碳粉和高纯硅粉，在 2,000℃以上的高温条件下经过特定反响组成碳化硅粉。在特 殊温场下，选用老练的物理气相传输法（PVT 法）成长不同尺度的碳化硅晶锭，经过多道加工工序产出碳化硅 衬底。依据下流终端的运用不同能够分为导电型和半绝缘型两类，导电型碳化硅衬底首要运用于制作功率器材， 与传统硅功率器材制作工艺不同，碳化硅功率器材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，并在外延层上制作各类功率器材。半绝缘型碳化硅衬底首要运用于制作氮化镓射 频器材。经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 射频器材。
在半导体运用中，SiC 首要用于电力电子器材的制作。从 SiC 器材制作流程次序来看，SiC 器材的制作本钱 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 器材的重要组成部分。依据立昂微和 沪硅工业发表的招股书，一片 8 寸的硅外延片为 250 元左右，一片 12 寸的硅外延片为 300-400 元左右，而天科 合达和天岳先进发表的 6 寸导电型 SiC 衬底和 4 寸半绝缘 SiC 衬底别离为 3000 元和 8000-9000 元，全球龙头 Wolfspeed 的 6 寸导电型 SiC 衬底价格高达 6000 元以上，假如完结外延加工估量到达 8000 元左右。
此外 SiC 器材制作必需要经过外延过程，外延质量对器材功用影响很大。SiC 基器材与传统的硅器材不同， SiC 衬底的质量和外表特性不能满意直接制作器材的要求，因此在制作大功率和高压高频器材时，不能直接在 SiC 衬底上制作器材，而必须在单晶衬底上额定堆积一层高质量的外延材料，并在外延层上制作各类器材，目 前功率也比较低。别的 SiC 的气相同质外延一般要在 1500℃以上的高温下进行。因为有提高的问题，温度不能 太高，一般不能超越 1800℃，因此成长速率较低。
全球碳化硅衬底商场首要由美国和欧洲厂商操控，依据 Yole 的核算，2018 年导电型碳化硅衬底商场中 CREE 占比为 62%，美国半导体材料大厂Ⅱ-Ⅵ市占率为 16%，国内厂商天科合达和山东天岳占比仅为 1.7%和 0.5%。半绝缘型衬底商场中 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%，两大龙头算计占有近 70%的商场。山东天岳以半绝缘型衬底产品为主，2020 年市占率到达 30%，根绝 公司招股书发表 2020 年公司半绝缘型衬底 3.47 亿元营收测算，全球半绝缘型碳化硅商场规划仅为 12 亿元公民 币。2020 年 Wolf-Speed 营收为 4.71 亿美元，除掉 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 收规划约为 4.12 亿美元，假定 Wolfspeed 市占率在 2020 年挨近 50%，算计导电型碳化硅衬底商场规划约为 8.24 亿美元。归纳来看，2020 年全球碳化硅衬底商场约为 10 亿美元，2021 年 Wolfspeed 营收添加 12%，估量 2021 年全球碳化硅衬底出售规划增至 11.3 亿美元。
在功率半导体芯片商场，尤其是 IGBT 芯片商场的竞赛现已从芯片规划延伸至中游的制作和下流的模块封 装范畴，但是进入到碳化硅年代，咱们以为碳化硅功率半导体的竞赛现已从芯片规划、中游制作和下流封装进 一步向工业链上游的衬底和外延环节扩张。世界大厂很早就认识到了碳化硅之争的要害就在关于衬底资源的操控权，早在 2009年日本罗姆就经过收买德国 SiC 衬底和外延片供给商 SiCrystal 完结了 SiC 器材研制的实质性 打破。2018年英飞凌收买了德国碳化硅晶圆切开范畴的新锐公司 Siltectra，经过收买取得了一种称为“冷割裂 （Cold Split）”的材料切开技能，凭借这种专有工艺能够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开优势十分显着。
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 衬底和外延片制作商 Norstel AB，取得了 6 英寸 SiC 衬底和外延片的出产制作才能。2021 年 11 月 1日，安森美宣告耗资 4.15 亿美元关于美国碳化硅出产商 GTAT 的收买，经过外延收买衬底财物能够协助 安森美削减关于 Wolfspeed 的原材料依靠。时至今日，功率半导体大厂根本上关于衬底资源的争夺战现已告一 阶段，国内企业只要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 的专利到国内，才 得以完结国内首条从衬底、外延到器材的长沙 6 寸 IDM 产线。
国内供给碳化硅衬底首要厂商包含山东天岳、天科合达、三安光电、山西烁科与河北同光五家，现在在国 内商场出售规划排在前三位的是山东天岳，山西烁科和天科合达。依据揭露材料显现，出售规划排在前三位的 碳化硅衬底出售额别离为 3.5 亿（2020 年），3 亿左右（2020 年），1.55 亿（2019 年）。比照未来五家衬底产能 规划，2025 年产能最大的厂商是河北同光，估量月产能到达 5.83 万片，年产能到达 70 万片，满产后产量为 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算计碳化硅衬底产能在 2025 年将到达 4.2 万片/月， 山东天岳的碳化硅衬底月产能在 2025 年末将到达 3.5 万片紧随其后，其间 2.5 万片为导电型衬底，占公司总产 能比到达 71.4%。
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