本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告1[Table_Title]电子行业功率器件深度报告功率的进击，看新能源主线下国产厂商崛起之路2022年05月17日[Table_Summary]功率器件行业高景气持续，产品快速升级，国产替代酝酿机遇。全球能源变革带动新能源汽车、光伏、风电等下游需求快速提升，功率半导体高景气持续。1Q22英飞凌、意法半导体等海外龙头相继发布涨价函，英飞凌功率器件交货周期最高攀升至65周，达到2020年以来最高水平，更彰显行业高景气。当前国内功率器件国产化率仍处于较低水平，2021年国内主要上市公司营收占比仅22%。而目前功率器件正在持续产品升级迭代，IGBT、SiC等高端器件国产化率更低，成长增速更快，国产替代机遇凸显。至2025年国内IGBT市场空间有望达到591亿元，国内厂商快速追赶。IGBT在功率器件的市场空间仅次于MOSFET，且增长最快，国产化率较低，国内外厂商差距正在快速缩小，因此具备极佳的产业前景。据我们测算至2025年国内IGBT市场空间有望达到591亿元，其中新能源车、风/光/储能、工控、家电领域的市场空间分别为231亿元、183亿元、85亿元和66亿元，新能源有望成为IGBT下游应用领域中占比最大，增长最快的行业。同时新能源车、光伏、风电等领域由于对IGBT产品要求较高的功率、稳定性等，毛利率相较工控和家电领域更高，已成为功率器件厂商的“必争之地”。就进展来看，如时代电气、斯达半导、士兰微、宏微科技等厂商IGBT产品已在新能源车用领域实现量产；头部厂商在光伏、风电领域亦实现批量出货，业绩有望实现快速增长。重视国内厂商的产品高端化，下游应用领域优化以及晶圆产线升级。行业景气之外，当前国内厂商正在经历几大的重要变化：1）产品结构高端化：MOS领域，诸如新洁能等厂商的超结和屏蔽栅MOS器件营收占比快速提升；IGBT和SiC方面，当前国内闻泰科技、时代电气、士兰微等厂商均在不断推进产品开发和升级节奏，高端产品性能已能够对标海外龙头。2）下游市场持续优化：新能源汽车、光伏、风电等需求高增长，且性能要求高、竞争格局相对较好，当下行业缺货更是加速国内功率器件厂商向新能源市场加速突破，而新能源营收占比的提升也将推动厂商的业绩加速增长。3）晶圆产线向大尺寸升级：相较于6英寸和8英寸，12英寸产线具备更低的成本，更优质的工艺和更好的产品性能，当前国内闻泰科技、士兰微、华润微等厂商纷纷布局12英寸产能，其他Fabless厂商也基于12英寸平台加快产品及工艺开发，晶圆产线升级有望进一步推动厂商成本优化，产品性能改良。投资建议：当前功率器件行业持续高景气度，行业公司业绩快速增长，产品升级和下游结构优化的过程中，功率器件厂商的成长天花板正在不断打开。估值来看，功率赛道经过调整后已进入攻守兼备的位置，重点关注功率赛道的投资机会。建议关注：士兰微、时代电气、斯达半导、闻泰科技、新洁能、东微半导、扬杰科技等优质国产功率器件厂商。风险提示：下游需求增速放缓的风险；产能扩张节奏不及预期风险；行业竞争格局恶化的风险。[Table_Invest]推荐维持评级[Table_Author]分析师：方竞执业证号：S0100521120004电话：15618995441邮箱：fangjing@mszq.com研究助理：童秋涛执业证号：S0100122010028电话：13127514626邮箱：tongqiutao@mszq.com[Table_docReport]相关研究1.汽车电子4月跟踪：复工复产有序推进，展望新车发布潮2.电子行业2021年报及2022Q1季报总结：不畏浮云，寻找穿越周期的力量3.电子板块2022年一季度基金持仓分析：深度回调+持仓下降，电子板块底部特征明显4.EDA深度报告：半导体赋能基石，国产突围势在必行5.电子行业周报20220417：不畏浮云，坚守成长行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告2目录1功率高景气持续，国产替代和产品迭代酝酿机遇......................................................................................................31.1全球功率器件高景气持续.................................................................................................................................................................31.2IGBT和SiC器件前景明朗................................................................................................................................................................62IGBT市场空间测算及国内厂商进展分析................................................................................................................132.1IGBT需求迎来快速增长期，新能源车是主要驱动力................................................................................................................132.2新能源车成为IGBT需求增长的最大来源...................................................................................................................................132.3风、光、储能是IGBT增长的重要动力.......................................................................................................................................192.4工控和家电是IGBT需求的稳定来源...........................................................................................................................................223关注国内厂商的品类切换、结构优化、产线升级节奏............................................................................................273.1产品品类升级，高端产品对标海外龙头厂商..............................................................................................................................273.2下游市场切换，新能源收入占比快速提升..................................................................................................................................283.3晶圆产线持续升级，功率产品价格更优、性能更良.................................................................................................................294投资建议..............................................................................................................................................................315风险提示..............................................................................................................................................................32插图目录..................................................................................................................................................................33表格目录..................................................................................................................................................................33行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告31功率高景气持续，国产替代和产品迭代酝酿机遇1.1全球功率器件高景气持续1.1.1功率半导体下游应用广泛，能源变革驱动需求快速增长功率半导体作为电能转换、电路控制的核心部件，广泛应用于汽车、消费电子、计算机、网络通信、工控等场景，其中汽车在下游需求的占比中最高，达到35.4%。2020年以来，全球范围内新能源汽车、光伏、风电应用领域的下游需求激增，带动功率半导体行业进入景气期。全球新能源渗透率的持续增长有望带动功率器件行业高景气持续。据中国汽车工业协会数据，至2027年中国和全球的新能源汽车出货量有望分别达到1970万辆和539万辆，相比2021年CAGR增速分别达到30%和22%；新能源发电领域，Woodmac预计至2025年全球光伏和风电装机量有望分别达到146GW和86GW。作为功率器件应用的重要下游，全球新能源渗透率的快速提升有望持续带动功率器件下游需求，全行业高景气有望维持。图1：2019年全球功率半导体下游需求占比（%）资料来源：智研咨询，民生证券研究院图2：2020-2027年全球新能源汽车出货量（万辆）图3：2020-2025年全球光伏和风电新增装机量（GW）资料来源：中国汽车工业协会，民生证券研究院资料来源：Woodmac，民生证券研究院35.40%13.20%26.80%24.60%汽车消费电子工业其他0%20%40%60%80%100%120%140%05001000150020002500全球中国全球YoY中国YoY-20%0%20%40%0204060801001201401602019202020212022E2023E2024E2025E光伏风电光伏YoY风电YoY行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告41.1.2交货周期持续拉长，行业高景气持续2022年一季度海外主流功率器件厂商交货周期和价格均呈现上升态势。货期方面，海外供应商几乎全品类货期均有上行，其中英飞凌最长货期已达到65周；价格方面，除个别品类外，主流器件价格均有上升趋势。我们认为，一季度的涨价及货期拉长主要原因包括下游需求持续旺盛、上游产能释放缓慢、全球海运价格上行、疫情持续以及上游原材料成本上升等，货期及价格的上涨也预示着功率器件高景气持续。表1：全球主要功率半导体器件厂商交货周期变化情况厂商名称器件名称货期（周）价格变化1Q202Q203Q204Q201Q212Q213Q214Q211Q221Q22英飞凌IGBT22-3022-30-18-2618-2626-5239-5018-2639-50+低压Mosfet15-3015-30-15-3016-3926-5239-5215-3052-65+高压Mosfet21-2624-28-18-2018-2226-4026-4018-2052-650军用-航空晶体管-20-35-20-4020-4030-5030-5020-4025-500宽带隙Mosfet---20-2224-3026-3636-5020-2242-52+双学晶体管/RETS---10-1610-1612-4012-52-12-52+通用晶体管-10-18-12-1812-1812-5212-5212-1812-52+安森美ESD18-208-208-208-208-2020-5020-508-2020-50+低压Mosfet13-2013-208-1614-2418-3026-5242-5214-2442-52+高压Mosfet--------36-52+开关二极管11-1610-208-1612-1812-3016-5216-5212-1816-52+宽带隙Mosfet--12-1412-2224-3426-3636-5012-2242-52+逻辑器件12-2512-2512-1630-5030-5030-5030-5030-5030-500齐纳二极管11-1710-208-1612-4012-4016-5216-5212-4016-52+双极晶体管13-1710-208-1610-1810-3016-5216-5210-1816-52+通用晶体管11-1710-208-1210-1810-3016-5216-5210-1820-52+小信号MOSFET13-2110-2010-2012-2012-3016-5216-5212-2016-52+肖特基二极管11-1610-208-1612-1812-3016-5216-5212-1816-52+整流器10-2012-2012-2012-3912-3914-528-5212-3940-52+意法半导体ESD20-2420-2413-2013-2013-2013-2920-4013-2020-40+IGBT17-2516-2014-1818-2418-2430-3636-4218-2447-52+TVS二极管1318-2014-1614-2014-2014-2030-4014-2030-40+低压Mosfet17-3024-3014-2618-2618-2630-5242-5218-2648-52+高压Mosfet19-2418-3012-1814-1814-2622-3026-3614-1847-52+晶闸管/Triac22-2622-2616-2016-2016-2040-5040-5016-2040-500宽带隙Mosfet--26-3026-3930-3930-3942-5226-3942-52+双极晶体管13-1910-2010-2012-2012-3020-4020-4012-2020-40+整流器15-2010-1210-1610-2610-2638-4038-4010-2648-50+资料来源：富昌电子，民生证券研究院注：价格变化中，“+”代表环比涨价，“0”代表环比持平；“-”代表环比降价行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告5全球功率器件厂商的营收的高增长和毛利率的持续攀升亦能反应行业高景气持续。从行业增速来看：受益下游需求的高景气，1Q20以来国际和国内的主要厂商营收均呈现快速上升的态势，虽然2Q21以来由于基数较高、产能不足等问题，行业厂商营收增长速度有所放缓，但行业总体增速仍维持高位，4Q21全球和国内主要功率器件主要厂商的营收增速分别达到40.00%和38.06%。从行业毛利率水平来看：全球功率器件厂商自2020年以来持续攀升，显示出行业供需失衡的状态仍在持续。尽管2020年以来全球厂商纷纷扩产，但半导体新增产能的开出通常需要3-5年的时间，当前全球和国内功率器件主要厂商的平均毛利率分别达到40.00%和39.74%，为2014年以来的最高水平，预示行业供给相对不足和高景气的情况有望持续。图4：功率半导体全球及国内营收增速和毛利率情况（%）资料来源：Wind，民生证券研究院注：主要测算公司包括：英飞凌、安森美、士兰微、华润微、斯达半导、扬杰科技1.1.3功率器件面临国产化窗口，当前国产化率仍有较大空间国内功率半导体市场国产化率不足30%，国内厂商仍有较大成长空间。据Omida，2021年全球和中国功率半导体市场空间分别为462亿美元和182亿美元，至2025年，全球和中国市场空间有望分别达到548亿美元和195亿美元，相比2021年复合增速分别有望达到5.92%和4.55%。当前国内功率器件仍主要依赖进口，据我们测算，国内功率器件主要上市公司2021年相关收入占当前国内功率器件市场份额为22.62%，相比2020年提升7.81pct，但当前国产替代仍有较大空间。且国内厂商主要以二极管、晶闸管等技术壁垒相对较低的品类为主，在大功率MOSFET、IGBT等领域的国产化率更低。我们认为，当前全球大功率器件需求快速上升，全球供给相对不足，而国产厂商技术快速跟进，客户认可度持续提升，当前时点是功率器件国产替代的重要窗口期，国产厂商未来有望在大功率MOSFET、IGBT、SiC等器件获得更高的国产化率。-10%10%30%50%-20%0%20%40%60%80%100%2014Q12014Q22014Q32014Q42015Q12015Q22015Q32015Q42016Q12016Q22016Q32016Q42017Q12017Q22017Q32017Q42018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q32019Q42020Q12020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q4全球营收增速（%）国内营收增速（%）全球毛利率（%）右轴国内毛利率（%）右轴行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告6图5：2018-2024年全球和中国功率半导体市场规模及预测（亿美元）图6：2016-2021年中国功率器件市场空间及国产化率（亿元，%）资料来源：Omdia，民生证券研究院资料来源：IHSMarkit，公司公告注：国产化率计算过程所用美元人民币汇率为6.51.2IGBT和SiC器件前景明朗1.2.1IGBT和大功率MOSFET是功率器件增长的主要驱动力类别来看，功率半导体可以粗分为功率IC和功率器件两大类别。其中，功率器件主要包括二极管、晶闸管和晶体管，功率IC又包括电源管理IC和驱动IC等。二极管和晶闸管出现的时间相对较早，总体结构和生产工艺较为简单，目前需求增长较快的IGBT、MOSFET等属于晶体管系列，当前正处于下游高景气和国产替代的关键时期。从功能来看，功率器件主要用于电能变换和电能控制电路，主要功能为逆变、整流、变压和变频；而功率IC则由于进一步封装了驱动、控制、保护、接口、监测等外围电路，从而具有电源管理、驱动电路、电能变换和控制等功能。图7：功率半导体类别梳理图8：功率器件和功率IC的主要功能资料来源：新洁能，民生证券研究院资料来源：新洁能，民生证券研究院功率器件按照开关控制能力可分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件。-6%-4%-2%0%2%4%6%8%010020030040050060020182019202020212022E2023E2024E全球中国全球YoY中国YoY0%5%10%15%20%25%050100150200250201620172018201920202021士兰微时代电气斯达半导华润微BYD半导扬杰科技新洁能捷捷微电东微半导宏微科技苏州固锝银河微电国产化率行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告71）二极管：二极管中商业化较为成功的器件包括PiN功率二极管和肖特基势垒功率二极管，其中，PiN功率二极管具备耐高压、低泄漏电流和低导通损耗等特点，但开关速度较慢；而肖特基势垒功率二极管则具备较高的开关频率、但有较大的泄露电流、较低的击穿电压和较差的高温特性，二者呈现互补关系。当前市场正在通过工艺改进及材料替换来开发具有更优的高压、高频特新的二极管。2）晶闸管：晶闸管是一种半控型功率器件，早期由于其较高的电压和应用电流，被广泛应用率高功率场景，而新型功率MOS，尤其是IGBT的出现则在一定程度上替代了晶闸管的应用。3）BJT：双极结型晶体管是结构相对简单的功率器件，其在功率和频率上的表现都不突出，但由于其工艺成熟、成本较低等优点，仍在低端功率应用场景中具备一定的份额。4）IGBT：IGBT的出现大大拓宽了硅基功率半导体的工作电压范围，其最高工作电压达到6500V，同时具备功率MOS相对合适的工作频率，在电动车、轨道交通、电网、光伏和风电等领域具有广泛的应用。5）MOSFET：功率MOS可以进一步细分为平面型MOSFET、沟槽型MOSFET、超结MOSFET、屏蔽栅MOSFET，分别具有不同的功率和频率特性，应用场景较为广泛。表2：不同类型功率半导体性能控制能力产品类型出现时间技术路线优点缺点现状不可控型器件二极管1950sPiN功率二极管耐高压、大电流、低泄露电流、低导通损耗关断速度慢-肖特基势垒功率二极管开关频率高泄露电流大，击穿电压低（通常用于250V以下），高温特性差-半控型器件晶闸管1960s-相对较高的应用电压和电流大损耗、低频率、不易驱动逐渐被新一代功率MOS和IGBT替代全控型器件BJT1950s-工艺成熟、成本低、良率高频率较低、电压较低、热容量小、不以驱动在低端应用中仍有一定份额平面型MOSFET1970s-易于驱动，工作频率高芯片面积较大，损耗较高-沟槽型MOSFET1980s-高频、热稳定性好、损耗低耐压低-IGBT1980s-低损耗、耐高压（600V~6500V）、相对高频、易于驱动频率较低主要应用于高压、大电流场景超结MOSFET1990s-高频、低损耗、耐压较高（500V~900V）--屏蔽栅MOSFET2000s-高频、低损耗、耐压中等（30V~300V）-高端电源管理、电机驱动、汽车电子领域资料来源：中国半导体行业协会，新洁能,民生证券研究院IGBT和功率MOS有望成为全球功率器件市场的主要增长来源。根据英飞凌、Omedia等机构的数据，2020年全球功率半导体市场规模达到452亿美元，其中功率IC市场规模为243亿美元，功率器件市场规模为209亿美元。功率器件中，二极管、晶闸管、BJT、功率MOS和IGBT的市场规模分别为38.7亿美元、4.7亿美元、18.1亿美元、81亿美元和66.5亿美元。其中二极管和晶闸管市场规模总体较为平稳，而受益于新能源汽车、光伏、风电、电网建设等下游行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告8需求的持续增长，IGBT和大功率MOSFET的市场空间仍保持快速上升的态势，其中IGBT在2021年-2023年全球市场空间的复合增速有望达到7.48%。图9：2020年全球功率半导体细分品类市场空间梳理资料来源：英飞凌，Omdia，IHSMarkit，民生证券研究院注：其中IGBT和MOSFET市场空间数据来自英飞凌年报图10：2017-2023年全球二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT市场空间及预测（亿美元，%）资料来源：Yole，IHSMarkit，民生证券研究院1.2.2IGBT应用加速成长，国产替代空间广阔IGBT全称为绝缘栅极晶体管，可以被认为是MOSFET和BJT（双极型三极管）组成的混合型器件，具有MOSFET的高输入阻抗，同时兼具晶闸管等双极型器件的低导通压降，以及具有相对合适的工作频率。从应用场景来划分，开关频率大于20kHz的应用场景主要采用MOSFET，电压等级大于1200V以上的高压场景主要采用IGBT，在介于两者之间的场景，主要根据应用的需求采用MOSFET或IGBT的解决方案。-20%0%20%02040608010012014016018020022020172018201920202021E2022E2023E二极管晶闸管MOSFETIGBT二极管YoY晶闸管YoYMOSFETYoYIGBTYoY行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告9图11：MOSFET和IGBT内部结构对比图12：MOSFET和IGBT性能比较资料来源：华芯百创，民生证券研究院资料来源：《MOSFET和IGBT性能的比较》，民生证券研究院以英飞凌IGBT产品代际为准，目前主流的IGBT已迭代到第七代产品，除了第一代产品外，其他代际都在适应的场景有所应用，代际的迭代主要是通过IGBT内部的结构改善，从而降低产品的功耗。目前IGBT的发展主要有三大特征：1）产品不追求制程，生产模式以IDM为主；2）通过改进元胞设计概念、改进垂直结构等方式提升产品在功耗、工作温度、频率等方面的性能；3）不同代际和技术路线的IGBT产品根据其性能、价格、稳定性等综合因素广泛适用于各种不同场景，例如目前工控、家电及大部分汽车IGBT使用英飞凌第四代（沟槽栅）产品，较高端车型使用英飞凌第七代（EDT2产品）。图13：英飞凌不同代际产品结构及性能差异资料来源：英飞凌，民生证券研究院据英飞凌，2020年全球IGBT市场空间达到66.5亿美元，供给格局较为集中，CR10达到82.6%，其中英飞凌市场份额超过30%。而前十大供应商中，国内供应商份额较少，当前只有士兰微、斯达半导和华微电子在个别细分品类中挤入前十大份额，当前IGBT仍有较大的国产替行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告10代空间。2020年，全球IGBT单管CR10为85.7%，国内仅有士兰微一家进入全球前十大供应商，份额为2.6%；全球IGBT模块CR10为79.1%，斯达半导表现优异，为全球第六大供应商，市场份额达到2.8%；全球IPM模块CR10为87.9%，士兰微和华微电子分别位列第九和第十，合计份额达到2.5%。IGBT总体来看，全球CR10份额为82.6%，其中国内厂商在前十大份额中占比为2.7%，当前IGBT仍有较大的国产替代空间。图14：2020年全球IGBT单管前十大供应商（亿美元）图15：2020年全球IGBT模块前十大供应商（亿美元）资料来源：英飞凌，民生证券研究院资料来源：英飞凌，民生证券研究院图16：2020年全球IPM模块前十大供应商（亿美元）图17：2020年全球IGBTCR10及国内厂商份额（%）资料来源：英飞凌，民生证券研究院资料来源：英飞凌，民生证券研究院1.2.3SiC和GaN性能优异，但技术和工艺仍有待完善硅基衬底是目前技术和工艺最成熟、成本最低的功率半导体材料；碳化硅器件具有更高的频率、功率性能，目前在汽车电子领域已有所应用；氮化镓主要用在高频率场景，目前主要应用领域是超级快充。不同材料衬底的特性决定了其功率和频率特性，从而具有不同的适用场景：1）功率：功率器件的击穿电压取决于电场给载流子施加的速度是否能造成半导体材料发生雪崩击穿，024602468101214024685.7%79.1%87.9%82.6%2.6%2.8%2.5%2.7%0%20%40%60%80%100%IGBT单管IGBT模块IPM模块IGBT整体CR10国内厂商份额行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告11因此宽禁带半导体具备更大的击穿电场强度，碳化硅（3.4eV）和氮化镓（3.2eV）的禁带宽度远大于硅（1.12eV），从而碳化硅和氮化镓功率器件的击穿电压高于硅基器件。2）频率：功率半导体的开关时间取决于载流子迁移速度、晶体管发射级和集电极的间距，因而具备更高饱和电子迁移速率和相对小体积的氮化镓（2.510^7cm/s）和碳化硅（210^7cm/s）功率器件的频率性能高于硅（110^7cm/s）基功率器件。此外，第三代半导体在最高工作温度方面同样显著优于硅基功率器件。表3：不同衬底材料性能对比指标参数硅（第一代）砷化镓（第二代）碳化硅（第三代）氮化镓（第三代）禁带宽度（eV）1.121.433.203.40饱和电子漂移速率（107cm/s）1.001.002.002.50热导率（Wcm-1K-1）1.500.544.001.30击穿电场强度（MV/cm）0.300.403.503.30最大工作温度（Tmax，℃）150-760800资料来源：《宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路》，民生证券研究院注：碳化硅有200多种晶型，上表列示目前主流的碳化硅晶型4H-SiC的参数。基于不同衬底的特性，硅、碳化硅和氮化镓衬底的功率器件呈现出不同的工作范围和应用场景。硅基功率器件主要用于25V-6500V和相对低频的应用范围，典型应用场景包括工控、家电等；碳化硅功率器件的工作电压介于650V-3300V，主要应用于相对高频和高压的场景；氮化镓器件工作电压相对较低，介于80V-600V之间，但具有很好的高频性能，主要应用场景包括快充、高端服务器、5G通信等领域。图18：硅、碳化硅、氮化镓衬底功率器件主要应用场景资料来源：英飞凌，民生证券研究院当前SiC和GaN材料仍在开发早期，当前国内大力投资第三代半导体材料，预计未来有望行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告12实现对国外厂商的弯到超车。据CASAResearch统计，2019年国内第三代半导体材料市场空间为24亿元。而过去几年国内第三代半导体投资快速增长，2020年中国SiC和GaN投资规模分别达到550亿元和144亿元，产业的大力投资预期有望带来第三代半导体技术的加速成熟和市场空间的快速增长，预计至2025年，中国第三代半导体市场空间有望达到315亿元，相比2019年CAGR增速达到53.60%。图19：2017-2020年中国SiC和GaN投资额（亿元）图20：2016-2025年中国SiC和GaN器件市场规模（亿元）资料来源：CASAResearch，民生证券研究院资料来源：CASAResearch，民生证券研究院6560220.8550191124514401002003004005006002017201820192020碳化硅氮化镓050100150200250300350行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告132IGBT市场空间测算及国内厂商进展分析2.1IGBT需求迎来快速增长期，新能源车是主要驱动力IGBT在功率器件中的市场空间仅次于MOSFET，受益于下游新能源发电、电动车的快速普及，行业空间快速成长，且当前工艺仍在快速更新，国内厂商市场份额较低且正在快速追赶海外龙头的技术水平，具备极佳的国产替代前景，因此我们将就IGBT市场空间进行详细拆解和分析。据测算，中国IGBT市场空间有望在2025年达到591亿元，相比于2020年CAGR增速达到22.8%。2025年国内IGBT需求格局中，新能源汽车、光/风/储能、工控、家电、轨交电网五大场景市场空间有望分别达到231亿元、183亿元、85亿元、69亿元和11亿元。新能源汽车有望成为国内IGBT最大且增速最快的应用场景。据测算，至2025年国内新能源车用IGBT市场有望达到231亿元，5年CAGR增速达到48%，占国内IGBT总需求的40%。同时，新能源汽车用IGBT由于性能、稳定性要求较高，毛利率达到35%-40%，可谓功率器件“兵家必争之地”。表4：2020-2025年中国IGBT需求测算（亿元）20202021E2022E2023E2024E2025E5年CAGR毛利率新能源汽车32.6476.25125.98159.08187.99231.4447.96%35%-40%光伏、风电、储能67.9164.5789.31112.19144.44183.0921.94%35%工控52.9558.1764.1570.3877.1784.539.81%25%家电46.3050.6455.2459.9664.6069.238.38%25%轨交电网8.068.498.999.5510.2110.976.36%45%其他4.245.277.018.399.8911.8222.75%-合计212.10263.39350.68419.56494.29591.0822.75%-资料来源：Wind，中电联，GWEC，WoodMackenzie.，CPIA，Yole，民生证券研究院测算注：各下游应用场景毛利率为预测数据2.2新能源车成为IGBT需求增长的最大来源2.2.1新能源车相比燃油车的功率半导体单车价值量有较大提升汽车电动化带来内部功率半导体应用场景快速增加。传统燃油车中的功率半导体主要用于辅助驱动系统，而新能源车汽车中功率半导体的应用场景涵盖牵引逆变器、OBC、高低压辅助驱动系统、DCDC模块、充电桩等。新能源车用功率半导体的品类和数量相较传统燃油车均有较大提升。车用功率半导体相较于工业级功率半导体的性能要求同样存在差异。工业级功率半导体产品品类多、标准化程度高、应用环境复杂、失效率要求相对较低、产品生命周期较短；而汽车级功率半导体产品品类相对较少，但定制化程度高、高温和振动性能要求较高、失效率要求严格、产品生命周期要求更长。行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告14图21：功率半导体在新能源汽车上的应用图22：汽车级和工业级功率半导体性能要求资料来源：英飞凌，安森美，民生证券研究院资料来源：民生证券研究院整理相较于传统燃油车，新能源汽车的功率半导体单车价值量有显著的提升，新能源车单车功率器件的用量主要和车的功率大小、电气化程度相关。一般而言，新能源车的功率越大，电气化程度越高，单车功率半导体价值量越大。根据英飞凌数据，新能源汽车的单车功率半导体价值量可达到400美元，约为传统燃油车的5倍。据我们测算，随着单车功率器件价值量的提升和新能源车的逐步渗透，国内新能源车用IGBT市场空间有望在2025年达到231亿元，为2020年的7倍。图23：不同新能源车型功率半导体单车价值量（美元）图24：国内新能源车用IGBT市场空间预测（亿元）资料来源：英飞凌，民生证券研究院资料来源：Wind，中电联，GWEC，WoodMackenzie.，CPIA，Yole，民生证券研究院测算1、牵引逆变器牵引逆变器是新能源汽车的核心功率器件，主要为汽车提供扭矩和加速度。常见的牵引逆变器功率水平在40kW-150+kW，运行电流达到1000A，额定工作电压为600V-1200V。为了适应大功率、高压和大电流的工作环境，新能源车牵引逆变器通常采用IGBT、SiC等产品。从价值量来看，不同车型的牵引逆变器价格区间较大，A00级车型单车IGBT价值量在600元，而高端车型可达到3000-4000元以上。0100200300400500600700800900燃油汽车48VMHEVFHEV/PHEV其他传感器增加价值量MCU增加价值量功率半导体增加价值量燃油汽车半导体用量32.64231.4405010015020025020202025ECAGR增速48%行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告15图25：新能源车牵引逆变器电路图资料来源：安森美，民生证券研究院2、OBC模块车载功率模块的功能主要为将外部提供的交流电，转换成新能源车电池充电所需的稳定高压直流电。OBC的工作功率范围通常在3.3kW-22kW之间，并且能够为汽车主电池提供800V以上的电压。OBC中主要用到功率半导体的模块包括整流模块、功率因数校正模块和DCDC模块（内含初级侧DCDC和二次整流模块）。OBC可以进一步细分为单相OBC和双向OBC两种类型，双向OBC具有反向充电功能。当前OBC采用的主流功率器件为IGBT、MOSFET和二极管，而SiC器件由于具有更低的开关损耗，更高的开关速度和更高的工作温度，也在逐渐进入OBC应用领域。图26：新能源车OBC模块电路图资料来源：安森美，民生证券研究院3、高低压辅助驱动系统高低压辅助驱动系统和主牵引系统类似，核心部件均为逆变器，但辅助驱动系统主要电动水泵、涡轮增压机、电动冷却风扇等辅助电机系统提供三相交流电源，因此具有相对较低的额定电压和电流水平。以安森美ASPM模块为例，其核心部分主要由6个IGBT组成的三个半桥模块行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告16构成。辅助驱动系统常用的功率器件类型包括MOSFET、IGBT和SiC器件等。图27：安森美用于新能源车高压辅助驱动系统的三相智能功率模块拓扑图资料来源：安森美，民生证券研究院4、DCDC模块新能源车用DCDC模块主要是为了将主电池中400V或800V的高压电流转换成12V的低压电流，为动力转向系统、空调冷机等其他辅助系统系统所需的电力。DCDC模块的常用功率水平为1kW-3kW，高压侧稳定电压为650V-1200V，低压侧额定电压为40V，常用的功率器件包括MOSFET、IGBT、二极管和SiC器件等。图28：新能源车DCDC模块电路图资料来源：安森美，民生证券研究院5、充电桩功率模块由于直流充电桩需要整流，并且具有更高的工作电流和功率，因此使用功率半导体价值量较大的主要是直流充电桩。直流充电桩中主要用到功率器件的模块包括整流模块、功率因数校正模块和DCDC模块，目前直流充电桩中用到的功率器件主要包括650V-1200V的二极管、IGBT和SiC器件等。行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告17图29：直流充电桩电路拓扑图资料来源：安森美，民生证券研究院2.2.2新能源车用IGBT需求有望在2025年达到231亿元新能源车用IGBT主要应用场景包括主电控、OBC、空调、电子助力转向、充电桩等场景，根据不同车型，新能源汽车单车IGBT价值量在1500-5000元之间。核心假设：1）A级以上EV、PHEV和商用车单车主电控中IGBT价值量在2000元以上；2）A00和A0级EV单车主电控中IGBT价值量在700-800元左右；3）单车OBC、空调、转向助力系统等IGBT价值量在400元左右。测算结果：2020年中国新能源车用IGBT需求量达到32.64亿元，预计到2025年有望达到231.44亿元，5年CAGR增速达到47.96%。表5：新能源车用IGBT价值量电控OBC空调电子助力转向充电桩物流车大巴车A00级A级车以上两驱：3个模块，1000元四驱：3米大巴，6个模块，3000元10米大巴，6个模块，3600元1个模块，700元两驱车：1个模块，1000元以上24颗IGBT单管，300元以下1颗IPM,100元以内1颗模块,200元以内慢充用1-2颗IGBT半桥模块，200元以内若采用SiC方案，1000元以上四驱车：2个模块，2000元以上高端四驱车：3个模块，3000-4000元以上功率小于80KW,水冷方案，对体积要求不高，成本敏感功率小于180KW,水冷对体积要求不高，续航要求高功率小于100KW，直冷方案，对体积要求高，成本敏感功率100KW+,直冷方案，功率密度、可靠性要求高功率6.6kW,PFC/OBC:650V/75ADC-DC:100V/1-300A功率4kW左右参数：1200V/20A-30A功率15kW-20kW参数:1200V/50A、75A小于20KW;1200V/40-200A资料来源：民生证券研究院整理行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告18表6：2020-2025年中国新能源车用IGBT需求测算（亿元）20202021E2022E2023E2024E2025E销量（万辆）EV100261420520630780其中：A00/A0占比40%38%35%32%30%25%PHEV244175120145180商用车121318253550合计1363155136658101010合计YOY131.6%62.9%29.6%21.8%24.7%单车价值量（万元）A级以上EV0.280.280.280.270.250.24A00/A0级EV0.080.080.080.070.070.07PHEV0.200.200.190.180.170.16商用车0.200.200.200.190.180.17OBC、空调、转向助力系统0.040.040.040.040.040.04市场规模（亿元）EV乘用车205388106124153PHEV乘用车5814222529商用车234569电控小计2764105132156191OBC、空调、转向助力系统51321273240合计32.6476.25125.98159.08187.99231.44合计YOY133.60%65.23%26.27%18.17%23.12%资料来源：Wind，中电联，GWEC，WoodMackenzie.，CPIA，Yole，民生证券研究院测算注：国内各车型2021-2025年出货量及A00/A0占比为假设数据2.2.3国内厂商布局新能源车用IGBT情况当前国内功率厂商中，时代电气、斯达半导、比亚迪半导体、士兰微和宏微科技等厂商已取得车企定点项目。其中时代电气主供中车旗下商用车，并和广汽、东风等乘用车企合资成立IGBT模块封装公司，目前已大批量供货广汽、东风、小鹏、理想等客户；斯达半导与国内大部分主流车企取得合作关系，当前客户包括比亚迪、广汽、长安、奇瑞、北汽等；比亚迪半导体IGBT模块主供母公司，同时小部分外售给东风、长安等车企；士兰微当前主供客户包括零跑、汇川、上汽、吉利等厂商；宏微科技正在和一汽、北汽、长城等厂商进行定点项目认证工作。从企业优势来看，时代电气、斯达半导、士兰微技术进展较快，目前已有英飞凌4代（沟槽栅）和7代（精细沟槽栅）对标产品，而比亚迪半导体由于背靠母公司比亚迪，在汽车模块出货规模上具备优势。而价格方面，国内厂商相比海外龙头英飞凌具备明显的价格优势，预计随着产品稳定性、产能的逐步提升，国内厂商在汽车IGBT领域与海外公司相比具备竞争优势。行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告19表7：新能源汽车供应商定点情况合作车厂时代电气斯达比亚迪士兰微宏微科技资料来源：民生证券研究院整理表8：新能源车用IGBT厂商情况梳理项目时代电气斯达半导士兰微BYD半导技术对标英飞凌4代(沟槽栅)和7代(精细沟槽栅)英飞凌4代(沟槽栅)和7代(精细沟槽栅，预计22年批量)英飞凌4代(沟槽栅)和7代(精细沟槽栅)英飞凌2代(平面.栅)、4代(沟槽柵)晶圆总产能IDM8英寸3万片Fabless，与华虹和上海先进开展深度合作IDM5/6寸22万片；8寸6万片；12寸4万片；6寸和8寸均有布局车用营收预计22年10亿+预计22年10亿+累计装车数十万辆预计22年5亿+，累计装车几万辆自用为主客户中国中车、东风、广汽、理想、长安、小鹏、哪吒东风、长城、奇瑞、比亚迪、江淮、小鹏零跑、吉利、比亚迪蓝海华腾、东风、长安资料来源：民生证券研究院整理2.3风、光、储能是IGBT增长的重要动力2.3.1功率器件是新能源发电的核心器件在新能源发电应用中，功率半导体主要应用在汇流、整流、逆变、变压等场景，可以将光伏和风电产生的在不同频率、电压等级的电流转化成电网能够容纳的标准电流。在光伏应用中，太阳能板发出的直流电经过汇流和逆变，转换成低压交流电，再经过变压器转换成并网需要的高压交流电；在风电应用中，风机发出的变化的交流电先经过整流器转换成直流电，经过直流升压电路，并被逆变器转换成并网需要的高压交流电。光伏和风电的逆变器由于需求的功率和电压等级较高，通常以IGBT和SiC器件为主。行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告20图30：光伏并网系统电路图图31：风电并网系统电路图资料来源：电脑杂谈，民生证券研究院资料来源：鹏凡科艺，民生证券研究院光伏逆变器可进一步分为组串式逆变器和集中式逆变器，2021年国内新增光伏装机中80%左右采用组串式逆变器。组串式逆变器安装在汇流箱之前，因此除了DCAC模块以外，还安装有汇流模块，组串式逆变器的额定功率通常在200kW以下，而集中式逆变器的额定功率通常在600kW-3000kW不等。据北极星太阳能光伏网统计，2021年截至11月国内累计招标近30GW的光伏逆变器项目中，组串式逆变器的招标规模约为23GW，约占81%，而集中式逆变器招标规模约为5GW，占比约18.5%，国内光伏逆变器仍以组串式为主，且份额有上升趋势。从均价来看，组串式逆变器由于需求的数量较多，含汇流模块等原因，相较于集中式逆变器的价格更高。据英飞凌数据，集中式逆变器中IGBT成本约为2500欧元/MW（2000-3000欧元/MW），组串式逆变器中IGBT成本约3500欧元/MW（2500-5000欧元/MW）。图32：组串式逆变器和集中式逆变器电路图图33：2021年截至11月国内光伏逆变器装机比例（%）资料来源：易事特，民生证券研究院资料来源：北极星太阳能光伏网，民生证券研究院光伏用功率器件在制造难度、成本要求等方面相对较高，单管加速替代，模块蓄势待发。相较于工控、汽车等应用领域，光伏逆变器中的IGBT模块要求更高的频率，更高的能量转化效率，对极端环境更高的可靠性要求以及更复杂的定制化要求，因此单管先实现加速替代，而模块蓄势待发。长期看，我们认为，当前国内新能源快速推进，下游需求空间广阔，且客户降成本诉求较高，国产厂商高性能产品快速突破，且相较国外厂商具有价格优势，国产替代潜力较大。81.00%18.52%0.48%组串式逆变器集中式逆变器其他行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告21图34：光伏逆变器的性能要求较高资料来源：民生证券研究院2.3.2风、光、储能用IGBT需求有望在2025年达到197亿元核心假设：1）中国产逆变器2020年全球市场份额为60%且逐步提升；2）光伏、风电、储能逆变器中IGBT的价值量分别为0.3亿元/GW、0.5亿元/GW、0.4亿元/GW。测算结果：2020年中国光伏、风电和储能逆变器中IGBT合计需求量达到68亿元，预计到2025年有望达到183亿元，5年CAGR增速达到21.94%。表9：2020-2025年中国光伏、风电和储能用IGBT需求测算（亿元）20202021E2022E2023E2024E2025E新增装机量（GW）光伏140165220282355454YoY18%34%28%26%28%风电114759299112126YoY-34%23%8%13%13%储能515365690131YoY183%141%56%60%46%单GWIGBT价值量（亿元/GW）光伏0.300.300.300.300.300.30风电0.500.500.500.500.500.50储能0.400.400.400.400.400.40并网损失乘数1.121.121.121.121.121.12IGBT市场空间（亿元，考虑发电侧并网损失）光伏47557495119152风电644252556371储能2716254059合计113.19104.15141.76175.30222.21281.67YoY-7.98%36.11%23.66%26.76%26.76%中国市占率60%62%63%64%65%65%中国市场空间67.9164.5789.31112.19144.44183.09资料来源：中电联，GWEC，WoodMackenzie.，CPIA，民生证券研究院测算注：2021-2025年全球风电、光伏、储能装机量为假设数据行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告222.3.3国内厂商布局光伏、风电IGBT情况目前国内光伏、风电和储能领域主要供应商仍为海外功率器件龙头厂商，如英飞凌、安森美、三菱等。国内厂商中，时代电气较为领先，目前在光伏、储能和风电IGBT模块均有供货；斯达半导、士兰微、宏微科技、新洁能等厂商也在加速布局中。表10：功率半导体厂商光伏逆变器布局情况厂商微型逆变器/储能（单管）组串式逆变器（模组）集中式逆变器（模组）储能逆变器（模组）风电变流器（1700V模组）英飞凌√√√√√安森美√√√√三菱（威科）√√√√斯达√√√时代电气√√√√宏微√√士兰微√√新洁能√资料来源：民生证券研究院整理2.4工控和家电是IGBT需求的稳定来源2.4.1功率器件广泛应用于工控和家电领域工控领域的功率器件应用较为分散，主要的应用场景包括伺服系统、变频器、逆变电焊机、UPS电源等。1）伺服驱动单元：伺服驱动单元中的功率模块将直流电转变为电机需要的三相交流电，若输入为交流电，则还需要进行整流；2）变频器：变频器的主要功率器件主要包含整流部分和逆变部分，其中整流部分常用二极管，逆变部分根据需求不同，可用MOSFET或IGBT等；3）逆变焊机：焊机进行逆变主要是为了降低有功功率，因而先将三相或单相50Hz频率的电流整流，再逆变成15-100kHZ的交流电，再次整流获得输出焊接电流；4）UPS电源：内部的功率模块主要包括整流器和逆变器，当市电正常时，UPS电源一方面给负载稳压，另一方面通过整流向电池充电；当市电中断时，UPS电源通过蓄电池和逆变器输出负载需要的220V电压。图35：伺服驱动单元拓扑图图36：变频器主电路拓扑图资料来源：《伺服与运动控制》，民生证券研究院资料来源：《浅谈高压变频器的电路拓扑结构》，民生证券研究院行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告23图37：逆变弧焊电路结构图图38：UPS电源电路结构图资料来源：威尔达，民生证券研究院资料来源：知乎，民生证券研究院当前全球工控市场仍维持稳步增长，而国内在一些高精尖产品的国产化率仍较低。以伺服电机为例，据MIR统计，全球私服电机需求量在2020年达到3873万台，同比增杂行3.20%，而当前国内伺服电机市场仍被日本和欧美品牌占据大半，国产品牌的市占率仅为20%左右，且主要以低端伺服电机为主。我们认为，全球工控领域功率器件的需求稳步提升，及部分高端产品国产替代的加速，能够有效促进国内工控用功率器件需求的提升。图39：全球伺服电机市场需求量（万台，%）图40：国内伺服电机市场格局资料来源：MIR，前瞻产业研究院，民生证券研究院资料来源：前瞻产业研究院，民生证券研究院在家电领域，近年来变频家电渗透率的快速提升有效驱动了功率半导体的需求。通过功率半导体的变频功能，家电能耗将有效下降，以空调为例，变频空调的平均耗电量将比传统空调下降30%以上。近年来国内变频家电渗透率快速提升，据产业在线统计，2020年10月，国内空调、冰箱和洗衣机的变频产品渗透率分别达到71.59%、36.13%和50.32%，相较2015年初分别提升42.39pct、29.25pct和32.36pct。变频家电的变频器件主电路包含整流部分和逆变部分。其中空调通常使用3个IPM模块（一个压缩机，一个内机和一个外机风扇），冰箱常用IGBT单管。从价值量来看，空调、冰箱、洗衣机的功率器件价值量在10-50元之间。0%4%8%12%050010001500200025003000350040004500需求量YoY行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告24图41：中国家电销量和家电渗透率（万台，%）图42：变频空调主电路拓扑图资料来源：产业在线，民生证券研究院资料来源：中科君芯，民生证券研究院2.4.2工控和家电用IGBT需求有望在2025年均达到66亿元以上核心假设：1）工业变频器单机售价10%左右为IGBT；2）以汇川的产品为例，小型伺服系统单价1100-1200元，单机IGBT价值量为30-40元，占比3%左右；中型伺服系统单价1500-1800元，单机IGBT价值量120-150元，占比10%左右；大型伺服系统单价2500-2600元，单机IGBT价值量150-250元，占比8%左右；3）伺服系统中，大型、中型和小型伺服系统的占比分别为45%、37%和18%。测算结果：2020年中国工控用功率半导体中IGBT合计需求量达到52.95亿元，预计到2025年有望达到84.53亿元，5年CAGR增速达到9.81%。0%20%40%60%80%100%02004006008001000120014001600180020002015-012015-082016-032016-102017-052017-122018-072019-022019-092020-042020-112021-06空调冰箱洗衣机变频空调渗透率变频冰箱渗透率变频洗衣机渗透率行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告25表11：2020-2025年中国工控用IGBT需求测算（亿元）20202021E2022E2023E2024E2025E工控产品市场规模（亿元）变频器541590655724800883伺服系统149169181192203214占比假设小型伺服系统45%45%45%45%45%45%中型伺服系统37%37%37%37%37%37%大型伺服系统18%18%18%18%18%18%IGBT价值量占比假设变频器8%8%8%8%8%8%小型伺服系统3%3%3%3%3%3%中型伺服系统10%10%10%10%10%10%大型伺服系统8%8%8%8%8%8%IGBT市场规模（亿元）变频器43.347.252.457.964.070.6伺服系统9.711.011.712.513.213.9合计52.9558.1764.1570.3877.1784.53合计YoY9.85%10.28%9.72%9.65%9.53%资料来源：前瞻产业研究院，民生证券研究院测算核心假设：1）冰箱、空调和洗衣机中IGBT价值量分别为10元、40元和15元；2）国内变频家电的渗透率持续提升。测算结果：2020年中国家电用功率半导体中IGBT合计需求量达到46.30亿元，预计到2025年有望达到69.23亿元，5年CAGR增速达到8.38%。表12：2020-2025年中国白电用IGBT需求测算（亿元）20202021E2022E2023E2024E2025E产量（万台）冰箱844386128784896091399322空调144911463514782149301507915230洗衣机642964936558662466906757渗透率冰箱45%50%58%65%69%73%空调65%70%75%80%85%90%洗衣机50%55%59%64%70%75%IGBT价值量（元）冰箱101010101010空调404040404040洗衣机151515151515白电IGBT市场规模（亿元）冰箱3.84.35.15.86.36.8空调37.741.044.347.851.354.8洗衣机4.85.45.86.47.07.6合计46.3050.6455.2459.9664.6069.23合计YOY9.39%9.09%8.53%7.74%7.17%资料来源：Wind，民生证券研究院测算注：假设2021-2025年国内冰箱产量年增速为2%，空调和洗衣机产量年增速为1%行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告262.4.3工控领域IGBT国内厂商布局情况工控领域的IGBT模块相对光伏和新能源车而言壁垒较低，目前国内厂商已在中低端应用领域起量，并逐步向高端产品发起冲击。当前斯达半导、宏微科技、士兰微、比亚迪半导体在工控领域IGBT低端应用均有布局，斯达半导等厂商已开始冲击高端应用场景，传统海外龙头公司富士电机、三菱等厂商份额出现下滑。表13：功率器件厂商在工控领域IGBT产品布局厂商焊机&电磁炉变频&伺服电梯&起重机器人&五轴联动英飞凌√√√√富士电机√√√√三菱√√√√斯达√√√宏微√√士兰微√√比亚迪√资料来源：民生证券研究院整理家电领域，国内IPM模块龙头供应商为士兰微，据公司数据，2021年国内主流白电整机厂共使用超过3800万颗士兰微IPM模块，同时士兰微正在持续推出家电用IPM新品模块，产品品质不断提升。除士兰微外，斯达、宏微、华润微等厂商在家电用IGBT领域亦布局多年，其他厂商如扬杰科技仍同样在快速切入过程中。表14：国内功率器件厂商在家电IGBT领域的布局情况厂商名称家电IGBT布局情况士兰微2021年，公司IPM模块的营业收入突破8.6亿元人民币，较上年增长100%以上；国内多家主流的白电整机厂商在变频空调等白电整机上使用了超过3,800万颗士兰IPM模块，较上年增加110%；公司还推出了2代IPM模块，与1代IPM模块相比，2代IPM具有更高的精度、更低的损耗和更高的可靠性。斯达2021年公司变频白色家电及其他行业的营业收入为6,005.56万元，较去年同期增长59.48%；公司IPM模块在国内白色家电、工业变频器、伺服控制器等行业继续开拓，不断加强和主流家电厂商的合作，市场份额持续提高。宏微2020年，公司来自变频白色家电领域收入为812.79万元，占收入比重为2.45%华润微智能功率IPM模块封装技术国内领先，进一步扩大国内白色家电、工业变频器等市场份额资料来源：各公司公告，民生证券研究院行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告273关注国内厂商的品类切换、结构优化、产线升级节奏3.1产品品类升级，高端产品对标海外龙头厂商国内功率器件的厂家正在进行产品的优化升级，产品性能逐步对标海外厂商，从而获取更强的竞争力。国内功率器件厂商的主要产品从过去以二极管、晶闸管、平面型MOS向性能更加优越的超结和屏蔽栅MOS升级，同时在IGBT、SiC器件上也正在快速追赶海外龙头厂家。从MOSFET来看，超结和屏蔽栅MOS由于具有更好的高频、高压特性以及更低的损耗，目前具备更优良的应用性能。以新洁能为例，2021年公司产品结构中屏蔽栅MOS的占比为39%，相比2017年提升28pct。同时公司的毛利率也随之有所改善，2021年全年毛利率为39.12%，相较2017年提升14.43pct。图43：新洁能产品结构拆分及毛利率变化情况（亿元，%）资料来源：新洁能公告，民生证券研究院IGBT方面，国内厂商快速进行产品研发，目前时代电气、士兰微、斯达半导等厂商技术水平已能够对标海外龙头英飞凌第七代产品。同时IGBT厂商也在加快自有产线建设节奏，闻泰科技、时代电气、士兰微和华润微等IDM厂商在IGBT产线上均有布局，预计未来两年有望进一步加快产能释放节奏。表15：国内功率半导体公司IGBT布局情况梳理厂商名称类型布局IGBT产品情况闻泰科技IDM并购Newport获得8寸片产能时代电气IDM主要用于轨交、电网、新能源车，自有8寸产线并逐步扩产士兰微IDM产品广泛应用于新能源车、家电、工控等，自有6寸和8寸IGBT产能，并逐步向12寸迁移华润微IDM产品应用于新能源车、工控、家电等领域，自有8寸产线并逐步扩产斯达半导Fabless产品应用于新能源车、工控、光伏等领域，与华虹、积塔合作获得产能新洁能Fabless已实现小批量生产，产能来自华虹宏微科技Fabless产品应用于新能源、工控等领域，产能来自Newport、华虹等扬杰科技Fabless已实现批量出货，与中兴绍兴合作获得产能资料来源：各公司公告，民生证券研究院0%20%40%60%024681012141620172018201920202021沟槽型屏蔽栅超结IGBT屏蔽栅占比IGBT占比毛利率行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告28国内主流功率半导体厂商在SiC器件均有前瞻布局。其中斯达半导、比亚迪半导体、宏微科技以封装为主，外采CREE等海外厂商SiC芯片；士兰微、时代电气、华润微、扬杰科技等厂商均自行研发SiC芯片。我们认为，SiC未来在新能源车等领域部分场景具备性能优势，而目前全球厂商仍处于产业早期，当前是国产功率厂商通过SiC实现国产替代的关键窗口期。表16：国内功率半导体公司SiC布局情况梳理厂商名称布局SiC情况士兰微2021年SiC功率器件试线已通线，已完成车规级SiC-MOSFET器件的研发，等待全面的可靠性评估，后续逐步量产。时代电气2017年跑通6寸线，SiC二极管、SiCmos已有产品，且推出国内首个基于自主SiC器件的电驱斯达截至2021年9月8日，SiCmos封装模块订单已有3亿以上，芯片来源CREE、意法半导体等新洁能2021年投入第三代半导体SiC/GaN功率器件及封测的研发及产业化项目比亚迪自封SiCmos封装模块宏微封装模块华润微SiC二极管已有销售，近期公布自主研发量产的SiCmos产品，进一步规划SiC沟槽mos扬杰科技自主设计、封测碳化硅，在外部流片资料来源：各公司公告，民生证券研究院3.2下游市场切换，新能源收入占比快速提升新能源车和风/光/储能有望成为对功率器件需求增长最快的下游应用领域。以IGBT为例，据我们测算，至2025年国内IGBT市场中，新能源汽车的需求有望达到231亿元，相较2020年提升7倍以上；风/光/储能的需求有望达到197亿元，相较2020年提升3倍。新能源汽车、光伏、风电、储能等市场具备更大的市场空间，更高的成长性和更强的利润率水平，有望成为功率器件厂商竞争的核心战场。图44：2020年中国IGBT下游应用场景拆分（%）图45：2025年中国IGBT下游应用场景拆分（%）资料来源：Wind，中电联，GWEC，WoodMackenzie.，CPIA，Yole，民生证券研究院测算资料来源：Wind，中电联，GWEC，WoodMackenzie.，CPIA，Yole，民生证券研究院测算目前国内厂商正在加速新能源领域的产品研发和验证节奏。新能源车方面，时代电气、斯达半导、BYD半导、士兰微、宏微科技等厂商均已实现车用IGBT的批量出货；新能源发电领域，国内厂商在光伏领域进展更快，时代电气、斯达半导、宏微科技、新洁能等在光伏领域已实现规模收入，其中时代电气和斯达半导在风电领域也已经实现批量出货。新能源行业的应用占比也有望进一步带动厂商营收增速和利润率的提升。以斯达半导为例，2021年公司新能源行业收入占比达到33.48%，同比提升11.17pct；2021年公司毛利率为36.73%，同比提升5.16pct；受益于新能源收入的快速增长，2021年公司营收增速达到77.22%，16%33%24%22%4%2%新能源汽车光伏、风电、储能工控家电轨交电网其他40%34%11%11%2%2%新能源汽车光伏、风电、储能工控家电轨交电网其他行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告29同比提升53.67pct。图46：斯达半导营收构成及毛利率变化情况（亿元，%）资料来源：斯达半导公告，民生证券研究院3.3晶圆产线持续升级，功率产品价格更优、性能更良相较于小尺寸晶圆，大尺寸晶圆在代工成本、产品性能等方面更具备优势。当前国内功率产线中，6寸晶圆主要用于生产二极管、三极管等产品，同时SiC器件由于工艺不够成熟，同样主要在6寸晶圆上生产；8寸晶圆主要生产MOS、IGBT、功率IC等产品；12寸晶圆主要生产大功率MOS、IGBT等先进产品。相较于8寸产线，12寸产线代工成本更低，设备更易获得，同时由于12寸晶圆采用的设备更加先进，生产的器件也具备更加优良的性能和稳定性。随着国内厂商研发和产线的升级，12寸晶圆有望成为未来的主流产线。表17：不同尺寸晶圆对比及优劣势项目6英寸8英寸12英寸出现时间198419912001晶圆直径（mm）150200300晶圆厚度（μm）675725775100mm^2芯片可切割数量-269640主要产品二极管、三极管、SiCMOSFET、IGBT、功率ICMOSFET、IGBT优势-工艺较为简单，产线成熟，良率高成本低，产品性能好缺点-成本较高，设备紧缺工艺较难，资本开支大，良率低资料来源：芯片工艺技术，民生证券研究院当前国内功率IDM厂商已纷纷开始布局12英寸晶圆产线，产能有望在2022年逐步开出，进一步带动厂商营收增长和产品性能提升。士兰微计划投资两条12英寸产线，其中第一条产线一期已于2020年12月投产，未来两年产能有望进一步爬坡；闻泰科技计划投资120亿元在上海临港扩建12英寸车规级产线，预计达产后产能为3万片/月；华润微计划总投资75.5亿元，预计产能3万片/月。0%20%40%60%80%100%024681012141618201620172018201920202021工控及电源新能源行业变频白色家电及其他新能源行业占比毛利率营收YoY行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告30表18：国内布局12英寸产线的厂商梳理厂商名称进展士兰微第一条总投资70亿元，预计产能8万片/月，2020年12月投产；第二条投资100亿元闻泰科技投资120亿元在上海临港扩建12英寸车规级产线，预计达产后产能3万片/月华润微总投资75.5亿元，预计产能3万片/月，达产时间2022年资料来源：各公司公告，民生证券研究院行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告314投资建议行业高景气持续，货期、产品价格均维持高位。从2022年一季度情况来看，海外龙头厂商英飞凌和意法半导体先后发布涨价函，据富昌电子1Q22海外功率厂商货期环比普遍增加10-20周以上，最高货期达到52周，平均货期为疫情以来最高水平。从2022全年来看，国内新能源汽车、光伏等领域功率器件需求仍处于供不应求的状态，行业高景气有望持续。功率器件长期需求仍有望维持高速增长。全球新能源的快速渗透有望带动功率器件需求快速增长，据我们测算，至2025年国内IGBT市场空间有望达到591亿元，5年CAGR增速达到23%，其中，新能源汽车、光伏、风电、储能等领域有望贡献主要增量。下游需求的持续高速增长有望带动功率器件高景气维持，厂商业绩持续增长。功率器件国产化率仅为22%，高端产品国产化率更低。据我们统计2021年国内主要功率器件上市公司相关收入占国内功率器件总市场比重仅22%，且当前国内功率器件仍以二极管、晶闸管等低端产品居多，高端产品如IGBT、SiC等国产化率更低。当前国内厂商在高性能功率器件持续发力，产品性能、可靠性和稳定性等已具备对标海外一线龙头的能力，随着未来下游需求的持续增长，功率器件国产化率有望进一步提升。重视国内厂商的产品品类从低端向高端切换，产品下游应用领域优化以及晶圆产线的升级节奏。当前国内厂商正在经历几大重要变化：1）产品品类从过去以二极管、晶闸管、平面型MOS向性能更加优越的超结、屏蔽栅MOS升级，同时在IGBT、SiC器件加快布局；2）下游需求结构中，新能源行业的占比快速提升，带动厂商营收增速和毛利率的进一步上升；3）从6寸到8寸，再到12寸晶圆升级，主推产品性能、成本优势进一步提升。表19：功率器件行业重点关注个股证券代码证券简称股价（元）EPS（元）PE（倍）CAGR-3PEG评级2021A2022E2023E2021A2022E2023E600460士兰微44.401.071.041.3841433218.04%2.37推荐688187时代电气52.851.421.651.8737322815.18%2.11推荐603290斯达半导357.002.343.805.62153946452.08%1.80推荐605111新洁能98.002.873.674.9734272033.44%0.80推荐300373扬杰科技74.921.502.152.8150352734.13%1.02推荐688261东微半导212.002.913.485.1673614131.39%1.94推荐资料来源：Wind,民生证券研究院预测注：股价取2022年5月13日收盘价行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告325风险提示1）下游需求增速放缓的风险。当前功率器件下游需求维持快速增长，主要增长来源新能源汽车、光伏、风电、储能、工控、家电等领域，如果全球经济下行持续，新能源、工控和家电领域需求出现较大下滑，则可能进一步影响功率器件下游需求。2）产能扩张节奏不及预期风险。当前功率器件产能仍较为紧张，预计2022-2023年全球代工厂和IDM厂商产能有望得到扩充，如果厂商产能扩张不及预期，则可能影响厂商生产节奏，进而影响厂商业绩表现。3）行业竞争格局恶化的风险。当前功率器件行业处于供不应求的状态，全球厂商纷纷扩产，如果行业下游需求放缓及供应商供给能力增长过快，行业供需格局可能出现反转，使得行业竞争格局恶化，产品价格下降，进而对厂商业绩产生不利影响。行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告33插图目录图1：2019年全球功率半导体下游需求占比（%）..........................................................................................................................3图2：2020-2027年全球新能源汽车出货量（万辆）......................................................................................................................3图3：2020-2025年全球光伏和风电新增装机量（GW）...............................................................................................................3图4：功率半导体全球及国内营收增速和毛利率情况（%）............................................................................................................5图5：2018-2024年全球和中国功率半导体市场规模及预测（亿美元）.....................................................................................6图6：2016-2021年中国功率器件市场空间及国产化率（亿元，%）.........................................................................................6图7：功率半导体类别梳理.....................................................................................................................................................................6图8：功率器件和功率IC的主要功能...................................................................................................................................................6图9：2020年全球功率半导体细分品类市场空间梳理.....................................................................................................................8图10：2017-2023年全球二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT市场空间及预测（亿美元，%）...........................................8图11：MOSFET和IGBT内部结构对比..............................................................................................................................................9图12：MOSFET和IGBT性能比较.......................................................................................................................................................9图13：英飞凌不同代际产品结构及性能差异......................................................................................................................................9图14：2020年全球IGBT单管前十大供应商（亿美元）..............................................................................................................10图15：2020年全球IGBT模块前十大供应商（亿美元）..............................................................................................................10图16：2020年全球IPM模块前十大供应商（亿美元）...............................................................................................................10图17：2020年全球IGBTCR10及国内厂商份额（%）...............................................................................................................10图18：硅、碳化硅、氮化镓衬底功率器件主要应用场景...............................................................................................................11图19：2017-2020年中国SiC和GaN投资额（亿元）...............................................................................................................12图20：2016-2025年中国SiC和GaN器件市场规模（亿元）...................................................................................................12图21：功率半导体在新能源汽车上的应用........................................................................................................................................14图22：汽车级和工业级功率半导体性能要求....................................................................................................................................14图23：不同新能源车型功率半导体单车价值量（美元）...............................................................................................................14图24：国内新能源车用IGBT市场空间预测（亿元）....................................................................................................................14图25：新能源车牵引逆变器电路图.....................................................................................................................................................15图26：新能源车OBC模块电路图......................................................................................................................................................15图27：安森美用于新能源车高压辅助驱动系统的三相智能功率模块拓扑图..............................................................................16图28：新能源车DCDC模块电路图...................................................................................................................................................16图29：直流充电桩电路拓扑图.............................................................................................................................................................17图30：光伏并网系统电路图.................................................................................................................................................................20图31：风电并网系统电路图.................................................................................................................................................................20图32：组串式逆变器和集中式逆变器电路图....................................................................................................................................20图33：2021年截至11月国内光伏逆变器装机比例（%）..........................................................................................................20图34：光伏逆变器的性能要求较高.....................................................................................................................................................21图35：伺服驱动单元拓扑图.................................................................................................................................................................22图36：变频器主电路拓扑图.................................................................................................................................................................22图37：逆变弧焊电路结构图.................................................................................................................................................................23图38：UPS电源电路结构图................................................................................................................................................................23图39：全球伺服电机市场需求量（万台，%）................................................................................................................................23图40：国内伺服电机市场格局.............................................................................................................................................................23图41：中国家电销量和家电渗透率（万台，%）............................................................................................................................24图42：变频空调主电路拓扑图.............................................................................................................................................................24图43：新洁能产品结构拆分及毛利率变化情况（亿元，%）.......................................................................................................27图44：2020年中国IGBT下游应用场景拆分（%）.......................................................................................................................28图45：2025年中国IGBT下游应用场景拆分（%）.......................................................................................................................28图46：斯达半导营收构成及毛利率变化情况（亿元，%）...........................................................................................................29表格目录重点公司盈利预测、估值与评级............................................................................................................................................................1行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告34表1：全球主要功率半导体器件厂商交货周期变化情况...................................................................................................................4表2：不同类型功率半导体性能.............................................................................................................................................................7表3：不同衬底材料性能对比...............................................................................................................................................................11表4：2020-2025年中国IGBT需求测算（亿元）.........................................................................................................................13表5：新能源车用IGBT价值量............................................................................................................................................................17表6：2020-2025年中国新能源车用IGBT需求测算（亿元）.....................................................................................................18表7：新能源汽车供应商定点情况.......................................................................................................................................................19表8：新能源车用IGBT厂商情况梳理................................................................................................................................................19表9：2020-2025年中国光伏、风电和储能用IGBT需求测算（亿元）....................................................................................21表10：功率半导体厂商光伏逆变器布局情况....................................................................................................................................22表11：2020-2025年中国工控用IGBT需求测算（亿元）...........................................................................................................25表12：2020-2025年中国白电用IGBT需求测算（亿元）...........................................................................................................25表13：功率器件厂商在工控领域IGBT产品布局.............................................................................................................................26表14：国内功率器件厂商在家电IGBT领域的布局情况................................................................................................................26表15：国内功率半导体公司IGBT布局情况梳理.............................................................................................................................27表16：国内功率半导体公司SiC布局情况梳理................................................................................................................................28表17：不同尺寸晶圆对比及优劣势.....................................................................................................................................................29表18：国内布局12英寸产线的厂商梳理.........................................................................................................................................30表19：功率器件行业重点关注个股.....................................................................................................................................................31行业深度报告/电子本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告35分析师承诺本报告署名分析师具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格并登记为注册分析师，基于认真审慎的工作态度、专业严谨的研究方法与分析逻辑得出研究结论，独立、客观地出具本报告，并对本报告的内容和观点负责。本报告清晰准确地反映了研究人员的研究观点，结论不受任何第三方的授意、影响，研究人员不曾因、不因、也将不会因本报告中的具体推荐意见或观点而直接或间接收到任何形式的补偿。评级说明投资建议评级标准评级说明以报告发布日后的12个月内公司股价（或行业指数）相对同期基准指数的涨跌幅为基准。其中：A股以沪深300指数为基准；新三板以三板成指或三板做市指数为基准；港股以恒生指数为基准；美股以纳斯达克综合指数或标普500指数为基准。公司评级推荐相对基准指数涨幅15%以上谨慎推荐相对基准指数涨幅5%～15%之间中性相对基准指数涨幅-5%～5%之间回避相对基准指数跌幅5%以上行业评级推荐相对基准指数涨幅5%以上中性相对基准指数涨幅-5%～5%之间回避相对基准指数跌幅5%以上免责声明民生证券股份有限公司（以下简称“本公司”）具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格。本报告仅供本公司境内客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本报告仅为参考之用，并不构成对客户的投资建议，不应被视为买卖任何证券、金融工具的要约或要约邀请。本报告所包含的观点及建议并未考虑个别客户的特殊状况、目标或需要，客户应当充分考虑自身特定状况，不应单纯依靠本报告所载的内容而取代个人的独立判断。在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容而导致的任何可能的损失负任何责任。本报告是基于已公开信息撰写，但本公司不保证该等信息的准确性或完整性。本报告所载的资料、意见及预测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，且预测方法及结果存在一定程度局限性。在不同时期，本公司可发出与本报告所刊载的意见、预测不一致的报告，但本公司没有义务和责任及时更新本报告所涉及的内容并通知客户。在法律允许的情况下，本公司及其附属机构可能持有报告中提及的公司所发行证券的头寸并进行交易，也可能为这些公司提供或正在争取提供投资银行、财务顾问、咨询服务等相关服务，本公司的员工可能担任本报告所提及的公司的董事。客户应充分考虑可能存在的利益冲突，勿将本报告作为投资决策的唯一参考依据。若本公司以外的金融机构发送本报告，则由该金融机构独自为此发送行为负责。该机构的客户应联系该机构以交易本报告提及的证券或要求获悉更详细的信息。本报告不构成本公司向发送本报告金融机构之客户提供的投资建议。本公司不会因任何机构或个人从其他机构获得本报告而将其视为本公司客户。本报告的版权仅归本公司所有，未经书面许可，任何机构或个人不得以任何形式、任何目的进行翻版、转载、发表、篡改或引用。所有在本报告中使用的商标、服务标识及标记，除非另有说明，均为本公司的商标、服务标识及标记。本公司版权所有并保留一切权利。民生证券研究院：上海：上海市浦东新区浦明路8号财富金融广场1幢5F；200120北京：北京市东城区建国门内大街28号民生金融中心A座18层；100005深圳：广东省深圳市深南东路5016号京基一百大厦A座6701-01单元；518001