电子行业：“技术推进+应用驱动”功率半导体迎来新一轮发展机遇-20190408-天风证券-34页.pdf

行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 电子电子证券证券研究报告研究报告 2019 年年 04 月月 08 日日 投资投资评级评级 行业评级行业评级 强于大市(维持评级)上次评级 上次评级 强于大市 作者作者 潘暕潘暕 分析师 SAC 执业证书编号：S1110517070005 陈俊杰陈俊杰 分析师 SAC 执业证书编号：S1110517070009 资料来源：贝格数据 相关报告相关报告 1 电子-行业研究周报:汽车电子和VR/AR 创新进入临界点 2019-04-08 2 电子-行业专题研究:科创板系列十一：国盾量子 2019-04-04 3 电子-行业专题研究:科创板系列十二：创鑫激光 2019-04-04 行业走势图行业走势图“技术推进“技术推进+应用驱动”应用驱动”功率半导体迎来新一轮功率半导体迎来新一轮发展机遇发展机遇 功率半导体器件是实现电能转换的核心器件。主要用途包括逆变、变频等。功率半导体器件是实现电能转换的核心器件。主要用途包括逆变、变频等。受惠于受惠于 5G 及电动车需求的显著增长，我们对功率半导体的市场发展持乐观及电动车需求的显著增长，我们对功率半导体的市场发展持乐观看法。本文重点讨论看法。本文重点讨论 IGBT/三代化合物半导体功率器件在技术推进和应用驱三代化合物半导体功率器件在技术推进和应用驱动下迎来新一轮发展机遇。动下迎来新一轮发展机遇。IGBT 是新能源汽车电机控制系统和充电桩的核心器件。是新能源汽车电机控制系统和充电桩的核心器件。IGBT 约占新能源汽车电力驱动系统及车载充电系统成本的 40%，折合到整车上约占总成本的710%，它的性能决定了整车的能源利用率。IGBT 多应用于高压领域，MOSFET 主要应用在高频领域。SiC 主要用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。主要用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。SiC 器件相对于 Si器件的优势之处在于，降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。SiC 适合高压领域，GaN 更适用于低压及高频领域。我们建议重点关注我们建议重点关注 5G 应用所带来的应用所带来的 RF GaN 市场机遇。市场机遇。5G 对于更高数据传输速率的要求推动了基站部署的 PA 转换为 GaN。另外，在 5G 的关键技术 Massive MIMO 中，大量的阵列天线需要相应的射频收发单元，所以射频器件的使用数量将明显增加。我们通过测算我们通过测算 IGBT/SiC 的新能源汽车市场供需量推测其增量空间。的新能源汽车市场供需量推测其增量空间。我们认为 IGBT 的增量空间巨大。SiC 市场可能出现供不应求的情况。扩大功率半导体产能的动力之一来源于新能源汽车。我们看好新能源汽车中功率半导体成分的增长。我们看好新能源汽车中功率半导体成分的增长。根据英飞凌的统计，一辆传统燃料汽车的电机驱动系统中功率半导体的价值为 17 美元，而一辆纯电动汽车中价值为 265 美元，增加了近 15 倍。新能源汽车为功率半导体带来了极大的增长潜力。电力基础设施的升级和便携式移动设备对高能效电池的需求也推动了功率半导体市场的增长。投资建议：投资建议：首推闻泰科技闻泰科技（收购安世半导体），建议关注台基股份台基股份、扬杰科扬杰科技技、士兰微士兰微。风险风险提示提示：新能源汽车发展不及预期，功率半导体市场发展不及预期，全球经济波动加剧-40%-34%-28%-22%-16%-10%-4%2%2018-042018-082018-12电子 沪深300 行业报告|行业深度研究 行业报告|行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录内容目录 1.功率半导体市场需求大增，迎来国产化机遇功率半导体市场需求大增，迎来国产化机遇.51.1.功率半导体概述.5 1.2.功率半导体市场格局.5 1.3.汽车电子点燃功率半导体市场.6 2.IGBT硅基功率半导体核心硅基功率半导体核心.72.1.IGBT 市场格局.8 2.2.IGBT 应用广泛，新能源车是重要下游增长引擎.9 2.2.1.新能源汽车.9 2.2.2.轨道交通.10 2.2.3.智能电网.10 3.第三代化合物半导体第三代化合物半导体前景广阔，产业变革前景广阔，产业变革.103.1.SiC高压器件领域的破局者.10 3.2.GaN应用场景增多，迎来发展机遇.12 3.3.SiC VS GaN各有擅长，应用驱动.13 3.3.1.基本特性.13 3.3.2.应用场景.17 4.新能源汽车驱动下的功率半导体市场供需及增量空间测算新能源汽车驱动下的功率半导体市场供需及增量空间测算.185.海外海外&国内功率半导体重要公司国内功率半导体重要公司.195.1.英飞凌(Infineon).21 5.1.1.英飞凌简介.21 5.1.2.英飞凌技术优势及产品路线.22 5.2.安森美半导体（On Semiconductor）.24 5.2.1.安森美简介.24 5.2.2.安森美技术优势及产品路线.24 5.3.罗姆(ROHM).25 5.3.1.罗姆简介.25 5.3.2.罗姆技术优势及产品路线.26 5.4.闻泰科技.27 5.5.台基股份.29 5.6.扬杰科技.31 5.7.士兰微.32 图表目录图表目录 图 1：功率半导体的产品种类.5 图 2：2017 年全球功率器件市场结构按产品划分.5 图 3：功率半导体器件的工作范围.5 图 4：2016-2022 年全球功率半导体市场规模/亿美元.6 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 图 5：全球功率半导体市场竞争格局.6 图 6：新能源汽车销量预测.6 图 7：全球汽车半导体市场规模/亿美元.6 图 8：功率半导体在汽车中的应用.7 图 9：(a)MOSFET 结构图；(b)IGBT 结构图.7 图 10：2017 年全球 IGBT 市场份额.8 图 11：2016-2022 年全球 IGBT 市场规模/亿美元.8 图 12：国际 IGBT 市场产业链.8 图 13：中国 IGBT 市场产业链.9 图 14：IGBT 的应用领域及电压分布.9 图 15：电能产业链.10 图 16：SiC 的开关损耗.10 图 17：全球 SiC 产业链.11 图 18：SiC 功率半导体市场按应用划分.11 图 19：SiC 功率半导体市场按产品划分.11 图 20：GaN 的应用领域及电压分布.12 图 21：全球 GaN 产业链.13 图 22：全球 GaN 市场规模.13 图 23：SiC 晶体管的性能.14 图 24：GaN 晶体管的性能.15 图 25：GaN 功率器件主流应用.17 图 26：5G 带来的功率半导体市场需求.17 图 27：2017 年全球功率分立器件和模块市场份额.19 图 28：2017 年全球功率分立 IGBT 市场份额.20 图 29：2017 年全球功率分立 MOSFET 市场份额.20 图 30：2017 年全球功率器件厂商营业收入/亿元.20 图 31：2017 年全球功率器件厂商净利润/亿元.20 图 32：英飞凌 2012-2017 年营业收入及增速/亿元.21 图 33：英飞凌 2012-2017 年净利润及增速/亿元.21 图 34：英飞凌收入结构按产品划分.22 图 35：英飞凌 SiC 系列产品.22 图 36：英飞凌产品路线.23 图 37：英飞凌策略布局.23 图 38：安森美 2012-2017 年营业收入及增速/亿元.24 图 39：安森美 2012-2017 年净利润及增速/亿元.24 图 40：安森美图像传感器平台.24 图 41：罗姆 2012-2018 年营业收入及增速/亿元.25 图 42：罗姆 2012-2018 年净利润及增速/亿元.25 图 43：罗姆收入结构.25 图 44：罗姆收入结构按产品划分.25 图 45：罗姆的双沟槽结构.26 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 图 46：IGBT 作为焊接逆变器（全桥/双晶体管正向）.26 图 47：IGBT 作为感应加热逆变器（半桥）.26 图 48：IGBT 作为三相电机控制.27 图 49：IGBT 作为不间断电源.27 图 50：安世半导体股权结构.27 图 51：闻泰科技营业收入及增速/亿元.28 图 52：闻泰科技净利润及增速/亿元.28 图 53：闻泰科技毛利率与净利率.28 图 54：安世半导体主要客户.29 图 55：台基股份营业收入及增速/亿元.30 图 56：台基股份净利润及增速/亿元.30 图 57：台基股份收入构成按产品.30 图 58：扬杰科技营业收入及增速/亿元.31 图 59：扬杰科技净利润及增速/亿元.31 图 60：扬杰科技毛利率与净利率.31 图 61：扬杰科技收入构成按产品.31 图 62：士兰微营业收入及增速/亿元.32 图 63：士兰微净利润及增速/亿元.32 图 64：士兰微毛利率与净利率.32 图 65：士兰微主要产品.33 表 1：IGBT 与 BJT、MOSFET 性能比较.7 表 2：SiC、GaN 性能比较.14 表 3：2018 年 SiC 新产品.14 表 4：2018 年 GaN 新产品.15 表 5：2018 年 SiC 功率模块新产品.16 表 6：2018 年 GaN 功率模块新产品.16 表 7：IGBT 新能源汽车市场需求测算.18 表 8：SiC 新能源汽车市场需求测算.18 表 9：汽车功率半导体市场供需测算及增量空间.19 表 10：2017 年全球功率器件厂商营收比较.20 表 11：国际功率器件厂商优势产品.21 表 12：国际功率器件厂商汽车电子技术路线对比.21 表 13：公司前 5 名股东持股情况.29 表 14：杨杰科技主要客户.31 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 1.功率半导体市场需求大增，迎来国产化机遇功率半导体市场需求大增，迎来国产化机遇 1.1.功率半导体概述功率半导体概述 功率半导体器件是实现电能转换的核心器件。功率半导体器件是实现电能转换的核心器件。主要用途包括逆变、变频等。功率半导体可以根据载流子类型分为双极型功率半导体和单极型功率半导体。双极型功率半导体包括功率二极管、双极结型晶体管（BJT）、电力晶体管（GTR）、晶闸管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。单极型功率半导体包括功率 MOSFET、肖特基势垒功率二极管等。它们的工作电压和工作频率也有所不同。功率半导体器件广泛应用于消费电子、新能源交通、轨道交通、发电与配电等电力电子领域。受惠于受惠于 5G 及电动车需求的显著增长，我们对功率半导体的市及电动车需求的显著增长，我们对功率半导体的市场发展持乐观看法。场发展持乐观看法。图图 1：功率半导体的产品种类：功率半导体的产品种类 图图 2：2017 年全球功率器件市场结构按产品划分年全球功率器件市场结构按产品划分 资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 资料来源：前瞻产业研究院，天风证券研究所 图图 3：功率半导体器件的工作范围：功率半导体器件的工作范围 资料来源：英飞凌报告，天风证券研究所 1.2.功率半导体市场格局功率半导体市场格局 国际厂商制造水平较高，已经形成了较高的专业壁垒。国际厂商制造水平较高，已经形成了较高的专业壁垒。我们预计在 2022 年全球功率半导体市场规模将达 426 亿美元。在 2015 年全球功率半导体市场中，英飞凌以 12%的市场占有率排名第一。欧美日厂商凭借其技术和品牌优势，占据了全球功率半导体器件市场的 70%。21%5%4%41%7%23%二极管 晶闸管 BJTMOSFETIGBT模块 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 大陆、台湾地区主要集中在二极管、低压 MOSFET 等低端功率器件市场，IGBT、中高压MOSFET 等高端器件市场主要由欧美日厂商占据。我们我们看好看好功率半导体的功率半导体的国产国产代替空间。代替空间。我国开展功率半导体的研究工作比较晚，且受到资金、技术及人才的限制，功率半导体产业整体呈现出数量偏少、企业规模偏小、技术水平偏低及产业布局分散的特点。原始创新问题成为阻碍国内功率半导体产业发展的重要因素。国际功率半导体厂商尚未形成专利和标准的垄断。相比国外厂商，国内厂商在服务客户需相比国外厂商，国内厂商在服务客户需求和降低成本等方面具有竞争优势。我们认为，功率半导体的国产代替空间十分广阔。求和降低成本等方面具有竞争优势。我们认为，功率半导体的国产代替空间十分广阔。图图 4：2016-2022 年全球功率半导体市场规模年全球功率半导体市场规模/亿美元亿美元 图图 5：全球功率半导体市场竞争格局：全球功率半导体市场竞争格局 资料来源：中商产业研究院，天风证券研究所 资料来源：电子工程世界，天风证券研究所 1.3.汽车电子点燃功率半导体市场汽车电子点燃功率半导体市场 新能源汽车为功率半导体带来了极大的增长潜力。新能源汽车为功率半导体带来了极大的增长潜力。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源的汽车，如纯电动车、插电式混合动力汽车。我们预计在 2020 年我国新能源汽车销量将达 200 万辆，同比增长 53.8%。新能源汽车新增大量功率半导体器件的应用。2020 年全球汽车功率半导体市场规模将达 70 亿美元。特斯拉 model S 车型使用的三相异步电机驱动，其中每一相的驱动控制都需要使用 28 颗 IGBT 芯片，三相共需要使用 84 颗IGBT 芯片。我国财政部、税务总局联合发布了公告：自 2018 年 1 月 1 日起至 2020 年 12 月 31 日，对购置的新能源汽车免征车辆购置税，鼓励用户购买新能源汽车。我们认为政策红利将全面我们认为政策红利将全面带动市场对功率半导体的需求。带动市场对功率半导体的需求。图图 6：新能源汽车销量预测：新能源汽车销量预测 图图 7：全球汽车半导体市场规模：全球汽车半导体市场规模/亿美元亿美元 资料来源：中国产业信息网，天风证券研究所 资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 293 327 363 381 393 409 426 050100150200250300350400450亿美元 12%11%6%5%4%InfineonTexasSTMMaximQualcomm1.28 1.76 7.48 33.11 50.7 77.7 90 130 200 0.40%325%342.60%53.10%53.30%15.80%44.40%53.80%0.00%100.00%200.00%300.00%400.00%050100150200250销量（万辆）增长率 55 58 62 66 70 0102030405060708020162017201820192020市场规模（亿美元）行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 图图 8：功率半导体在汽车中的应用：功率半导体在汽车中的应用 资料来源：UMC，天风证券研究所 2.IGBT硅基功率半导体核心硅基功率半导体核心 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由 BJT（双极型三极管）和 MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT 可以实现直流电和交流电之间的转化或者改变电流的频率，有逆变和变频的作用。在在结构方面，结构方面，IGBT 比比 MOSFET 多一层多一层 P+区，通过区，通过 P 层空穴的注入能够降低器件的导通电层空穴的注入能够降低器件的导通电阻。阻。随着电压的增大，MOSFET 的导通电阻也变大，因而其传导损耗比较大，尤其是在高压应用场合中。相较而言，IGBT 的导通电阻较小。图图 9：(a)MOSFET 结构图；结构图；(b)IGBT 结构图结构图 资料来源：ElectronicDesign，天风证券研究所 表表 1：IGBT 与与 BJT、MOSFET 性能比较性能比较 比较项目比较项目 BJT MOSFET IGBT 驱动方式 电流 电压 电压 开关速度 慢（微秒）快（纳秒）中等 工作频率 低（100KHz）高（1MHz）中等 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 导通电阻 低 高 低 资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 IGBT 多应用于高压领域，多应用于高压领域，MOSFET 主要应用在高频领域。主要应用在高频领域。从产品来看，IGBT 一般应用在高压产品上，电压范围为 600-6500V。MOSFET 的应用电压相对较低，从十几伏到 1000V。但是，IGBT 的工作频率比 MOSFET 低许多。MOSFET 的工作频率可以达到 1MHz 以上，甚至几十 MHz，而 IGBT 的工作频率仅有 100KHz。IGBT 集中应用在逆变器、变频器等高压产品。而 MOSFET 主要应用在镇流器、高频感应加热等高频产品。2.1.IGBT 市场格局市场格局 全球全球 IGBT 市场主要竞争者包括德国英飞凌、日本三菱、富士电机、美国安森美、瑞士市场主要竞争者包括德国英飞凌、日本三菱、富士电机、美国安森美、瑞士 ABB等，前五大企业的市场份额超过等，前五大企业的市场份额超过 70%。我们预计在 2022 年全球 IGBT 市场规模将达 60 亿美元，增量空间巨大。国外厂商已研发出完善的 IGBT 产品系列。其中，仙童等企业在消费级 IGBT 领域处于优势地位。ABB、英飞凌和三菱电机在 1700V 以上的工业级 IGBT 领域占据优势。在 3300V 以上电压等级的领域，英飞凌、ABB 和三菱电机三家公司居垄断地位，代表着国际 IGBT 技术的最高水平。图图 10：2017 年全球年全球 IGBT 市场份额市场份额 图图 11：2016-2022 年全球年全球 IGBT 市场规模市场规模/亿美元亿美元 资料来源：赛迪智库，天风证券研究所 资料来源：搜狐科技，天风证券研究所 图图 12：国际：国际 IGBT 市场产业链市场产业链 29%19%12%9%5%26%Infineon三菱 富士电机 On SemiABB其他 42.9 46.8 50.7 54.2 57.7 62.8 67.2 010203040506070802016 2017 2018 2019 2020 2021 2022亿美元 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 资料来源：Yole，天风证券研究所 国产追赶仍需时间。国产追赶仍需时间。中国功率半导体市场占世界功率半导体市场份额的 50%以上，但在中高端 MOSFET 及 IGBT 器件中，90%依赖于进口。图图 13：中国：中国 IGBT 市场产业链市场产业链 资料来源：EPSNews，天风证券研究所 2.2.IGBT 应用广泛，新能源车是重要下游增长引擎应用广泛，新能源车是重要下游增长引擎 按电压分布来看，消费电子领域运用的 IGBT 产品主要在 600V 以下，如数码相机闪光灯等。1200V 以上的 IGBT 多用于电力设备、汽车电子、高铁及动车中。动车组常用的 IGBT 模块为 3300V 和 6500V。智能电网使用的 IGBT 通常为 3300V。图图 14：IGBT 的应用领域及电压分布的应用领域及电压分布 资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 2.2.1.新能源汽车新能源汽车 电机控制系统和充电桩是车用电机控制系统和充电桩是车用 IGBT 的主要增长点。的主要增长点。电力驱动系统将电能转换为机械能，驱动电动汽车行驶，是控制电动汽车最关键的部分。IGBT 在电力驱动系统中属于逆变器模块，将动力电池的直流电逆变成交流电提供给驱动电动机。IGBT 约占新能源汽车电机驱动系统及车载充电系统成本的 40%，折合到整车上约占总成本的 710%，其性能直接决定了整车的能源利用率。汽车半导体行业的认证周期长，标准非常严苛。一方面，汽车的大众 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 10 消费属性使得它对 IGBT 的寿命要求比较高。另一方面，汽车面临着更为复杂的工况，需要频繁启停、爬坡涉水、经历不同路况和环境温度等，对 IGBT 是极为严苛的考验。2.2.2.轨道交通轨道交通 在高铁短时间内将时速从零提升到 300 公里的过程中，需要通过 IGBT 来确保牵引变流器及其他电动设备所需要的电流、电压精准可靠。IGBT 在轨道交通领域已经实现了全面的国产化。2.2.3.智能电网智能电网 IGBT 广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端。广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端。从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用 IGBT 模块。从输电端来看，特高压直流输电中 FACTS 柔性输电技术需要大量使用 IGBT 功率器件。从变电端来看，IGBT 是电力电子变压的关键器件。从用电端来看，家用 LED 照明等都对 IGBT 有大量的需求。图图 15：电能产业链电能产业链 资料来源：英飞凌官网，天风证券研究所 3.第三代化合物半导体第三代化合物半导体前景广阔，产业变革前景广阔，产业变革 3.1.SiC高压器件领域的破局者高压器件领域的破局者 SiC 是第三代半导体材料的代表。以硅而言，目前 Si MOSFET 应用多在 1000V 以下，约在600900V 之间，若超过 1000V，其芯片尺寸会很大，切换损耗、寄生电容也会上升。SiC器件相对于器件相对于 Si 器件的优势之处在于，降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。器件的优势之处在于，降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。SiC 功率器件的损耗是 Si 器件的 50%左右。SiC 主要用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。图图 16：SiC 的开关损耗的开关损耗 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 11 资料来源：电子工程网，天风证券研究所 英飞凌和科锐占据了全球英飞凌和科锐占据了全球 SiC 市场的市场的 70%。罗姆公司在本田的 Clarity 上搭载了 SiC 功率器件，Clarity是世界首次用Full SiC驱动的燃料电动车，由于具有高温下动作和低损耗等特点，可以缩小用于冷却的散热片，扩大内部空间。丰田的燃料车 MIRAI 可以坐 4 个人，本田的Clarity 实现了 5 人座。图图 17：全球：全球 SiC 产业链产业链 资料来源：Semiconductor Today，天风证券研究所 2017 年全球年全球 SiC 功率半导体市场总额达功率半导体市场总额达 3.99 亿美元。预计到亿美元。预计到 2023 年市场总额将达年市场总额将达 16.44亿美元，年复合增长率亿美元，年复合增长率 26.6%。从应用来看，混合动力和纯电动汽车的增长率最高，达 81.4%。从产品来看，SiC JFETs 的增长率最高，达 38.9%。其次为全 SiC 功率模块，增长率达 31.7%。图图 18：SiC 功率半导体市场按应用划分功率半导体市场按应用划分 图图 19：SiC 功率半导体市场按产品划分功率半导体市场按产品划分 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 12 资料来源：英飞凌报告，天风证券研究所 资料来源：英飞凌，天风证券研究所 政策支持力度大幅提升，推动第三代半导体产业弯道超车。政策支持力度大幅提升，推动第三代半导体产业弯道超车。国家和各地方政府持续推出政策和产业扶持基金支持第三代半导体发展。2018 年 7 月国内首个 第三代半导体电力电子技术路线图正式发布，提出了中国第三代半导体电力电子技术的发展路径及产业建设。福建省更是投入 500 亿，成立专门的安芯基金来建设第三代半导体产业集群。3.2.GaN应用场景增多，迎来发展机遇应用场景增多，迎来发展机遇 由于 GaN 的禁带宽度较大，利用 GaN 可以获得更大带宽、更大放大器增益、尺寸更小的半导体器件。GaN器件可以分为射频器件和电力电子器件。器件可以分为射频器件和电力电子器件。GaN的射频器件包括PA、MIMO等面向基站卫星、雷达市场。电力电子器件产品包括 SBD、FET 等面向无线充电、电源开关等市场。图图 20：GaN 的应用领域及电压分布的应用领域及电压分布 资料来源：Electronics Weekly，天风证券研究所 英飞凌、安森美和意法半导体是全球英飞凌、安森美和意法半导体是全球 GaN 市场的行业巨头。市场的行业巨头。我们预计到 2026 年全球 GaN 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 13 功率器件市场规模将达到 4.4 亿美元，复合年增长率 29.4。近年来越来越多的公司加入GaN 的产业链。如初创公司 EPC、GaN System、Transphorm 等。它们大多选择台积电或X-FAB 为代工伙伴。行业巨头如英飞凌、安森美和意法半导体等则采用 IDM 模式。图图 21：全球：全球 GaN 产业链产业链 资料来源：Semiconductor Today，天风证券研究所 图图 22：全球：全球 GaN 市场规模市场规模 资料来源：Maximize Market Reasearch，天风证券研究所 3.3.SiC VS GaN各有擅长，应用驱动各有擅长，应用驱动 3.3.1.基本特性基本特性 SiC 适合高压领域，适合高压领域，GaN 更适用于低压及高频领域。更适用于低压及高频领域。较大的禁带宽度使得器件的导通电阻 减小。较高的饱和迁移速度使得 SiC、GaN 都可以获得速度更快、体积更小的功率半导体器件。但二者一个重要的区别就是热导率，这使得在高功率应用中，SiC 居统治地位。而GaN 因为拥有更高的电子迁移率，能够获得更高的开关速度，在高频领域，GaN 具备优势。SiC 适合 1200V 以上的高压领域，而 GaN 更适用于 40-1200V 的高频领域。行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 14 表表 2：SiC、GaN 性能比较性能比较 半导体材料半导体材料 Si SiC GaN 带隙（eV）1.12 3.26 3.42 饱和迁移速度（cm/s）1.0*107 2.0*107 2.5*107 电子迁移率（cm2/Vs）1350 900 1000 介电常数 11.9 9.7 9.8 资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 目前商业化目前商业化 SiC MOSFET 的最高工作电压为的最高工作电压为 1700V，工作温度为，工作温度为 100-160，电流在，电流在 65A以下。以下。SiC MOSFET 现在主要的产品有 650V、900V、1200V 和 1700V。在 2018 年国际主要厂商推出的 SiC 新产品中，Cree 推出的新型 E 系列 SiC MOSFET 是目前业内唯一通过汽车 AEC-Q101 认证，符合 PPAP 要求的 SiC MOSFET。图图 23：SiC 晶体管的性能晶体管的性能 资料来源：Mouser，天风证券研究所 表表 3：2018 年年 SiC 新产品新产品 序号序号 时间时间 厂商厂商 产品产品 参数参数 特点特点 1 2018 年 3 月 UnitedSiC SiC Cascade FETs 650V/31-85A/27m 把 SiC JEFTs 器件和定制设计的经ESD 保护的 Si MOSFET 级联并封装在一起，同时提供低导通和低栅极电荷以降低系统损耗。2 2018 年 3 月 Littelfuse SiC MOSFET 1200V/18A/120m 1200V/14A/160m 超低导通电阻 3 2018 年 4 月 Microsemi SiC MOSFET 1200V 高雪崩特性 4 2018 年 5 月 UnitedSiC SiC Cascade FETs 1200V/40m，1200V/80m UJ3C 系列产品 0501001502002503000500100015002000电流（A）电压（V）行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 15 5 2018 年 6 月 Cree SiC MOSFET 1200V C3MTM系列产品 6 2018 年 8 月 Cree SiC MOSFET 900V 新型 E 系列 SiC MOSFET 是目前业界唯一通过汽车AEC-Q101 认证，符合 PPAP 要求的MOSFET。7 2018 年 9 月 Littelfuse SiC MOSFET 1700V/1 支持电动和混合动力汽车、数据中心和辅助电源等高频、高效电源控制。资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 目前商业化目前商业化 GaN HEMT 的最高工作电压为的最高工作电压为 650V，工作温度为，工作温度为 25，电流在，电流在 120A 以下。以下。GaN HEMT 现在主要的产品有 100V、600V 和 650V。在 2018 年国际主要厂商推出的 GaN 新产品中，GaN Systems 的 GaN E-HEMT 系列产品实现了业内最高的电流等级，同时将系统的功率密度从 20kW 提高到了 500kW。而 EPC 生产的 GaN HEMT 是其首款获得汽车AEC-Q101 认证的 GaN 产品。其体积远小于传统的 Si MOSFET，且开关速度是 Si MOSFET的 10-100 倍。图图 24：GaN 晶体管的性能晶体管的性能 资料来源：Mouser，天风证券研究所 表表 4：2018 年年 GaN 新产品新产品 序号序号 时间时间 厂商厂商 产品产品 参数参数 特点特点 1 2018 年 2 月 GaN Systems GaN E-HEMT 650V/120A 业内最高电流等级，将系统功率密度从 20KW 提高到500KW。2 2018 年 3 月 GaN Systems GaN E-HEMT 100V/120A/5m 业内最高电流等级 3 2018 年 3 月 EPC GaN 解决方案 150V/70m/7MHz 单片集成 IC，可以消除高频工作时的互连电感。4 2018 年 3 月 德州仪器 GaN 驱动器 50MHz 业内最小、最快的GaN 驱动器，晶圆封装尺寸仅0501001502002503000100200300400500600700电流（A）电压（V）行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 16 0.8mm*1.2mm。5 2018 年 5 月 EPC GaN HEMT 80V/脉冲电流75A/16m，80V/脉冲电流 18A/73m EPC首款获得汽车AEC-Q101 认证的GaN 产品。其体积远小于传统的 Si MOSFET，且开关速度是 Si MOSFET 的10-100 倍。6 2018 年 6 月 Transphorm GaN FET 650V/35m，650V/50m Gen III 系列产品 7 2018 年 6 月 英飞凌 GaN HEMT 400V，600V CoolGaN 系列产品 8 2018 年 6 月 Exagan GaN 解决方案 30-65m G-FETTM晶体管和G-DRIVETM智能快速开关解决方案 9 2018 年 9 月 EPC GaN HEMT 100V/脉冲电流37A 尺寸比等效硅器件小 30 倍。10 2018 年 11 月 英飞凌 GaN 解决方案 CoolGaN 600V E-HEMT+驱动 IC GaN 解决方案 资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 目前商业化目前商业化 SiC 功率模块的最高工作电压为功率模块的最高工作电压为 3300V。2018 年 1 月，三菱电机开发的全 SiC功率模块通过 SiC MOSFET 和 SIC SBD 一体化设计，实现了业内最高的功率密度（9.3kVA/cm3）。表表 5：2018 年年 SiC 功率模块新产品功率模块新产品 序号序号 时间时间 厂商厂商 产品产品 参数参数 特点特点 1 2018 年 1 月 三菱电机 全 SiC 功率模块 6500V 通过 SiC SBD 和SiC MOSFET 一体化设计，实现了业界最高的功率密度（9.3kVA/cm3）。2 2018 年 6 月 罗姆 全 SiC 功率模块 1200V/400A，1200V/600A 面向工业设备用电源及 UPS 等的逆变器、转换器。3 2018 年 10 月 罗姆 全 SiC 功率模块 1700V/250A 采用新涂覆材料和工艺预防了绝缘击穿，并抑制了漏电流的增加。资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 目前商业化目前商业化 GaN 功率放大器的最高工作频率为功率放大器的最高工作频率为 31GHz。在 2018 年 MACOM、Cree 等企业陆续推出 GaN MMIC PA 模块化功率产品，面向基站、雷达等应用市场。表表 6：2018 年年 GaN 功率模块新产品功率模块新产品 序号序号 时间时间 厂商厂商 产品产品 参数参数 特点特点 1 2018 年 2 月 MACOM GaN MMIC PA 同时覆盖 Band 42(3.4-3.6GHz)和Band 43 频带（3.6-3.8GHz）MAGM 系列 Pas将 GaN-on-SIC 技术与 MMIC封装相结合，具有卓越的功率效率，满足 5G基站制造的要求。2 2018 年 3 月 Custom MMIC GaN MMIC LNA 2.6-4GHz/14dB，无铅4*4毫米QFN 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 17 5-7GHz/20dB，8-12GHz/15dB 封装，适合要求高性能和高输入功率的雷达和电子战应用。3 2018 年 4 月 Diamond Microwave GaN SPA X 波段/200、400W/饱和增益 55dB SSPA 是严苛要求的国防和航空航天应用中真空管放大器的一种替代品。4 2018 年 6 月 稳懋 GaN PA 0.45m/100MHz-6GHz/50V 可用于 Massive MIMO等5G应用。5 2018 年 6 月 Qorvo GaN FET X 波段 设计用于下一代有源电子扫描阵列雷达。6 2018 年 9 月 Cree GaN MMIC PA C 波段/25W、50W/28V 用于雷达 资料来源：半导体行业观察，天风证券研究所 3.3.2.应用场景应用场景 SiC 主要应用在光伏逆变器（主要应用在光伏逆变器（PV）、储能）、储能/电池充电、不间断电源（电池充电、不间断电源（UPS）、开关电源（）、开关电源（SMPS）、）、工业驱动器及医疗等市场。工业驱动器及医疗等市场。SiC 可以用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。图图 25：GaN 功率器件主流应用功率器件主流应用 资料来源：与非网，天风证券研究所 手机快速充电占据功率手机快速充电占据功率 GaN 市场的最大份额。市场的最大份额。GaN 应用于充电器时可以有效缩小产品的尺寸。目前市面上的 GaN 充电器支持 USB 快充，以 27W、30W 和 45W 功率居多。领先的智能手机制造商 Apple 也考虑将 GaN 技术作为其无线充电解决方案，这有可能带来 GaN功率器件市场的杀手级应用。5G 应用临近，应用临近，RF GaN 市场快速发展。市场快速发展。5G 主要部署的频段是用于广域覆盖的 sub-6-GHz和用于机场等高密度区域的 2