电子设备、仪器和元件行业：从器件类型与材料性能看功率半导体未来前景-20190321-长江证券-35页.pdf

请阅读最后评级说明和重要声明 1/35 研究报告 电子设备、仪器和元件行业 2019-3-21 从器件类型与材料性能看功率半导体从器件类型与材料性能看功率半导体未来前景未来前景 行业研究深度报告评级 看好看好 维持维持 报告要点 从器件类型与材料性能看功率半导体未来前景分立器件中功率器件占据主要地位，典型的功率半导体处理功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等。因此，功率半导体器件是电力电子变化技术的基础，也是电力电子变化装置的核心组件，其在车用市场与能源效率观念推动下，市场规模不断攀升。我们认为功率半导体市场的成长是由其性能决定的，从器件类型角度看，普通二极管逐步向高性能的 IGBT、MOSFET 跨越；从材料角度看，碳化硅和氮化镓将通过突破硅的性能极限。器件的高端化：关注 IGBT 与 MOSFET当前全球功率器件市场规模接近 200 亿美元，伴随着清洁能源行业、电动汽车行业以及物联网行的需求不断增长，预计 2023 年达到 221 亿美元。从竞争格局上看，大陆、台湾地区厂商主要集中在二极管、晶闸管、低压 MOSFET 等低端功率器件领域，IGBT、中高压 MOSFET 等高端器件主要由欧美日厂商占据。中国作为全球的电子终端加工中心，是功率半导体最大的市场，国内厂商与下游客户的距离更近，与本土客户的沟通交流更加顺畅，能够对客户的需求做出更加快速的响应，国产替代空间巨大。因此，结合能源方面的市场需求扩容与国产化必要性，IGBT 与 MOSFET 方向值得密切关注。材料的先进化：化合物半导体将全面提升器件性能第三代化合物半导体相对传统硅基器件速度更快、节能效果更好，可以作为传统功率器件技术升级的方向，海外巨头已经开始布局。目前第三代半导体功率器件发展方向主要有 SiC 和 GaN 两大方向，SiC 拥有更高的热导率和更成熟的技术，而 GaN 高电子迁移率和饱和电子速率、成本更低的优点，两者的不同优势决定了应用范围上的差异，GaN 的市场应用偏向高频小电力领域，集中在600V 以下；而 SiC 适用于 1200V 以上的高温大电力领域。未来，电动车与电源领域对于第三代化合物半导体器件的需求将随低耗化趋势打开。建议关注标的考虑到未来功率半导体的市场前景，建议关注涉及化合物半导体领域的三安光电，功率半导体生产制造的扬杰科技、闻泰科技以及产业链上下游优质标的。分析师分析师 莫文宇莫文宇（8621）61118752 执业证书编号：S0490514090001 分析师分析师 杨洋杨洋（8621）61118752 执业证书编号：S0490517070012 分析师分析师 王平阳王平阳（8621）61118752 执业证书编号：S0490517050002 联系人联系人 周迪周迪（8621）61118752 市场表现对比图（近 12 个月）市场表现对比图（近 12 个月）-48%-40%-32%-24%-16%-8%0%8%2018/32018/62018/92018/12电子设备、仪器和元件沪深300资料来源：Wind 相关研究 相关研究 从英伟达收购 Mellanox 看优秀半导体标的估值2019-3-16 从科技创新角度看电子企业2019-3-10 Mini LED 专题报告二：从技术趋势和需求维度看 Mini LED 产业空间2019-3-3 风险提示：1.下游汽车、电源等需求不及预期；2.功率半导体技术进展不及预期。请阅读最后评级说明和重要声明 2/35 行业研究深度报告 目录 从器件类型与材料性能看功率半导体未来前景.5 功率半导体：关注 IGBT 与 MOSFET.6 IGBT 性能优越，应用范围逐步扩大.10 IGBT 行业基本情况介绍.10 IGBT 芯片技术的发展.10 IGBT 行业现状及发展趋势.11 MOSFET 稳定可靠，汽车和工业领域成为增长点.13 MOSFET 基本情况介绍.13 MOSFET 市场情况与竞争格局.13 产业链标的梳理.15 IGBT 行业公司.15 主要功率半导体公司.16 化合物半导体将全面提升器件性能.18 SiC 功率器件受益于新能源车需求加速.20 GaN 功率器件在电源领域空间广阔.23 产业链标的梳理.26 SiC 行业公司.26 GaN 行业公司.29 行业趋势叠加国产化，产业链机遇期来临.34 请阅读最后评级说明和重要声明 3/35 行业研究深度报告 图表目录 图 1：功率半导体的成长方向.5 图 2：2017 年功率半导体市场主要产品构成.6 图 3：功率半导体主要应用领域.6 图 4：火力、风力、光伏发电中功率半导体的应用.7 图 5：汽车半导体成本拆分.7 图 6：汽车需要多种半导体技术.8 图 7：具备负载开关的物联网设备电路示意图.8 图 8：全球分立器件的市场规模与增速，功率器件占大部分（百万美元）.9 图 9：全球功率器件的市场占比（按地区，2016）.9 图 10：全球功率器件的市场占比（按厂商，2016）.9 图 11：IGBT 产品示意图.10 图 12：按电压分布的 IGBT 应用领域.10 图 13：2017 年全球功率 IGBT 市场份额分布.12 图 14：按电压分布的 IGBT 产品主要品牌.12 图 15：2016-2022 年全球 IGBT 市场规模（亿美元）.12 图 16：2008-2018 年中国 IGBT 市场规模（亿元）.12 图 17：2020 年中国 IGBT 市场不同领域需求预计（亿元）.13 图 18：2020 年中国细分领域 IGBT 需求结构.13 图 19：功率 MOSFET 器件示意图.13 图 20：MOSFET 市场规模（包含模组）及增速（百万美元）.14 图 21：2022 年功率 MOSFET 及其模组下游应用占比.14 图 22：2017 年全球功率 MOSFET 厂商市场份额.15 图 23：三代主要半导体材料物理性质对比.18 图 24：化合物半导体功率器件与硅基器件的对比.18 图 25：SiC 和 GaN 的应用领域不同.20 图 26：SiC 功率器件的 Timeline 及相关厂商.20 图 27：英飞凌新一代 SiC 二极管推出，性价比越来越高.21 图 28：各家厂商的 SiC 模组.21 图 29：SiC 的功率密度更高.22 图 30：SiC 材料的电池更轻、更小、续航里程更长.22 图 31：Tesla Model 3 逆变器由 24 个 1-in-1 功率模块组成.22 图 32：单个 SiC 功率模块.22 图 33：SiC 应用领域及其市场空间（百万美元）.23 图 34：SiC 电力电子器件产业链.23 图 35：GaN 器件的分类及应用领域.24 图 36：按照 Yole 爆发式模型预测，2023 年 GaN 功率器件市场将达到 4.3 亿美元.24 图 37：2018 年 10 月 ANKER 发布 GaN 充电器.25 图 38：宝马 iVentures 战略投资 GaN System.25 图 39：GaN 应用领域及其市场空间（亿美元）.25 图 40：GaN 功率器件产业链.26 请阅读最后评级说明和重要声明 4/35 行业研究深度报告 图 41：2017 年全球功率半导体的市场分布.34 表 1：IGBT 芯片发展的主要技术节点.11 表 2：国内 IGBT 产业链主要公司及主要产品.15 表 3：大陆主要功率器件厂商（百万元）.16 表 4：全球推动第三代半导体功率器件产业和技术发展的国家计划.18 表 5：中国第三代半导体功率器件发展目标.19 表 6：2014 年-2017 年第三代半导体行业重要并购事件.19 表 7：SiC 功率器件分类及相应优势.21 表 8：SiC 衬底企业.26 表 9：SiC 外延企业.27 表 10：SiC 器件设计企业.28 表 11：SiC 器件制造企业.28 表 12：SiC 器件 IDM 企业.28 表 13：GaN 衬底企业.29 表 14：GaN 外延企业.30 表 15：GaN 器件设计企业.31 表 16：GaN 器件制造企业.31 表 17：GaN 器件 IDM 企业.32 请阅读最后评级说明和重要声明 5/35 行业研究深度报告 从器件类型与材料性能看功率半导体未来前景 功率半导体属于半导体产业的一个分支。功率半导体属于半导体产业的一个分支。半导体产业主要分为集成电路和分立器件两大类，集成电路是把基本的电路元件如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等压缩在一个小型晶片上然后封装起来形成具有多功能的单元，主要实现对信息的处理、存储和转换。而分立器件是指具有单一功能的电路基本元件，如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等，主要实现电能的处理与变换。功率半导体器件是电力电子变化技术的基础，也是电力电子变化装置的核心组件。功率半导体器件是电力电子变化技术的基础，也是电力电子变化装置的核心组件。分立器件中功率器件占据主要地位，典型的功率半导体处理功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等。一般我们将额定电流超过 1 安的半导体器件归类为功率半导体器件，这类器件的阻断电压低则几伏，高可超过 10000 伏。功率半导体几乎用于所有的电子制造业，包括计算机、网络通信、消费电子、汽车电子、工业控制等一系列电子领域。在车用市场与能源效率观念推动下，全球功率半导体市场规模不断攀升。在车用市场与能源效率观念推动下，全球功率半导体市场规模不断攀升。在车用部分，一方面随着原本配备在豪华汽车中的先进电动化功能，朝中端汽车渗透，推动了该部分车用功率半导体销售额的成长；另一方面，配备有启动-停车(start-stop)电力逆变器系统的车型与混合动力系统车型的增加，同样拉动功率离散元件与功率模组的成长。而功率而功率半导体产业的核心成长关键是对改善能源效率的重视，因此在再生能源、建筑和家庭能半导体产业的核心成长关键是对改善能源效率的重视，因此在再生能源、建筑和家庭能源控制，以及工厂自动化等方面都衍源控制，以及工厂自动化等方面都衍生出新需求。生出新需求。我们认为功率我们认为功率半导体市场的成长是由其性能决定的，从器件类型角度看，普通二极管逐半导体市场的成长是由其性能决定的，从器件类型角度看，普通二极管逐步向高性能的步向高性能的 IGBT、MOSFET 跨越；从材料角度看，跨越；从材料角度看，碳化硅和氮化镓将通过突破硅的碳化硅和氮化镓将通过突破硅的性能极限来开拓性能极限来开拓功率半导体的功率半导体的新市场新市场。图 1：功率半导体的成长方向 半半导导体体功率半导体分立器件集成电路二极管晶闸管MOSFET、IGBT小信号碳化硅、氮化镓等宽禁带功率半导体光电子器件传感器GTO、GTR等升级方向有吸引力的未来方向 资料来源：功率半导体器件与应用，长江证券研究所 综上，本文将从功率半导体器件类型与化合物半导体材料两个角度来阐述功率半导体产业的发展趋势，并梳理产业链相关标的以供参考。请阅读最后评级说明和重要声明 6/35 行业研究深度报告 功率半导体：关注 IGBT 与 MOSFET 从器件类型上看，主要的功率半导体器件主要包括：二极管、PIN 二极管、双极性晶体管、晶闸管、MOSFET、IGBT 等，其中二极管、二极管、MOSFET 和和 IGBT 是应用最广泛及性能指标先进的功率器件之一。图 2：2017 年功率半导体市场主要产品构成 37%22%8%33%电源管理器件MOSFETIGBT其他分立器件 资料来源：中国产业信息网，长江证券研究所 功率半导体器件应用范围十分广泛。在小功率（几 W 至几千 W）领域，从计算机、电视机、洗衣机、冰箱、空调等电器的电源中均有使用；在中等功率范围（10000W 到几兆瓦），功率器件向机车、工业驱动、冶炼炉等设备中的电机提供电能；在吉瓦的大功率范围内，高压直流输电系统中需要超高电压功率半导体器件。图 3：功率半导体主要应用领域 晶闸管硅基二极管MOSFET频率（Hz）转换功率（kW）GTO/IGCTIGBT/IPM输电网风力发电轨道交通光伏发电汽车电子不间断电源白色家电变频器开关式电源音频设备 资料来源：Yole Dveloppement，长江证券研究所 根据 Y ole 的数据表明，2017 年全球功率器件市场规模为 181.5 亿美元，伴随着清洁能源行业、电动汽车行业以及物联网行的需求不断增长，预计 2023 年达到 221 亿美元。清洁能源行业对功率半导体需求显著。未来 5-10 年，新能源发电主要以光伏发电和风力发电为代表。根据国家能源局数据显示，2017 年，我国光伏发电装机容量继续保持快速增长，新增装机 53.06GW，连续五年位居世界第一，同比增长 53.6%，截至 2017年底，全国光伏发电累计装机容量达到 130GW。根据根据“十三五十三五”规划，风电、光伏装机规划，风电、光伏装机总量将从总量将从2015 年的年的1.9亿千瓦时提升至亿千瓦时提升至2020 年的年的4 亿千瓦时，复合增长率约为亿千瓦时，复合增长率约为16%，请阅读最后评级说明和重要声明 7/35 行业研究深度报告 由于新能源发电输出的电能不符合电网要求，需通过光伏逆变器或风力发电逆变器将其由于新能源发电输出的电能不符合电网要求，需通过光伏逆变器或风力发电逆变器将其整流成直流电，再逆变成符合电网要求的交流电后输入并网，将大幅提高功率半导体的整流成直流电，再逆变成符合电网要求的交流电后输入并网，将大幅提高功率半导体的用量。用量。图 4：火力、风力、光伏发电中功率半导体的应用 资料来源：长江证券研究所 电动汽车行业将是功率半导体的另一大买家。汽车中传动、安全、车身控制均需要大量的半导体器件，大多数为功率半导体器件。而电动车的的到来，又将在动力方面增加大量功率半导体器件。根据 Strategy Analytics 测算，轻混车（MHEV）、混动车/插电混动车（HEV/PHEV）、纯电动车（BEV）相比燃油车 71 美元的功率半导体用量分别增长106%、398%、433%，至 146 美元、354 美元与 384 美元。图 5：汽车半导体成本拆分 21%23%13%43%$338$338$372内燃机车内燃机车通过插电进行充电的混合动力汽车通过插电进行充电的混合动力汽车电动车电动车76%4%4%16%55%11%7%27%$704$710电源 C传感器其他电源其他电源其他 C传感器 C传感器 资料来源：Strategy Analytics，长江证券研究所 2016 年 11 月国务院印发的“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知指出，到 2020 年，新能源汽车实现当年产销 200 万辆以上，累计产销超过 500 万辆，对应2017-2020 年新能源汽车产量每年平均 40%的增速。根据美国 WardsA 统计，2017 年全球汽车销量超过 9000 万辆，随着新能源汽车替代率逐步上升，将持续拉动功率半导体市场的需求。请阅读最后评级说明和重要声明 8/35 行业研究深度报告 图 6：汽车需要多种半导体技术 汽车电子汽车电子传动系统车身底盘eN VM安全系统信息系统车身电子系统网络BCDM CUM CUM CUM CUM CUM CUM CUD SP AD C/D ACI nterf aceAP/BBD SP AD C/D ACI nterf aceD SP AD C/D ACI nterf aceD SP AD C/D ACI nterf aceD SP AD C/D ACCAN LI NCAN LI NCAN/LI NReaderRFGPSW I FIUSBBTEthernetN FCCAN/LI NFl exRayRFCANLI NFl exRayM O STRFD C/D CI nverterI nj ectorGate D ri verSol enol dBLD CPre-dri verD C/D C显示D C M otorW L-ChargerD C/D CI nterf ace充电器Regul ator燃油量表LED 驱动驱动器I nterf aceD C/dcD C/D C传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器逻辑/M MM M RFeHVCI S，M EM S 资料来源：联华电子，半导体行业观察，长江证券研究所 如果物联网实现大规模应用，一方面会通过新增的数据收集与数据传输环节产生更多的用电需求，自然带来了功率半导体的增长空间；另一方面，由于物联网设备高精密度和低功耗的需求，在实现同样功能的设备中，可能需要通过加装负载开关等功率半导体元件来实现每一用电终端的单独控制，从而节省设备功耗。图 7：具备负载开关的物联网设备电路示意图 资料来源：GLF Integrated Power，长江证券研究所 全球功率半导体器件市场规模近 200 亿美元，其中欧美日的厂商占据了全球功率半导体器件大部分市场份额。在国内，虽然中国是全球最大的功率半导体器件市场，不过产业链自主能力有限，大功率、耐高压等高端产品几乎全部依赖于进口。全球功率半导体巨头主要集中美国、欧洲、日本三个地区。大陆、台湾地区厂商主要集中在二极管、晶闸管、低压 MOSFET 等低端功率器件领域，IGBT、中高压 MOSFET等高端器件主要由欧美日厂商占据。请阅读最后评级说明和重要声明 9/35 行业研究深度报告 图 8：全球分立器件的市场规模与增速，功率器件占大部分（百万美元）图 9：全球功率器件的市场占比（按地区，2016）-30%-20%-10%0%10%20%30%40%50%05,00010,00015,00020,00025,00030,00019992000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018分立器件销售额（亿美元）增长率 43%14%13%9%21%中国美洲欧洲、中东、非洲日本亚洲与大洋洲（除中日）资料来源：WSTS，长江证券研究所 资料来源：Yole Dveloppement，长江证券研究所 中国是功率半导体最大的市场，占据了全球 43%的需求。中国作为全球的电子终端加工中心，国内厂商与下游客户的距离更近，与本土客户的沟通交流更加顺畅，能够对客户的需求做出更加快速的响应，国产替代空间巨大。图 10：全球功率器件的市场占比（按厂商，2016）18.50%9.20%5.30%4.90%4.70%4.50%4.20%4.10%2.60%2.60%39.40%英飞凌安森美意法半导体三菱东芝威世半导体富士电机瑞萨罗姆赛米控其他 资料来源：IHS,长江证券研究所 功率半导体行业格局稳固、壁垒较高，海外龙头如英飞凌、意法半导体、安森美份额稳定，基本上都具备全品类、多客户的特征，同时在生产模式上以 IDM（设计-制造-封装一体化）模式为主。由于大多应用在工业、汽车、电气设备中，产品的性能指标之外，稳定性是首要考量，因此海外龙头的功率半导体占据着极为稳固的市场份额。我国本土功率半导体厂商起步较晚，技术升级换代较国外滞后，主要厂家包括公司、吉林华微电子、无锡华润华晶、天津中环、士兰微、苏州固锝、东光微电、江阴长电等。我国功率半导体产业发展现状是封装强于芯片制造，芯片制造强于设计。另外，我国功率半导体厂商的产品主要集中于竞争最为激烈的中低端市场，高端市场大部分被欧美日厂家如英飞凌、意法半导体、三菱、安森美等瓜分，这也意味着未来国内厂商若能掌握功率半导体核心技术，将会有巨大的进口替代市场空间。随着国内厂商整体实力的不断增强，目前，某些国内厂商凭借成本优势已经在国内市场占有一定的市场份额，并逐步在个别产品或领域挤占国际厂商的市场份额，比如在节能照明领域，包括华润华晶、华微电子、深爱半导体为代表的节能灯用系列产品，已经成功替代了国外企业的产品。请阅读最后评级说明和重要声明 10/35 行业研究深度报告 IGBT 性能优越，应用范围逐步扩大 IGBT 行业基本情况介绍 IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor 的缩写，即绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管。它是由 BJT和 MOSFET 组成的复合功率半导体器件，既有 MOSFET 的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点，又有 BJT 导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，在高压、大电流、高速等方面是其他功率器件不能比拟的，因而是电力电子领域较为理想的开关器件，是未来应用发展的主要方向。正是由于具有上述优点，IGBT 自 20 世纪 80 年代末开始工业化应用以来发展迅速，不仅在工业应用中取代了MOSFET 和 GTR，甚至已扩展到 SCR 及 GTO 占优势的大功率应用领域，还在消费类电子应用中取代了 BJT、MOSFET 等功率器件的许多应用领域。作为工业控制及自动化领域的核心器件，IGBT 模块在电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等诸多领域都有广泛的应用。随着新能源汽车的发展以及变频白色家电的普及，IGBT 的市场热度持续升温。它不仅在工业应用中提高了设备的自动化水平、控制精度等，也大幅提高了电能的应用效率，同时减小了产品体积和重量，节约了材料，有利于建设节约型社会。图 11：IGBT 产品示意图 图 12：按电压分布的 IGBT 应用领域 资料来源：英飞凌,长江证券研究所 资料来源：中国产业信息网,长江证券研究所 IGBT 诞生于 20 世纪 80 年代，进入工业应用时间较晚，虽然目前占整体功率半导体功率器件市场份额仍然不大，但它代表了未来发展方向，市场规模增长很快。IGBT 芯片技术的发展 从 20 世纪 80 年代至今，IGBT 芯片经历了 6 代升级，从平面穿通型（PT）到沟槽型电场截止型（FS-Trench），芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从 600V 提高到 6500V 以上。请阅读最后评级说明和重要声明 11/35 行业研究深度报告 表 1：IGBT 芯片发展的主要技术节点 序号序号 以技术特点命名以技术特点命名 工艺线宽工艺线宽（微米）（微米）通态饱和压通态饱和压降（伏）降（伏）关断时间关断时间（微秒）（微秒）功率损耗功率损耗 （相对值）（相对值）断态电压断态电压（伏）（伏）出现时出现时间间 1 平面穿通型（PT）5 3.0 0.50 100 600 1988 2 改进的平面穿通型（PT）5 2.8 0.30 74 600 1990 3 沟槽型（Trench）3 2.0 0.25 51 1200 1992 4 非穿通型（NPT）1 1.5 0.25 39 3300 1997 5 电场截止型（FS）0.5 1.3 0.19 33 4500 2001 6 沟槽型电场-截止型（FS-Trench）0.5 1.0 0.15 29 6500 2003 资料来源：中国产业研究网，长江证券研究所 IGBT 作为新兴的功率半导体器件，应用前景广阔，虽然国内政策上一直鼓励 IGBT 相关产业的发展，但是由于产品认证周期比较长，真正在产业化上取得突破，得到用户认可的国内企业目前还较少，主要是由于本行业存在较高的进入壁垒。目前来看，目前来看，IGBT行业的进入壁垒很高，主要体现在芯片设计能力、模块设计与制造工艺、品牌与市场壁行业的进入壁垒很高，主要体现在芯片设计能力、模块设计与制造工艺、品牌与市场壁垒三个方面。垒三个方面。1）芯片设计方面：IGBT 芯片是 IGBT 模块的核心，其设计工艺极为复杂，不仅要保持模块在大电流、高电压、高频率的环境下稳定工作，还需保持开闭和损耗、抗短路能力和导通压降维持平衡。企业只有具备深厚的技术底蕴和强大的创新能力，积累丰富的经验和知识储备，才能在行业中立足。2）模块设计及制造工艺：IGBT 模块对产品的可靠性和质量稳定性要求较高，生产工艺复杂，生产中一个看似简单的环节往往需要长时间摸索才能熟练掌握，如铝线键合，表面看只需把电路用铝线连接起来，但键合点的选择、键合的力度、时间及键合机的参数设置、键合过程中应用的夹具设计、员工操作方式等等都会影响到产品的质量和成品率。而且 IGBT 和下游应用结合紧密，往往需要研发人员对下游应用行业较为了解才能生产出符合客户要求的产品。3）品牌和市场壁垒：IGBT 模块是下游产品中的关键部件，其性能表现、稳定性和可靠性对下游客户来说至关重要，因此认证周期较长，替换成本高。对于新增的 IGBT 供应商，客户往往会保持谨慎态度，不仅会综合评定供应商的实力，而且通常要经过产品单体测试、整机测试、多次小批量试用等多个环节之后，才会做出大批量采购决策，采购决策周期较长。因此，新进入本行业者即使生产出 IGBT 产品，也需要耗费较长时间才能赢得客户的认可。IGBT 行业现状及发展趋势 IGBT 市场集中度高，Yole 预计 2018 年全球 IGBT 市场将超过 40 亿美元，主要增长来自电动汽车 IGBT 功率模块。IGBT 市场较为集中，主要厂商为英飞凌、三菱集团和富士电机等。请阅读最后评级说明和重要声明 12/35 行业研究深度报告 图 13：2017 年全球功率 IGBT 市场份额分布 图 14：按电压分布的 IGBT 产品主要品牌 29%19%12%9%5%26%英飞凌三菱富士电机赛米控ABB其他 第一第一第二第二第三第三第四第四第五第五400V以下600-650V1200V1700V2500-3300V4500V以上 资料来源：赛迪智库，长江证券研究所 资料来源：IHS,长江证券研究所 目前国内外 IGBT 市场仍主要由外国企业占据，虽然我国 IGBT 市场需求增长迅速，但由于国内相关人才缺乏，工艺基础薄弱，国内企业产业化起步较晚，IGBT 模块至今仍几乎全部依赖进口，市场主要由欧洲、日本及美国企业占领。同时，国内企业由于芯片供应主要源于国外，制约性较强，因此发展较为缓慢。在新能源、节能环保“十二五”规划等一系列国家政策措施的支持下，国内 IGBT 的发展亦获得巨大的推动力，市场持续快速增长。2018 年，国内 IGBT 市场规模预计达到130.3 亿元，中国已经成为全球最大的 IGBT 市场。图 15：2016-2022 年全球 IGBT 市场规模（亿美元）图 16：2008-2018 年中国 IGBT 市场规模（亿元）34.338.442.545.949.652.955.40%2%4%6%8%10%12%14%0102030405060201620172018E2019E2020E2021E2022E市场规模YoY 38.738.250.554.559.368.580.294.8105.4117.2130.30204060801001201402008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017E2018E 资料来源：IHS，长江证券研究所 资料来源：中国产业信息网 长江证券研究所 IGBT 是新能源汽车和高铁等轨道交通车辆动力系统“核心中的核心”，为业界公认发展最为迅速的新型功率器件品种。2016 年我国新能源汽车累计生产 51.7 万辆，销售 50.7万辆，分别同比增长 52%和 53%。同时，国家相关部门有关新能源汽车推动的各项政策已逐步落地，江淮、吉利等车企也纷纷 计划推出自己的“绿色战略”，新车型将会陆续推出，当前新能源汽车行业正处于快速成长期，空间估量巨大。新能源汽车及其配套设施快速增长将为 IGBT 等高端功率半导体市场规模的加速扩张提供有力的保障。根据Yole 预计，电动汽车用 IGBT 市场到 2022 年将占整个 IGBT 市场的 40左右。请阅读最后评级说明和重要声明 13/35 行业研究深度报告 图 17：2020 年中国 IGBT 市场不同领域需求预计（亿元）图 18：2020 年中国细分领域 IGBT 需求结构 98.462.54027.115.996020406080100120工业应用消费类和其他新能源汽车新能源发电电网轨道交通 29%18%12%8%5%28%工业应用消费类和其他新能源汽车新能源发电电网轨道交通 资料来源：中国产业信息网,长江证券研究所 资料来源：中国产业信息网,长江证券研究所 MOSFET 稳定可靠，汽车和工业领域成为增长点 MOSFET 基本情况介绍 MOSFET 是 指 金 属-氧化物 半 导体 场效 应晶 体管，简 称 金氧 半场 效晶 体 管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。主要优点是热稳定性好、安全工作区大。相较 IGBT，MOSFET 的研制较简单，也比较容易衍生出 fabless 模式，因此从事 MOSFET 的初创企业较容易成活。图 19：功率 MOSFET 器件示意图 资料来源：ST，长江证券研究所 MOSFET 市场情况与竞争格局 随着汽车和工业领域为主的市场销售稳定增长，2016 年全球功率 MOSFET 市场规模接近 62 亿美元。得益于下游需求向好，MEMS 预计全球功率 MOSFET 市场将继续稳定增长，20162022 年期间功率 MOSFET 市场的复合年增长率预计为 3.4%。请阅读最后评级说明和重要声明 14/35 行业研究深度报告 图 20：MOSFET 市场规模（包含模组）及增速（百万美元）0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%4.0%4.5%01,0002,0003,0004,0005,0006,0007,0008,000201620172018E2019E2020E2021E2022EMOSFET市场规模（百万美元）增长率 资料来源：Yole Development，长江证券研究所 2016 年，全球汽车销售量达到了 2500 万辆。功率 MOSFET 在汽车应用领域的销量超越了计算和数据存储领域，已经占总体市场的 20%以上。随着全球电动汽车数量的增长，以及人们对电动汽车的青睐，20162022 年期间该细分领域市场预计将以 5.1%的复合年增长率快速增长。图 21：2022 年功率 MOSFET 及其模组下游应用占比 22%19%14%45%汽车计算&存储工业其他 资料来源：MEMS，长江证券研究所 功率 MOSFET 在汽车领域应用广泛，包括刹车系统、引擎管理、动力转向系统及其它小型马达控制电路，在这些应用中非常需要低传导损耗和高交换速度的器件。根据EV/HEV（电动汽车/混合动力汽车）电气化的程度，硅功率 MOSFET 在 EV/HEV 变换器中正越来越受欢迎。MOSFET 可以处理大约 36 kW 的电池充电器，完美适用于小型插电式混合动力汽车和纯电动汽车。MOSFET 还应用于 48V DC/DC 变换器和其它自动启停功能模块中的微型变频器。随着 Tesla（特斯拉）引领的 EV/HEV 应用增长，我们相信在未来 5 到 10 年里，该细分市场将变得越来越重要。全球 MOSFET 市场供应商主要是英飞凌、安森美、日本瑞萨电子、欧洲意法半导体、日本东芝等厂商，这五家厂商 2017 年合计占有全球 62%的市场份额。请阅读最后评级说明和重要声明 15/35 行业研究深度报告 图 22：2017 年全球功率 MOSFET 厂商市场份额 26%13%9%7%7%5%4%4%3%2%2%2%16%英飞凌安森美瑞萨东芝意法半导体威世万国半导体安世半导体美高森美美格纳罗姆IXYS其他 资料来源：IHS，长江证券研究所 英飞凌得益于对 International Rectifier（美国国际整流器公司）的收购，在大量的细分市场都处于领先位置。安森美在收购了仙童半导体后，已经成为 MOSFET 市场的有力竞争者。瑞萨则位于第三位，在消费类和汽车市场占据较大的市场份额。MOSFET 领域，领先的厂商凭借规模优势和增长的竞争力，正在获得更大的市场份额。同时，很多厂商正倾向于 Fabless 模式，与台积电等代工厂等合作，也可以较容易将产品规模扩大。产业链标的梳理 IGBT 行业公司 表 2：国内 IGBT 产业链主要公司及主要产品 序号序号 名称名称 企业类型企业类型 地区地区 主要业务与主要产品主要业务与主要产品 1 中车时代电气 IDM 株洲 1200-6500V高压模块，国内唯一自主掌握高铁动力IGBT芯片及模块技术的企业 2 深圳比亚迪 IDM 深圳 工业级IGBT模块，汽车级模块（新能源车与先进合作）、600V IGBT单管、IGBT驱动芯片 3 士兰微（A股）IDM 杭州 300-600V 穿通型IGBT工艺，1200V非穿通型工艺，面向电焊机、变频器、光伏逆变器、电机逆变器、UPS 电源、家电、消费电子。IGBT现有的6 英寸生、产线一个月投片已经达到12000 甚至15000 片，首家全面掌握变频电机智能功率模块各项核心技术的公司。4 吉林华微（A股）IDM 吉林 3/4/5/6 英寸等多公里半导体功率器及IC 芯片生产线，应用于逆变器、电磁炉、UPS 电源,目前公司（FS-Trench）IGBT 产品已研发成功，在新能源汽车、充电桩、变频家电等领域。5 中航微电子 IDM 重庆 1200V/2050A IGBT功率器件 6 中环股份（A股）IDM 天津 用于消费电子IGBT已经量产，1200V 沟槽IGBT还在研发，节能型功率器件可用于充电桩 7 扬杰科技（A股）IDM 扬州 规划8 寸IGBT 晶圆建设（第三/四代）8 中车西安永电 封装 西安 1200V-6500V/752400A 高压模块，主要面向轨道交通、智能电网等高压领域 9 西安爱帕克 封装 西安 600V-1200V/50400A 模块 10 威海新佳 封装 威海 1200V/50300A 模块，应用于AC 和DC 电机控制、变频器、UPS 等领域 11 江苏宏微 封装 常州 600V-1200V/1560A 单管、600V-1700V/1580A 模块，应用于特种电源、电焊 机、UPS、逆变器、变频器等领域 12 台基股份 封装 襄阳 IGBT封装采用国际先进的自动化设备和生产线，主要面向电力电子系统需求 请阅读最后评级说明和重要声明 16/35 行业研究深度报告 13 嘉兴斯达（拟IPO）封装设计 嘉兴 600-3300 V/18003700A 模块 14 南京银茂 封装设计 南京 600-1700 V/15200A 模块，应用于工业变频、新能源、电源装备等领域 15 中科君芯 设计 无锡 国内唯一全面掌握650-6500 V 全电压段IGBT 芯片技术企业，面向电磁感应加 热、变频家电、逆变焊机、工业变频器、新能源等领域 16 西安芯派 设计 西安 650-1700 V/80600A IGBT，用于电源管理、电池管理、电机控制及充电桩等领域 17 吉林华微斯帕克 设计 吉林 智能功率模块及大功率IGBT模块 18 宁波达新 设计 宁波 单管、模块、面向逆变焊机、工业领域、白色家电、充电桩、UPS 电源、光伏 逆变器、空调、电磁感应加热 19 无锡同方微 设计 无锡 600/1200/1350V，用于交/直流驱动、UPS、电磁炉、逆变器、开关和共振模式电源 20 无锡新洁能（三板）设计 无锡 Trench NPT/Trench FS 工艺，1200/1350V，用于电磁加热等各类开关 21 金芯微电子 设计 上海 电磁炉领域 22 山东科达 设计 东营 600V,1200V 单管、模块，应用于电磁炉、小功率逆变器、逆变焊机、无刷马达控制器、UPS、开关电源、液晶电视、太阳能等领域 23 华虹宏力(港股)制造 上海 拥有600-1200 V/Trench FS 及1700V Trench NPT 工艺，3300V-6500V 高压芯片在研发 24 上海先进(港股)制造 上海