【中信建投电子|刘双锋&雷鸣团队】行业深度报告：下游需求多重共振，功率半导体步入成长快车道
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1、功率半导体是电力转换及控制的核心器件，国内外技术代差正逐步缩小。功率半导体是电力电子装置实现电力转换及控制的核心器件，可分为功率分立器件、功率模块、功率IC三大类，应用广泛，包括汽车、工业、消费电子、通讯、家电等。终端应用升级驱动功率半导体不断向高性能、高集成、低损耗方向演进。功率半导体技术迭代周期较长，所需资本开支较低，有利于国内外技术代差的缩小，国内厂商高端产品覆盖率正在提升。
2、需求端：新能源车、光伏风电、工业等下游需求旺盛，夯实行业持续景气基础。以新能源车及相关基础设施为核心动力，围绕工业、智能电网、5G基站、变频家电等下游需求共振，行业迎来高景气周期。根据Omida，功率半导体市场空间广阔，2020年全球功率半导体市场规模为431亿美元，预计2024年将增长至522亿美元，5年CAGR为2.4%。中国是全球最大的功率半导体消费国，2020年市场规模约172亿美元，预计2024年将增长至206亿美元，5年CAGR达3.1%。
而以SiC、GaN为代表的第三代半导体应用落地，将成为功率半导体的第二条成长曲线。SiC、GaN技术逐步成熟，产能持续扩张，成本快速下降，在手机快充、新能源车、通讯、工业等市场放量增长。根据Omida，全球SiC和GaN功率半导体的销售额从2018年的5.71亿美元增至2020年的8.54亿美元，未来10年将以两位数的复合增速成长，到2029年有望超过50亿美元。
3、供给端：国外大厂居主导地位，供需失衡加速国产替代与高端突破。功率半导体厂商经营模式以IDM为主，设计+代工为辅。行业竞争格局较为集中，英飞凌、安森美、意法半导体等欧美大厂处于主导地位，国内厂商以二三极管、中低压MOSFET、晶闸管等低端产品为主，中高端产品供给不足，国产化率较低。随着国内产能的建设与落地、产品结构升级以及新冠疫情导致缺货涨价，国内厂商有望把握海外厂商产能紧缺的机遇，加快国产替代进程与高端突破，提升自给率。
投资建议
建议关注新能源车、光伏风电、工业等长周期赛道及相关厂商，如斯达半导、士兰微、时代电气、闻泰科技、三安光电、比亚迪半导体（未上市）、宏微科技等。
风险提示
一、功率半导体：电力转换及控制的核心器件
功率半导体是电力电子装置实现电力转换及控制的核心器件。功率半导体器件本质利用半导体的单向导电性改变电路中的电压、电流、频率、导通状态等物理特性，实现电源开关和电力转换等管理，在产业电子化升级过程中，越来越得到重视与应用，是中国工业加工、汽车制造、无线通信、消费电子、电网输变电和新能源等应用领域的核心。如果将大规模集成电路比作现代社会的“数字大脑”，那么功率半导体器件则是现代社会的“电力心脏”。
功率半导体基于PN结原理，可实现导电与断电的控制。当PN结外加正向电压，即外加电压的正端接P区、负端接N区时，外加电场方向与内电场方向相反，内电场被削弱，外电路上形成自P区至N区的电流（正向电流），而正向PN结在流过较大正向电流时的压降很低，表现为正向导通状态。当PN结外加反向电压时，外加电场与内电场方向相同，使空间电荷区加宽，产生自N区至P区的电流（反向电流），此时的PN结表现为高阻态，被称为反向截止状态。由此，PN结实现了电流仅能向一个方向流动的功能。PN型半导体的不同组合，构成了二极管（PN）、晶体管（PNP或NPN）、晶闸管的基本结构（PNPN或更多层），从而实现不同的基本功能。
功率半导体可分为功率分立器件、功率模块、功率IC三大类。功率分立器件是功率模块与功率IC的基础元件，根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型；按驱动电路信号性质分为电压驱动型、电流驱动型。功率模块是将多个分立功率器件进行模块化封装，而功率IC是将功率分立器件与驱动、控制、保护、接口、监测等外围器件集成。常见功率半导体产品有二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。
功率分立器件中，二极管/整流器和MOSFET市场最大。根据Omida的统计，全球功率分立器件中，二极管占7%，晶闸管占3%，整流器（由4个二极管组成）占27%，MOSFET占53%，IGBT占10%。中国功率分立器件中，二极管占10%，晶闸管占3%，整流器占23%，MOSFET占54%，IGBT占10%。
（1）二极管：不可控型器件，结构简单。主要有SBD（肖特基二极管）、FRD（快恢复二极管）等，电压覆盖范围从1V到数千伏不等。其中SBD利用金属与半导体结合制作而成，常见产品分平面型、沟槽型，适用于小功率场景；FRD则具有开关特性好、反向恢复时间短的特点，电压覆盖数百到数千伏不等，适用于较大功率场景。
（2）晶闸管：半控型器件，耐压高、通流大，响应频率/开关速度差。晶闸管由三个PN结组成，电路结构可以等效为两个三极管，具有将大功率交流电整流成直流的特性，能在高电压、大电流条件下工作，通过门极的精准控制，能够以微小的电流控制较大的功率输出（以小电流控制大电流、以低电压控制高电压），是半导体电子电力器件从弱电控制进入强电控制的标志。按关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
（3）MOSFET：全控型电压驱动器件，开关速度快，驱动简单。MOSFET全称为金属-氧化物半导体场效应晶体管，由位于中央的MOS电容和左右两侧的源极和漏极构成，工作时通过控制栅极电压，实现源极与漏极之间导通与关闭。MOSFET常用于电压较低（600V以下）、功率较低（1500W以下）、工作频率较高（kHz-10MHz）的场景，比如服务器、交换机、音频设备等的电路通断控制。
（4）IGBT：全控型电压驱动器件，开关速度处于晶闸管和MOSFET之间，耐高压。IGBT全称为绝缘栅双极晶体管，结构上由BJT和MOSFET组合而成，兼具MOSFET输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快和BJT通态电流大、导通压降低、损耗小等优点。IGBT一般按照电压等级划分为三类，低压（600V以下）IGBT一般用于消费电子等领域，中压（600V-1200V）IGBT一般用于新能源车、工业控制、家用电器等领域，高压（1700V-6500V）一般用于轨道交通、新能源发电和智能电网等领域。
功率半导体广泛应用于电力电子、轨交、新能源、家电、音频设备等。二极管、晶闸管等器件生产工艺相对简单，在中低压领域大量使用；MOSFET、IGBT等器件更多应用于高压、高可靠性领域，器件结构相对复杂并且生产工艺门槛较高，成本较高，在新能源车、轨道交通、工业变频等领域广泛使用，其中MOSFET高频特性好，但耐压能力不如IGBT，常用于开关电源、镇流器、高频感应加热/逆变焊机、通信电源等中低压/高频领域，IGBT开关频率稍慢，但可承受大电压和大电流，适合焊机、逆变器、变频器、轨道交通、风电等高压大功率应用。MOSFET和IGBT是功率半导体主要发展方向之一，是未来增长最强劲的半导体功率器件。
汽车是功率半导体的最大应用领域，占比达35%。从全球市场来看，2019年汽车占比最高，达35%，工业、消费电子占比分别为27%和13%，是第二、第三大应用领域。从中国市场来看，2019年汽车电子占比达27%，其次为消费电子、工业、电力，占比分别为23%、19%和15%。
1.3 迭代周期相对较长，国内外技术代差逐步缩小
功率半导体正向高性能、集成化、低损耗方向升级。一方面，导通损耗和开关损耗导致电力电子器件产生大量热量，既浪费能源，又影响安全性和有效性。另一方面，所有垂直应用都有其特定的功率需求，需要不同类型的功率器件来满足。早期简单的二极管开始逐渐向高性能、集成化、低损耗方向升级。晶闸管、MOSFET、IGBT、集成模块等产品相继涌现，器件设计及制造难度不断提高，应用范围更加广泛，能效表现更加出色。
硅基产品迭代周期约为10年左右，第三代半导体材料正在兴起。1947年，贝尔实验室发明晶体管，1957年美国通用电器公司开发出第一个晶闸管产品，标志着电力电子技术的诞生，正式进入了电力电子技术阶段并于1958年商业化。1970年代后期，门极可关断晶闸管GTO、电力双极型晶体管BJT、电力场效应晶体管功率MOSFET为代表的全控型器件迅速发展，第二代电力电子器件应运而生，80年代后期，沟槽型功率MOSFET和IGBT相继面世，功率器件正式进入电子应用时代。90年代，超结MOSFET逐步出现，打破传统“硅限”以满足大功率和高频的应用需求。2008年英飞凌率先推出屏蔽栅功率MOSFET，半导体功率器件的性能进一步提升。从技术演进看，硅基功率器件的迭代周期约10年，当前以第三代半导体材料为媒介的功率器件正在爆发，是功率半导体行业的重要增长点。
高压MOSFET、IGBT与国外存在技术代差，差距逐步缩小。二极管、三极管、晶闸管、低压MOSFET等大部分已实现国产化，而高压MOSFET、IGBT等由于技术及工艺的高壁垒，还依赖进口，随着国产厂商发力追赶，未来进口替代空间巨大。
（1）MOSFET方面，近年来国内MOSFET产品研发明显进步。国内技术领先的MOSFET厂商主要有华润微士兰微、新洁能，形成了较为完整的产品系列，电压、电流基本覆盖，不仅在平面型（Planar）、沟槽型（Trench）等中早期MOSFET的供应已经成熟，也具备超级结（SJ）、屏蔽栅（SGT）等新一代MOSFET的制造能力。如华润微已拥有全部MOSFET主流器件结构研发和制造能力，能够提供-100V至1500V范围内低、中、高压全系列MOSFET产品。闻泰科技收购安世半导体后，跻身世界一流的半导体标准器件供应商队列，并快速切入车规级高功率MOSFET领域，比亚迪半导体在车规级SiC MOSFET方面早有建树，正着手第4代产品研发，带动了本土车规MOSFET的整体供应能力快速提升。
（2）IGBT方面，技术发展约30年，主要经历7代技术及工艺改进。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。
高压IGBT存在差距，与海外大厂的代际差距在缩小。目前全球主要的IGBT厂商中，英飞凌和三菱电机具有齐全的产品线，技术领先。英飞凌从NPT-IGBT（第四代）直接跳跃到微沟槽场截止（第七代），而国内最新一代的IGBT接近英飞凌第七代，为斯达半导和华虹半导体共同研发，预计2021年底试生产。斯达半导、士兰微等产品已能覆盖较高端的IGBT，但技术差距仍在。比亚迪半导体和中车时代的IGBT产品分别面向新能源车和高铁，在车规级和高电压领域已经形成自己的竞争优势。
二、需求端：下游需求多重共振，功率半导体需求高涨
全球来看，工控、消费、新能源、电网、5G通信、家电等新市场驱动功率半导体市场成长。根据Omdia预测，2019年全球功率半导体市场规模约为464亿美元，预计至2024年市场规模将增长至522亿美元，2019-2024的复合增长率为2.4%。
国内来看，功率半导体产业链日趋完善，市场增速高于全球市场。中国是全球最大的功率半导体消费国，2019年市场规模达到177亿美元，占全球比例达38%。预计未来中国功率半导体市场将平稳增长，2024年市场规模有望达到206亿美元，2019-2024年的复合增长率为3.1%。
MOSFET和IGBT在功率半导体器件中，占据较高份额，增长最为强劲。根据Omdia，2019年全球功率分立器件市场规模约160亿美元，其中MOSFET在功率分立器件中占比最大，达52.51%；IGBT为第三大产品，占比为9.99%。中国市场中，2019年MOSFET、IGBT的市场份额分别为53.98%与9.77%。
MOSFET主要用于消费电子、汽车电子、工业等领域。消费电子领域，主板、显卡、快充、Type-C接口的持续渗透拉动MOSFET的需求。在汽车电子领域，MOSFET在电动马达辅助驱动、电动助力转向及电机驱动等动力控制系统，以及电池管理系统等功率变换模块领域均发挥重要作用，未来将持续受益于新能源车的渗透。2019年全球MOSFET市场规模达84.20亿美元，受疫情影响，2020年市场规模下降至73.88亿美元，预计未来全球MOSFET市场将平稳回增，2024年市场规模有望恢复至77.02亿美元。2019年国内MOSFET市场规模为33.42亿美元，2017-2019年复合增长率为7.89%，高于全球增速，2021年反弹至30.4亿美元，未来需求向好。
相比于MOSFET，IGBT适用电压更高，更多用于泛工业领域。在中低电压领域，IGBT广泛应用于新能源车和白色家电；在1700V以上的高电压领域，IGBT广泛应用于轨道交通、清洁发电、智能电网等重要领域。随着IGBT在新能源车、轨交、通信、消费电子、电力等领域的普及使用，全球IGBT市场规模将不断增长。根据Omdia，2019年全球IGBT（包括IGBT单管和IGBT模块）市场规模为60.66亿美元，2017-2019年复合年均增长率为10.77%，2024年市场规模有望达到66.19亿美元。2019年国内IGBT市场为23.98亿美元，2017-2019年复合年均增长率为14.32%，高于全球平均增速，2024年市场规模有望达到25.76亿美元。
2.1 新能源车：汽车向新四化升级，推动车规级半导体量价双升
汽车向电动化、智能化、数字化和网联化四个方向发展，新能源车市场规模激增，单车对能量转换的需求不断增强，汽车电子迎来结构性变革，车规级功率器件需求升级。根据Yole，2020年新能源车功率半导体市场规模约14.2亿美元，预计2026年增长到56亿美元，2020-2026年复合增速达25.7%。
新能源车销量攀升，渗透率不断提高。根据EV Tank预测，2025年全球新能源车销量或达1205万辆，2019-2025年CAGR达33.42%。包括轻度混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车的新能源车型的渗透率正增长迅速，2023年新能源车产量将超过新车总产量的25%，到2027年这一比例将提升至50%以上。国内方面，2020年中国新能源车销量为136.7万辆，同比增长10.9%，其中纯电动汽车销量达到111.5万辆，同比增长11.6%；插电式混合动力汽车销量为25.1万辆，同比增长8.4%。2020年11月国务院印发《新能源车产业发展规划（2021-2035年）》，提出2025年新能源车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右，年总销量将达到500-600万辆。根据IDC预测，2025年中国新能源车销量或超540万辆，未来5年新能源车销售量复合增长率为32%左右。
汽车电动化提高电力转换与控制要求，功率半导体规格提升。传统汽车中，功率半导体主要应用于启动、发电和安全领域，包括直流电机、电磁阀、继电器、LED驱动等，硅基MOSFET、IGBT及模块即可满足需求。而新能源车普遍采用高压电路，当电池输出高压时，需要频繁进行电压变化，对电压转换电路需求提升，此外还需要大量的DC-AC逆变器、变压器、换流器等，这些对IGBT、MOSFET、二极管等半导体器件的需求量巨大。单辆新能源车的功率转换系统主要有：1）主传动/逆变器：1200V高压，需要硅基IGBT/模块、SiC基MOSFET；2）充电器（OBC）：650V高压，需要硅基IGBT/模块、SiC基MOSFET；3）DC-DC转换：涉及低电压直流转换，需要30/40/80/100V等硅基MOSFET；4）高压辅助驱动：650V高压配电，可用Si/SiC/GaN MOSFET/模块；5）电池管理系统（BMS）：低电压40V，用硅基功率器件。根据Strategy Analytics，传统燃料汽车中功率半导体芯片的占比仅为21.0%，而纯电动汽车中功率半导体芯片的占比可高达55%。
随着新能源车电动化程度提升，单车功率半导体量价齐升、应用拓展。根据Strategy Analytics，48V轻度混动、插电、纯电动车型在燃油车基础上单车功率半导体分别增加90美元、305美元和350美元，占所有半导体价值增量的80%。其中BEV功率半导体单车价值较燃油车增长4-5倍，价值量的提升主要来自：1）量，新增的电控系统提升对功率半导体的数量需求；2）价，高电压高功率提升对IGBT、模块、SiC基产品等单价较高产品的需求；3）非传统功能，除电控系统外，其他如智能座舱、高级辅助/自动驾驶等均有功率半导体增量。
车规功率器件规格升级趋势下，IGBT最为受益。预计2024年新能源车将超过工业控制成为IGBT最大的下游应用领域，根据Yole预测，预计到2024年，全球IGBT模块市场将会增长至19.10亿美元，5年复合增长率达13.17%。根据Omdia预测，中国新能源车IGBT模块市场将从2019年的2.8亿美元快速增长至2023年的8.8亿美元，4年复合增长率接近30%。
竞争格局方面，欧美厂商主导国内市场，本土厂商正逐步突破。车载功率半导体市场中，第一大供应商为英飞凌，市占率25.5%，第二大为意法半导体，市占率13.9%，前五大公司合计占比62.1%，集中度较高。中国在车载功率半导体领域基础薄弱，但近几年整车厂发展迅速，为本土产品替代提供了机遇。根据佐思汽研和盖世汽车，2019年英飞凌为国内电动乘用车市场供应62.8万套IGBT模块，在国内新能源车IGBT领域排名第一，占比高达58.2%，比亚迪半导体供应了19.4万套，占比18%，而斯达半导、中车分别供应1.7万套、0.8万套，市占率分别为1.6%、0.8%。随着国内厂商设计能力提升、产线扩充以及整车厂的积极导入，国内车规级IGBT市占率有望不断提升。
2.2 充电桩：充电基础设施进入高速建设期，充电桩配套拉动功率器件需求
充电基础设施进入高速建设期，国内充电桩保有量高速增长。2020年5月《政府工作报告》强调“建设充电桩，推广新能源车，激发新消费需求、助力产业升级”，伴随新能源车保有量的高速增长，新能源充电桩作为配套基础设施亦实现了快速增长。2015年至2020年，全国公共充电桩的数量由5.8万个增长至80.7万个，复合增长率达69.5%，随车配充电桩（私人桩，一般为交流充电桩）保有量从0.8万个增长至87.4万个，复合增长率达155.1%。截至2021年7月，全国充电基础设施累计数量为201.5万个，其中公共桩95.0万个（直流充电桩38.3万台、交流充电桩56.7万台），私人桩106.4万个，充电站保有量达到6.6万座。从全球范围内看，预计2020-2022年充电桩数量分别为600万桩、700万桩、800万桩，每年新增充电桩需求约百万桩。
功率器件约占充电桩总成本的20%，2025年国内市场或超18亿美元。单个桩根据快慢充、功率不同而成本不同，根据阿尔法工场研究院，直流充电桩（快充桩）的成本约4500美元，交流充电桩（慢充桩）的成本约900美元，IGBT等功率器件占总成本的20%左右。目前直流充电桩按3:1配置（车：充电桩=3:1），交流充电桩按5:1配置，据此测算全球2025年直流充电桩需求或达397万个，交流充电桩需求或达238万个，在不考虑价格变动的情况下，2025年全球充电桩市场对功率器件的需求为40.06亿美元。国内来看，预计2025年直流和交流充电桩需求分别为181和108万个，在不考虑价格变动的情况下，国内充电桩市场对功率器件的需求为18.22亿美元。
2.3 多领域需求释放，助力功率半导体成长
1、工业自动化与智能化推进，提升工业领域功率半导体需求。随着《中国制造2025》和“工业4.0”不断推进，工业的生产制造、仓储、物流等流程改造对电机需求不断扩大，自动化、智能化成为工业发展方向，电子系统逐步取代机械系统，同时提升工业领域功率半导体需求。以动力控制为例，传统工业电机消耗了全球45%的能源，而采用IGBT模块的变频驱动可降低60%的能耗，这种新变频驱动平均功率半导体价值约40美元，传统电机中没有功率半导体，改用变频驱动是行业趋势。根据中商产业研究院的数据，2016年全球工业功率半导体的市场规模为90亿美元，受益于工业技术的进步，2020年将达116亿美元，CAGR为8.56%，驱动力来自工业自动化、智能化、固态照明、安全控制需求。
2、光伏及风力发电基础设施处于建设高峰期，全球及中国装机容量快速增长。光伏和风力发电是新能源发电的两种主要方式，正处于建设高峰期。（1）光伏发电方面，2020年全球光伏装机容量达708GW，欧洲光伏产业协会预测全球新增光伏装机量未来5年将保持15%以上的复合增速，2025年接近200GW，累计达1500GW。中国2020年光伏装机容量达254GW，2010-2020年CAGR为73.6%，装机容量位居世界第一，预计未来5年新增装机量CAGR为9.9%，2025年约80GW，累计装机容量约达584GW。（2）风力发电方面，2020年全球风电装机容量达733GW，2010-2020年CAGR为15.0%；中国风电装机容量2020年将达282GW，2010-2020年CAGR为25.3%，增速显著高于全球平均水平。根据GWEC预测，未来几年全球风电新增装机量增加约70GW/年，2024年累计有望突破1000GW，中国新增装机量约为20GW/年，2024年累计将超360GW。
光伏及风力电站建设大量消耗逆变器和整流器，功率器件需求随之增长。新能源发电输出的电能无法直接满足电网输送的要求，需通过大量的光伏逆变器或风电变流器将其整流成直流电，再逆变成符合电网要求的交流电后才能输入并网，而光伏逆变器中核心的功率器件就是IGBT。除此之外，根据电子工程世界，常规配置下，1MW的光伏组件约需5000只太阳接线盒，1只太阳接线盒约需要5只光伏二极管，1MW的光伏组件共需要25000只光伏二极管；另外，配套的智能电表也需要使用功率半导体，智能电表需要使用二极管和桥式整流器来实现电路数据处理，一般情况下需要使用1-2只整流器，9-13只二极管。仅考虑其中占绝大部分的逆变器和变流器：
（1）光伏领域，目前集中式光伏逆变器成本在0.16-0.17元/W，组串式光伏逆变器成本在0.2元/W左右，总体光伏逆变器成本在0.2元/W左右，而光伏IGBT模块占光伏逆变器总成本的10%，即光伏IGBT模块价值量约为0.02元/W，根据对光伏装机量的预测，可以估算2025年全球光伏IGBT市场规模接近40亿元，中国2025年光伏IGBT市场规模约为16亿元。
（2）风电领域，根据IRENA，目前全球陆上风电平均装机成本约1.473美元/W，海上风电成本为3.8美元/W（未来新增陆上装机量：海上装机量=6.5：1，平均成本约为1.8美元/W），其中变流器约占成本的5%-8%（按6%计算），而其中IGBT约占变流器成本的10%，约为0.069元/W（按照美元汇率6.5计算），根据对风电装机量的预测，可以估算出2024年全球、中国风电IGBT市场规模分别为51亿元、14亿元。
3、5G基站进入大规模建设期，通信用功率半导体需求快速增长。5G基建及配套设施建设快速铺开，而功率器件是通信设备重要的电力元件。
（1）5G铺设密度要求更高。相对于4G，5G通信频谱分布在高频段，而频率越大的基站，信号衰减速度就会越快，为此5G基站的建设密度就要更大。根据新PCB产业研究所和南通等5G网络空间布局规划，4G基站的分布密度为密集城市中心区域500米/个，郊区1500米/个，农村5000米/个，5G基站的分布密度为城市中心区域大概200-300米/个，郊区500米-1000米/个，农村1500-2000米/个。总体基站数量需求是4G的2-3倍。2020-2025年，中国5G基站建设迎来高峰期，预计共计新增5G基站381万站；
（2）5G电源功耗需求更高。一方面，5G用的Massive MIMO设备通道数大幅增加，基带处理计算量大幅上升增加，并将导致数字中频、射频小信号的功耗显著增加；另一方面，每个通道的功放布板面积受限，高集成度的封装带来片内匹配电路设计难度增加，插损加大，5GAAU整机效率下降，导致其功耗上升。根据中国铁塔，目前华为5G基站单系统的典型功耗为3500W，中兴为3255W、大唐为4940W，而4G的单系统功耗仅为1300W，5G是4G的3-4倍。
更高的覆盖密度、更大的功率需要更多电源管理系统，每个电源管理系统中最多有近百个MOSFET，因此通信用功率器件需求将大幅增长。根据中商产业研究院，全球通信功率半导体市场规模将由2017年的57.45亿美元增长至2021年的70.3亿美元，复合增长率为4.71%。
4、变频家电持续渗透，功率器件单机价值量提升。家电变频化趋势主要体现于空调、冰箱、洗衣机等耗电较大的电器，利用IPM调节电机输入电源幅值和频率进而实现电机多档位转速。中国是全球最大的白色家电生产基地，约全球白电产能的60%-70%，其中家用空调的变频化程度最高，2020年的变频占比是52.9%；其次为洗衣机，变频占比为41.5%，而冰箱变频比例在三大白电里属于占比最低，为29.7%。英飞凌数据显示，从非变频家电到变频家电，功率器件单机价值量从0.79美元增长至10.67美元。受益家电变频化需求推动，全球家电用功率半导体规模有望从2017年的26.45亿欧元增长至2022年的57.79亿欧元，复合增长率达17%。虽然白电大部分功率器件还是采用海外龙头厂商，但是国内供应商近年发展迅速，如士兰微持续取得技术突破，其IPM模块在白电和工业变频器市场累计出货近千万颗。
2.4 第三代半导体应用落地，成为功率半导体第二条成长曲线
半导体材料已演进至第三代。第一代材料是硅和锗，20世纪50年代半导体材料以锗为主，20世纪60年代，硅取代锗成为新的半导体材料，硅绝缘性好，提纯简单，至今仍然是应用最多的半导体材料。第二代材料是砷化镓和磷化铟，可用于制作高速、高频、大功率及发光电子器件。第三代半导体材料又称为宽禁带半导体材料，主要包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、氮化铝（AlN）等，其中SiC、GaN比较成熟，主要用于功率、射频等领域。
SiC、GaN具备更强的高温、高压、高频性能，适用于电网、光伏、新能源车、5G、微波射频等领域。SiC具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点，其器件适用于高频高温的应用场景，相较于硅器件，可以显著降低开关损耗。因此，SiC可以制造高耐压、大功率电力电子器件如MOSFET、IGBT、SBD等，用于智能电网、光伏、新能源车等行业。GaN具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高的电子迁移率的特点，是超高频器件的极佳选择，适用于5G通信、微波射频等领域的应用。
SiC和GaN功率半导体有望实现长期高成长。根据超硬材料工程，集成电路99%以上用硅材料制作，半导体器件的95%以上用硅制作，随着5G通信、新能源车、光伏等新兴应用涌现，以GaN和SiC为代表的第三代半导体材料快速崛起。根据Omdia的《2020年SiC和GaN功率半导体报告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半导体的销售额预计从2018年的5.71亿美元增至8.54亿美元，未来10年以两位数复合增速成长，到2029年将超过50亿美元。
2.4.1 SiC：电动车及充电桩快速渗透，SiC功率器件随之高速成长
SiC材料研究已久，但商用化时间较短。SiC因为其较高的载流子迁移率，能够提供较高的电流密度，常被用来做功率器件。SiC从上个世纪70年代开始被开发，2001年SiC SBD商用，2010年SiC MOSFET商用，SiC IGBT还在研发当中。
SiC基功率器件相对于Si基功率器件的优势主要来自三个方面：低损耗、小型化、耐高温与高电压。
（1）低损耗。SiC材料开关损耗极低，全SiC功率模块的开关损耗大大低于同等IGBT模块的开关损耗，而且开关频率越高，与IGBT模块之间的损耗差越大，这意味着IGBT模块不擅长的高速开关工作，SiC功率模块不仅可以大幅降低损耗，还可以实现高速开关。
（2）小型化。SiC材料具备更低的通态电阻，阻值相同的情况下可以缩小芯片的面积，SiC功率模块的尺寸可达到仅为Si基功率模块的1/10左右。
（3）耐高温与高电压。SiC的禁带宽度高于Si，可承受的温度相对Si更高；SiC材料的导热率为3.7W/cm/K，而硅材料的仅有1.5W/cm/K，更高的热导率可带来功率密度的显著提升，同时散热系统的设计更简单，或者直接采用自然冷却。
SiC功率器件可大幅节省新能源车电池、散热、空间等成本。新能源车此前多采用Si基材料，基本已逼近其物理极限，如工作温度、电压阻断能力、正向导通压降、器件开关速度等，SiC成为极为理想的替代材料，此外SiC应用到电动汽车的逆变器、OBC、DC/DC等系统，可带来系统级的体积缩小和成本压缩。根据CREE等机构，电动汽车采用SiC功率器件能够提升5%-10%的续航能力，至少能节省400-800美元的电池成本，未来有望还能节省600美元汽车空间成本和1000美元散热系统成本，乐观情况下，抵消新增200美元的SiC器件成本后，整车成本能节省约2000美元。
SiC功率器件在车内应用渗透，逆变器、PCU、充电等系统均在逐步导入SiC。从落地情况看，逆变器目前已从Si IGBT+Si FRD方案，转为开始使用IGBT+SiC SBD的混合方案，预计全SiC的逆变器将从2023年开始在主流豪华车品牌中量产。车载OBC和DC/DC已经开始采用SiC器件，全SiC方案有望2021年开始采用。PCU、无线充电都将导入SiC方案。如特斯拉Model 3的主逆变器已采用了意法半导体生产的24个SiC MOSFET功率模块，车身比Model S减轻了20%，是全球第一家将SiC MOSFET应用于商用车主逆变器的OEM厂商。2020年12月，丰田推出并公开发售“Mirai”燃料电池电动汽车，首次开始使用SiC功率器件。
SiC器件可满足充电桩的高功率需求。充电桩电压随电动汽车电池组电压相关，电池电压从400V增加到800V，充电桩电压也要从500V增加到1000V，这也导致充电桩需要采用电压1200V的功率部件。然而，当电压大于900V时，硅基功率MOSFET和IGBT就暴露出短板，其在转换效率、开关频率、工作温度等多方面受限。SiC器件凭借材料特性优势，能够弥补硅材料的缺陷，提供比硅基器件尺寸更紧凑的解决方案，更高的效率和频率，更好的满足高功率充电桩的需求，降低充电成本。
衬底和外延生长是SiC制备中成本占比最大、工艺难度最高的环节。衬底制备上，首先将SiC粉料在单晶炉中经过高温升华之后形成SiC晶锭，然后通过对SiC晶锭进行粗加工、切割、研磨、抛光，得到透明或半透明、无损伤层、低粗糙度的SiC晶片（即SiC衬底），后续在衬底基础上生长SiC外延或是GaN外延，最终再通过IC设计、制造、封测等环节制作成相应器件。尽管1990年代SiC衬底就已经实现产业化，但由于复杂的制造工艺流程和更高的材料要求，衬底制备仍是SiC功率器件成本最大的部分，约占47%，外延成本占位居次席，占23%。
SiC规模化生产启动，衬底、外延和晶圆的成本持续下降。衬底和外延方面，随着6英寸SiC单晶衬底和外延晶片的缺陷降低和质量提高，8英寸产线实现规模化生产，降本效应将逐渐显现。制造方面，各个供应商相继扩产，规模不断扩大，技术逐步成熟，规模化带来制造成本的降低。2019年5月，Cree宣布5年内将投资10亿美元用于扩大SiC产能（其中4.5亿美元用于8英寸量产），2024年全部完工时将带来SiC晶圆制造产能的30倍增长和SiC材料生产的30倍增长。2021年7月27日，意法半导体宣布造出业界首批8英寸SiC晶圆，与6英寸晶圆相比，可用面积扩大近一倍，合格芯片产量是6英寸晶圆的1.8-1.9倍，产能将大幅提高。英飞凌则已推出Cool SiC、Cool GaN系列产品线，并实现量产。目前SiC的成本是Si的4-5倍左右，伴随着产能大规模增加，预计未来3-5年价格会逐渐降至Si的2倍左右，英飞凌称3-5年后其有机会把成本降到跟Si基元件相近的程度。
SiC功率器件需求主要来自电动车及配套的充电桩，占有SiC市场半壁江山。根据Yole，2019年SiC功率器件的市场规模为5.41亿美元，渗透率不足2%，受益于电动汽车/充电桩、光伏新能源等市场需求驱动，预计2025年将增长至25.62亿美元，复合增长率约30%。2019年新能源车中SiC市场规模约为2.25亿美元，预计2025年市场规模达到15.53亿美元，复合增长率为38%。电动汽车用SiC功率器件占SiC功率器件整体市场份额将从2019年的41%增长到60%以上。电动汽车充电基础设施也将带来大幅增量，2025年相关SiC市场规模达2.25亿美元，复合增长率达90%。
国内SiC产业链完整，已有众多本土厂商布局。从全球来看，SiC产业以美国、欧洲、日本厂商为主，其中Cree（子公司Wolfspeed负责SiC器件生产）、Rohm（子公司SiCrystal负责SiC晶圆生产）实现了从SiC衬底、外延、设计、器件及模块制造的全产业链布局，厂商主要以IDM模式为主，如英飞凌、三菱电机、意法半导体等。从国内来看，全产业链布局的企业有中电科55所、世纪金光；生产SiC衬底的有天科合达、山东天岳等；生产SiC外延片的企业有东莞天域、瀚天天成；负责器件设计的企业有深圳瞻芯电子等；而以IDM形式生产的有三安集成、士兰微、比亚迪半导体、闻泰科技、泰科天润、中车时代电气等。SiC衬底技术方面，Cree、II-VI、Rohm等国外龙头的技术工艺已普遍转为6英寸晶片生产和8英寸研制工作，而国内厂商则以4英寸生产为主，6英寸技术尚未规模化生产。但是中国第三代半导体材料产业链布局已经相对完整，实现了从小批量研发向规模化、商业化生产的跨越，天科合达、山东天岳等占据一定份额。
国内SiC产业链相关企业加紧追赶，频频布局相关技术研发与产能建设。（1）单晶衬底方面，目前国内可实现4英寸衬底的商业化生产，山东天岳和天科合达、同光晶体均已完成6英寸衬底的研发，中电科装备研制出6英寸半绝缘衬底，露笑科技预计2021年9月基本实现6英寸导电型SiC衬底片小批量生产，安徽徽芯长江预计12月底完成中试并开始试销，目标年产4英寸SiC晶圆3万片、6英寸12万片；（2）外延片方面，国内瀚天天成和天域半导体均可供应4-6英寸外延片，中电科13所、55所亦均有内部供应的外延片生产部门；（3）器件方面，国内600-3300V SiC SBD已开始批量应用，泰科天润已建成国内第一条SiC器件生产线，SBD产品覆盖600V-3300V的电压范围，中车时代电气的6英寸SiC生产线也已试片成功。（4）模块方面，国内已开发出1200V/50-400A全SiC功率模块、600-1200V/100-600A混合SiC功率模块，目前厦门芯光润泽国内首条SiC IPM产线正式投产。
2.4.2 GaN：消费电子主驱动，通讯、IDC、汽车等市场高速成长
GaN高频性能较优，适用于微波射频、电力电子和光电子三大领域。GaN与SiC类似，具有击穿电场高、热导率高、抗辐射能力强等突出特点，且具有低导通损耗、高电流密度等优势，适用于超高频、电压集中在600V-3300V，中低压集中在100V-600V，通常用于微波射频、电力电子和光电子三大领域。具体地，微波射频方向包含了5G通信、雷达预警、卫星通讯等应用；电力电子方向包括了智能电网、高速轨道交通、新能源车、消费电子等应用；光电子方向包括了LED、激光器、光电探测器等应用。
GaN相比Si功率密度更高，相比SiC适用频率更高。GaN既拥有类似SiC在宽禁带材料方面的性能优势，也拥有更强的成本控制潜力。与Si材料相比，基于GaN材料制备的功率器件拥有更高的功率密度输出，以及更高的能量转换效率，其中仅GaN晶体管开关就比Si基MOSFET快10倍，比Si基IGBT快100倍.GaN也可以使系统小型化、轻量化，有效降低电力电子装置的体积和重量，从而极大降低系统制作及生产成本。相对于SiC在高于1200V的高电压、大功率应用具有优势，GaN器件更适合40-1200V的高频应用，尤其是在600V/3KW以下的应用场合。因此，在微型逆变器、伺服器、马达驱动、UPS等领域，GaN可以挑战传统MOSFET或IGBT器件的地位。根据GaN Systems，全球电力能源消耗中有20%以上通过低效的功率转换以热的方式流失，通过使用GaN技术可以减少50%能源浪费。
根据Yole预计，GaN功率器件市场规模有望从2020年的4600万美元增长至2026年的11亿美元，主要下游空间及CAGR分别为：消费电子（2870万美元，69%）、工业（340万美元，48%）、通信&IDC（910万美元，71%）、汽车（30万美元，185%）、国防&航天（140万美元，4%）、能源（50万美元，28%）和其他（220万美元，31%）。
（1）消费电子：GaN快速技术已成燎原之势。消费电子市场对电源产品的小型化、快速化以及低发热量有强烈的需求，这成为GaN器件在消费类电源市场的主要驱动力。2018年GaN快充首次在售后市场出现， Navitas和Exagan首次推出带有集成GaN解决方案的45W快速充电电源适配器。此后，GaN快充技术快速被各大手机品牌采用：2019年9月OPPO宣布在其65W内置快速充电器中采GaN HEMT器件，GaN正式迈进手机原装充电器市场，2020年2月小米公司在小米10发布会上也宣布使用65W的GaN快充。仅2020年，小米、联想、三星、Realme、戴尔、LG等多家公司先后在原装充电器中采用GaN技术，截止2021年5月，至少有10家智能手机厂商推出超过18款自带GaN充电器的手机。
国内GaN快充市场约占全球的五成，未来5年高速增长。相比于Yole，CASA Research对于GaN快充市场更为乐观。根据CASA Research预测，2020年到2025年全球快充氮化镓器件市场规模将由3亿元快速成长至80亿元以上，复合增长率超过90%。全球各地区市场中，中国市场份额最高，占比在50%左右，预计中国快充氮化镓器件市场规模将从2020年约1.5亿元增长至2025年40亿元以上，复合增长率达97%。折算成晶圆需求来看，全球2020年PD快充市场6英寸GaN晶圆需求量为3.7万片，到2025年需求量将超过120万片，国内2020年PD快充市场6英寸GaN晶圆需求量为1.7万片，到2025年需求量约为67.4万片。
（2）汽车：GaN在汽车市场即将迎来突破。在PCIM Europe 2020上，GaN Systems推出一款All-GaN（全氮化镓）汽车，证明了GaN在汽车功率转换方面的可行性。安世半导体已经采用GaN材料开发出针对900V高压的车载产品，且未来还有计划推出1200V产品，打破了GaN仅适用于中低压产品的传统思维。根据Yole，汽车将是GaN功率器件的全新应用场景，市场规模会从2020年的30万美元增加到2026年的1.55亿美元，复合增长率达185%。
GaN主要在电源转换系统、激光雷达、电机驱动等方面推动车载功率器件的升级。（1）电源转换：基于GaN技术的48V车用总线系统可提高效率、缩小尺寸和降低系统成本，以3kW多相降压转换器为例，GaN方案在250kHz/相下工作，远高于传统MOSFET 125kHz/相的工作频率，得以采用较小的电感值和电感直流阻抗以实现更小的功耗和尺寸。（2）激光雷达：GaN FET较短的脉宽能实现更高分辨率，而更大的脉冲电流可以增强激光雷达的探测距离，加上超小尺寸的优势，是代替MOSFET成为激光雷达的理想驱动器件。（3）电机驱动：基于GaN器件的48V车用电机则能缩小电机尺寸和重量，在高于可听频谱频率下工作，具有更强的转矩和更高的效率，从而实现更长的电池续航时间。
GaN功率市场处于爆发前夕，即将进入10年增长“快车道”。除消费电子、汽车外，数据中心及通信市场也在逐步导入GaN技术，预计市场规模将从2020年的910万美元增长到2026年的2.23亿美元以上。未来，随着GaN技术成熟与规模效应带来成本降低，预计GaN功率市场在2020年实现翻番后，继续保持高速发展态势，到2026年将达到11亿美元，年复合增长率达70%。
国内企业在GaN功率领域处于起步阶段，替代空间巨大。国际主要GaN功率器件厂商包括NXP、EPC、TI、GaN System、Fujitsu、Infineon、Transphorm等，前七大厂商市占率合计81%。相比之下，国内厂商处于追赶阶段。国内从事GaN单晶生长的企业主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特等。而从事GaN外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海陆重工、晶湛半导体等。GaN器件方面，主要为安世半导体和三安光电，安世于2019年11月发布首款GaN FET产品，正式进军GaN领域，2020年6月推出新一代650V GaN产品，尺寸缩小24%，满足车规级要求；三安光电6寸GaN外延片产线已经建成，填补了国内的空白。随着国内厂家不断崛起，GaN功率器件未来国产替代空间巨大。
三、供给端：疫情致供需紧张，国产器件加速向中高端突破
3.1 经营模式以IDM为主，设计+代工为辅
功率半导体产业链包括设计、制造、封装测试等环节。根据有无晶圆加工线，可以将功率半导体企业的经营模式主要分为IDM、Fabless以及Foundry/OSAT三种形式。其中，IDM模式即垂直整合制造模式，集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身；Fabless模式即无晶圆加工线设计模式，只负责芯片的电路设计与销售；将生产、测试、封装等环节外包；Foundry/OSAT即代工模式，只负责制造、封装或测试，不负责芯片设计，可以同时为多家设计公司提供代工服务。
功率半导体具有成熟制程、注重工艺、资本开支小和产品迭代慢等特点。四大特点决定功率半导体普遍采用IDM模式。（1）成熟制程。数字逻辑芯片主要用于计算机、手机等领域，追求低功耗、高算力和小尺寸，而功率器件主要用于电力电子领域，追求可靠性与稳定性，工艺制程在350nm以上，晶圆主流尺寸在4-8英寸，少部分采用12英寸。（2）注重工艺。功率器件电路结构简单，重难点在于晶圆制造及工艺、封装技术及材料，无需大额资本开支。而数字逻辑芯片电路复杂，需要架构、IP、设计流程、软件辅助工具等环节，设计复杂度较高。（3）资本开支小。功率器件因不需要追赶摩尔定律，制造投入低于逻辑芯片。设备作为制造环节最主要的支出部分，功率器件所需设备有更多选择，可以选择二手设备或价格实惠的国产设备，逻辑产线目前国产化率很低且海外设备价格昂贵。根据IBS统计，一条3nm先进制程产线的投资成本高达150-200亿美元，而士兰微总投资170亿人民币就能建设两条12英寸特色工艺芯片生产线，单条产线建设成本约为100亿人民币。（4）产品迭代慢。数字逻辑芯片产品生命周期通常为1-3年，功率半导体可达5-10年，迭代速度慢，不需要频繁投资（包括重新设计、升级设备、升级EDA软件和IP核）迭代产品。
功率半导体厂商以IDM模式为主，设计+代工模式为辅。功率半导体“成熟制程、注重工艺、资本开支小和产品迭代慢”的特点决定了相关厂商以IDM模式为主。海外厂商多以IDM模式为主，龙头厂商如德州仪器、安森美、英飞凌、富士电机等均为IDM模式，代工厂有台积电和联电，设计厂商有富鼎。国内厂商也以IDM模式为主，如士兰微、闻泰科技、三安光电、比亚迪半导体等；但代工和设计厂商较多，代工厂有华虹半导体、中芯国际、芯恩、方正微、燕东微等，设计厂商有斯达半导（向IDM模式转变）、新洁能（已建设封测产能）。
国内IDM厂商扩产动作频繁，Fabless厂商内外兼修保证产能。IDM方面，2020年12月士兰微与厦门半导体投资集团共同投资的第一条12英寸生产线正式投产，预计今年Q4将实现月产3万片的目标；2021年1月，闻泰科技位于上海临港的12寸晶圆厂动工，预计2022年7月投产，年产能约为40万片；2021年6月，华润微与大基金联合投资75.5亿新建12英寸晶圆生产线，建成后预计将形成月产3万片12寸中高端功率半导体晶圆生产能力。Fabless方面，斯达半导与华虹达成了战略合作，打造的高功率车规级12英寸IGBT芯片已通过终端车企产品验证，同时拟定增募集35亿元建厂旨在建设自有产能；新洁能则在华虹之外寻求海外厂商作为二供，与国内外头部8寸晶圆厂和封测厂紧密合作开展业务，旨在获得产能保障，以减少供应链风险。
3.2 低端产品率先实现国产替代，中高端产品持续突破
国外龙头厂商占据功率半导体市场主导地位，国内企业发展空间巨大。在功率半导体领域，国际厂商优势明显，全球前十大功率半导体公司均为海外厂商，包括英飞凌（Infineon）、德州仪器（Texas Instruments）、安森美（ON Semiconductor）、意法半导体（ST Microelectronics）等。行业整体集中度较低，2019年以销售额计的全球功率半导体龙头企业英飞凌市场份额为13.49%，前十大企业市场份额合计为51.93%。
从发展阶段看，中国功率半导体产业仍处于起步时期。2019年中国市场销售额前十的厂商中，仅有吉林华微电子一家中国本土公司。不过，在国内市场需求增长及半导体产业链整体向国内转移的推动下，中国涌现了部分优秀半导体功率器件企业，如华润微电子、扬杰科技、士兰微、新洁能等。
二极管、晶闸管等已经率先实现国产替代。在二极管、晶闸管、低压MOSFET等低端产品方面，国内厂商已经具备独立生产的能力，并凭借较低的成本优势，市场份额较大。早在2014年，我国二极管及相关产品的出口量就以超出进口量，实现了该产品的贸易净输出。而在新能源车、电力、轨道交通等领域应用较多的高端产品中高压MOSFET、IGBT技术门槛较高，工艺更复杂，且客户认证壁垒较高，目前仍主要依赖于进口，处于被国外巨头垄断的现状。
（1）MOSFET器件方面，竞争格局较为集中，英飞凌独占鳌头。2019年全球MOSFET器件市场中，英飞凌排名第一，市场占有率达到24.79%，前十大公司市场占有率达到74.42%。中国本土企业中，闻泰收购的安世半导体、中国本土成长起来的华润微电子、扬杰科技进入前十，分别占比3.93%、3.09%和1.80%。2019年，中国MOSFET器件市场中，英飞凌排名第一，市占率达到24.95%，前十大公司市占率达到74.54%。中国本土企业中，华润微电子、扬杰科技、闻泰收购的安世半导体和吉林华微电子进入前十，分别占比4.79%、3.34%、3.28%和2.93%。
中低端MOSFET国产份额有望提升，中高端领域持续突破。消费电子中低压MOSFET的技术壁垒较低，核心竞争力在于厂商的成本控制能力，国内厂商成本占优，部分国际大厂正逐步退出，国内厂商市场份额有望提升。中高端MOSFET领域，国内厂商研发及量产进度不断加快：华润微已可提供-100V-1500V范围内低、中、高压全系列MOSFET，同时积极布局汽车电子与工控市场，进行新品立项开发，客户送样与量产供应；闻泰科技2019年推出了针对5G电信基础设施的高耐用的MOSFET，又在2020上半年推出了尺寸缩小36%、RDS（on）最低的超微型MOSFET和采用坚固材料、更节省空间的LFPAK56封装的P沟道MOSFET。
（2）IGBT分立器件方面，市场份额集中，国内厂商占比较低。2019年全球IGBT分立器件领域中，英飞凌销售额排名第一，市占率高达30.22%，前十大公司合计占比达到75.42%，中国厂商中，吉林华微电子进入前十，市占率为2.41%。2019年，中国IGBT分立器件市场中英飞凌排名第一，市占率为24.28%，前十大公司合计占比达到69.57%，中国厂商吉林华微电子、华润微电子进入前十，市占率分别为4.71%、3.65%。
IGBT已实现部分高端领域突围，自给率有望持续提升。大功率高电压领域，中车时代电气目前已实现650V-6500V IGBT全电压范围覆盖，在轨道交通、智能电网、新能源车等多个领域得到认可和应用。车用领域，比亚迪半导体拥有车用IGBT完整产业链，于2018年底发布了IGBT 4.0技术（相当于国际第五代），2020年4月底其位于长沙的8英寸晶圆生产线开工建设。斯达半导在2018年全球IGBT模块市场中所占份额约为2.2%，2019年底已量产成功1-6代所有型号的IGBT芯片，第7代和华虹联合研发中。据盖世汽车和斯达半导，2019年英飞凌为国内电动乘用车市场供应62.8万套IGBT模块，比亚迪供应了19.4万套，斯达半导16万套，比亚迪、斯达半导市占率已分别为16%、13%。随着国内厂商设计能力提升、产线建设及产能释放、整车厂认证，国内车规级高端IGBT自给率有望持续提升。
3.3 疫情致供需紧张交期拉长，功率器件加速国产替代
受新冠疫情影响，全球半导体市场供需“剪刀差”加大，功率器件整体缺货涨价。根据集微网，2019年下半年进口IGBT即出现缺货状况，MOSFET也在2020年初伴随着疫情爆发进入缺货状态，2021年下半年缺货趋势仍未缓解，根据富昌电子发布的2021Q3市场行情交货周期和价格趋势看，芯片交货周期持续拉长，价格持续上升。英飞凌、安森美和Diodes的低压MOSFET、IGBT货期最长达到了50-52周，且价格还在持续走高。下游厂商为保证供给开始转向国内厂商备货，功率器件国产替代加速。
四、建议关注
4.1 本土厂商向高端突破，建议关注新能源车、光伏、风电等赛道
本土功率厂商向高端突破，头部厂商已形成一定规模。国内外涉足功率半导体的厂商众多，头部厂商以Cree、英飞凌、意法半导体、安森美等国外厂商为主，其优势在于先发优势、品类全面、自备产能，同时在GaN和SiC等第三代半导体材料器件的研发和市场导入上更早。而国内厂商中，斯达半导、闻泰科技（旗下安世半导体）、比亚迪半导体、时代电气、华润微等已形成一定规模，且各具特色。斯达半导强在IGBT模块（设计+封装），在汽车领域处于领先地位；时代电气强在高压IGBT，自备产能，在轨交、电网等领域优势明显；比亚迪半导体背靠比亚迪集团，IGBT客户资源强大；闻泰科技旗下安世则强在传统的MOSFET，为国内最大车规级分立器件供应商；华润微产品品类丰富，IDM兼代工，规模相对较大。其余厂商整体规模不大，但正从传统的消费、家电等领域快速切入汽车、新能源（光伏和风电）、工控等领域，部分厂商开始布局GaN和SiC器件。
当前功率半导体景气度出现一定程度的分化，建议关注新能源车、光伏、风电等长周期赛道及相关厂商。全球半导体产能从2020H2开始进入供需失衡状态，需求侧5G、IoT、新能源、“新基建”等带来功率半导体量价齐升，供给侧6英寸、8英寸晶圆线扩产缓慢，整体供需紧张持续至今。然而，随着后疫情时期功率产能逐步开出，需求结构开始出现分化，低端的二极管、三极管、中低压MOSFET等由于应用领域多在消费、家电等领域，景气度开始呈现边际走弱的态势。而高压MOSFET、IGBT、GaN/SiC器件等多用于新能源车、光伏、风电、工控等领域，应用增量与升级明显，需求强劲，景气周期较长。因此，建议关注应用市场与新能源车、光伏、风电、工控等高度相关的厂商，如斯达半导、闻泰科技、比亚迪半导体、宏微科技和时代电气，以及扩张产能以获得更高市占率的厂商，如士兰微、斯达半导、三安光电等。
4.2 相关标的
4.2.1 斯达半导：专注车规级IGBT，SiC产品有望放量
深耕IGBT模块市场，位居国内领先地位。公司于2005年成立，致力于IGBT芯片/模块和快恢复二极管芯片的设计、制造和测试，是国内IGBT行业的领军企业。2011年，公司NPT型IGBT芯片独立研发成功，并在2012年量产；2015年FS-Trench芯片独立研发成功，次年形成量产能力，可对标英飞凌第六代IGBT；2018年研发出车规级模块系列进军汽车领域；2020年48V BSG功率组件实现大批量装车应用，累计配套超过10万辆，第六代FS-Trench 1200V IGBT芯片批量供应，车规级SGT MOSFET研发成功，并与宇通合作开发SiC项目。2021年华虹半导体与公司共同打造的首款高功率12英寸车规级IGBT规模量产。据IHS Markit，2019年公司在全球IGBT模块市场排名第七，市占率2.5%，是唯一进入前十的中国企业。
技术能力、客户资源积累深厚，护城河较深。技术层面，公司全面实现了IGBT和快恢复二极管芯片及模块的国产化，是国内屈指可数的拥有6代IGBT技术的企业，正在自主研发设计的最新一代FS Trench芯片接近第7代IGBT性能。公司IGBT模块产品丰富，料号达八百多种，电压等级覆盖600-3300V，电流等级覆盖10-3600A。客户层面，公司立足工控领域，客户资源良好，是少数可提供适合不同电焊机的IGBT模块的供应商，是多家国内知名变频器厂商的IGBT模块供应商，客户包括国内变频器龙头英威腾和汇川技术。汽车领域，已经配套汇川技术、上海电驱动、巨一动力等电驱厂商，打入奇瑞、长城、江淮等车企供应体系，并与宇通客车保持长期合作关系。IGBT模块作为核心器件，产品认证较为严格，公司具备较深的市场和技术护城河。
汽车业务快速发展，营收占比逐步提升。公司持续发力新能源车及燃油汽车市场，已跻身国内车规级IGBT模块的主要供应商之列。燃油车市场，48V BSG功率组件已大规模供应，正深入开发下一代BSG车规级功率组件。新能源车领域，公司是少数能为客户提供全功率段的车规级驱动控制器IGBT模块的厂商，并能为高端车型提供成熟的车规级SiC模块，并获得国内外多家著名车企和Tier 1客户的项目定点。2020年公司来自汽车的营业收入为2.15亿元，营收占比22%，其中汽车级IGBT模块合计配套超过20万辆新能源车，按照当年国内新能源车135.7万辆销量计算，公司的市占率约为14.6%，在车用空调、充电桩、电子助力转向等细分市场份额进一步提升。
发力SiC赛道，几度加码车规级功率产品。2020年6月，公司和宇通客车达成合作，宇通将采用公司和GREE合作研发得1200V SIC功率模块开发电动客车电动系统，并预计在2021年开始实际装车；2020年12月，公司公告，拟投资2.29亿元，投资建设年产8万颗车规级全SiC功率模组生产线和研发测试中心，建设期约24个月；2021年3月公司发布定增预案，将以非公开发行方式募资35亿元，其中20亿元将用于投资建设一条年产能36万片的6寸晶圆产线，其中30万片面向3300V及以上的智能电网和轨道交通领域的高压特色工艺功率芯片，6万片面向新能源车的SiC芯片。公司立足于汽车业务的先发优势，发力SiC领域，在车规级SiC功率器件市场中提前抢占市场份额和客户资源。随着新能源车渗透率提升，SiC器件加速渗透，需求强劲，公司业绩有望进一步增厚。
自研芯片比例提升，盈利能力增强。公司采用Fabless模式，自研芯片在华虹半导体、先进半导体等进行代工，外购芯片主要采购自英飞凌。在深厚的研发能力和国产晶圆厂商的支持下，公司自研芯片占比持续提升，从2016年到2019H1，公司自主研发芯片比重从31.0%增加至54.1%，有效降低了IGBT模块的成本（IGBT芯片占模块总成本的60.35%）。同时，2021年公司开始转向IDM模式，35亿定增项目建设了第一条自有晶圆产线，芯片自供能力得到发掘，未来有望降低委外代工成本，获得更好的产能保障。2015-2020年公司业绩高速增长，营业收入从2.53亿元增长至9.63亿元，CAGR为30.66%，归母净利润从0.13亿元增长至1.81亿元，CAGR为69.50%；毛利率持续改善，从28.82%提升至31.56%，始终高于同业平均水平。公司业务主线清晰，市场潜力巨大，未来有望随着SiC等车规级产品放量而高速成长。
4.2.2 士兰微：深耕功率IDM，静待产能释放
深耕半导体二十余年，业务覆盖功率器件、集成电路、LED三大业务。公司成立于1997年，2001年成立子公司士兰集成，建设了国内第一条5/6英寸晶圆线，成为国内首批IDM企业之一；2004年成立士兰明芯进入LED芯片行业，2009年又成立美卡乐光电切入LED封装领域；2010年成功拓展功率模块封装业务；随后2014年成立成都士兰半导体，硅外延车间投产。2015年公司开工建设8英寸生产线，成为国内第一家拥有8英寸生产线的IDM厂商，2018年12英寸特色工艺晶圆生产线及先进化合物半导体器件生产线在厦门开工建设，2019年4/6英寸兼容先进化合物半导体器件生产线投产，2020年12月第一条12英寸90nm的特色工艺芯片生产线正式投产，产能规模进一步壮大。2021年公司硅基GaN功率器件研发持续推进，SiC功率器件的中试线Q2实现通线。至今，士兰微已打通“芯片设计、芯片制造、芯片封装”全产业链，实现了“从5英寸到12英寸”的跨越，在功率半导体（功率IC、功率器件和功率模块）、MEMS传感器、光电产品和高端LED芯片等领域构筑了核心竞争力。
功率器件收入占比提升，成为业绩增长的主要驱动力。2020年公司功率器件、集成电路、LED三大业务营收占比分别为51.5%、33.2%、9.1%，其中集成电路的份额维持在3成左右，LED业务不断压缩，而功率器件业务占比则逐年增加，成为主要收入来源。毛利率方面，功率器件、集成电路受行业高景气度、涨价影响，毛利率大幅提升至38.7%、32.5%，功率器件成为盈利最好的业务。而LED业务受行业产能过剩、疫情导致需求萎靡的影响，2019-2020年毛利率为负，2021H1随着公司高端LED芯片起量、疫情影响减弱，毛利率转为正，预计负面因素对整体毛利率的影响将减弱。
IGBT下游需求旺盛，新能源车应用实现重要突破。工控领域，公司已经为汇川、通用、沪通、沪工等多家知名企业的供应IGBT模块。白电领域，公司的IPM产品2016年即被海信、海尔、长虹、美的、格力等国内主流白电厂商大量采购，2021H1用量超过1800万颗，同比增加200%；新能源车领域，电动汽车主电机驱动IGBT模块已交付上汽、北汽等国内知名车厂测试，B1、B3封装产品已进入批量供应，其中B1采用IGBT 4芯片，适用30-60KW的电动汽车，被造车新势力零跑T03大量采用，出货达几千支/月；B3采用IGBT 5芯片，适用80-220KW的电动汽车，正在极氪（吉利B级新能源车）小批量试用，出货量达几百支/月，预计2021年底或明2022初批量供货。此外，公司也将进军风电、光伏等领域，产品结构将更加丰富。
行业供需失衡，公司产能反应迅速。受疫情蔓延、8英寸产能紧张、需求旺盛等多重因素影响，功率半导体供不应求，本土厂商迎来替代机遇。公司迅速反应，产能快速扩张，2021年上半年士兰集成5/6寸片基本处于满负荷状态，产量122万片，同比增长5.7%。士兰集昕8寸片产量32万片，同比增长33%，下半年将持续加大产线投入并提高生产能力，2021年有望达8万片/月。士兰集科12寸片产量5.72万片，其中6月产出已达1.4万片，预计到2021年底可实现3.5万片/月的目标，并争取在22Q4形成6万片/月12寸片产能。成都士兰已形成70万片硅外延芯片产能，下半年将加大12寸外延片投入。士兰明镓已基本实现4寸片产能达到5万片/月，下半年还将加快投入争取尽快形成7万片的产能。公司有望利用自身产能优势和交货能力抓住行情和疫情的双重机遇，扩大客户群体，有望抢占更多市场份额。
延伸LED芯片的化合物半导体技术，发力GaN和SiC器件。早在2017年12月，士兰微就与厦门半导体投资集团有限公司共同投资220亿元，在厦门规划建设两条12英寸的特色工艺硅芯片生产线和一条4/6英寸化合物半导体器件生产线。2020年士兰化合物半导体生产线正式投产，其硅基GaN研发持续推进，SiC功率器件中试线已在二季度实现通线。公司正在加快对SiC MOSFET的研发，未来推出自产芯片的车用SiC功率模块后，盈利空间有望大幅提升。
4.2.3 闻泰科技：手机ODM龙头，整合安世切入功率半导体赛道
收购安世半导体，形成手机ODM和功率半导体两大产品线。闻泰科技成立于2006年，最初从事白牌手机的方案设计（IDH）。2007年，公司成为中国出货量最大的手机IDH公司。2008年，公司在浙江嘉兴的第一个生产基地投产，实现了从IDH到ODM的转型。随后在2014年，公司成为中国最大的手机ODM公司，2015年又成为全球出货量最大的ODM企业。2016年，公司借壳中茵股份实现上市，成为中国第一家手机ODM上市公司。2018年，公司并购安世半导体进军半导体行业，安世半导体前身是恩智浦的标准业务部门，客户主要集中在汽车和手机领域，在汽车领域优势巨大2018年成为全球产量最大的半导体生产商。收购完成后闻泰科技形成通讯与半导体两大产品线，同时又引入格力电器、国联集成电路、云南城投等重要产业和政府资本战略投资者，股东背景深厚。2019年，公司昆明生产基地开工建设、印度和印尼生产基地投产，建立了全球接单当地交付体系。2020年，公司极力推动5G技术全球普及，成为全球前10大手机品牌主力ODM供应商；同时，公司半导体业务不断发展，极具创新性的硅基GaN产品开始量产。
安世半导体技术积累深厚，收购英国NWF进一步增强晶圆制造能力。安世半导体是全球知名的功率半导体厂商，拥有60多年半导体技术积累，覆盖芯片设计、制造和封测全环节，晶圆制造工厂位于德国汉堡和英国曼彻斯特，封装测试工厂位于中国东莞、菲律宾卡布尧和马来西亚芙蓉。公司计划在2023年前，将德国工厂所有的6英寸产能转换为8英寸晶圆产线，2021年1月在上海临港建设中国第一座12英寸车规级功率半导体自动化晶圆厂，预计20个月建成投产，达产后实现年产能40万颗。此外，2021年7月5日，公司发布公告称收购英国最大芯片厂商NWF，其当前拥有8英寸产能超过3.5万片（最大产能可扩产至4.4万片），叠加公司在德国汉堡和英国曼彻斯特工厂70-80万片/年的晶圆代工产能，公司在全球功率半导体的话语权进一步增强。未来两年安世将覆盖6、8、12英寸晶圆的生产封测全环节，是为数不多能满足现有大量需求的晶圆厂商。
产品实力业内领先，核心业务来自车规级产品。安世产品品类丰富，涵盖三大产品线，拥有近1.6万种料号，产品包括二极管、双极性晶体管、模拟和逻辑IC、ESD保护器件、MOSFET器件以及GaN和SiC等第三代半导体。凭借丰富的车规级产品线与国产化优势，安世在2020年相继与重量级客户签订战略合作协议，2021Q1跻身全球第九大功率半导体公司，相比2019年上升两位，稳居国内功率半导体公司第一名，在各个核心领域均处于全球前列，其中双极型晶体管/二极管和ESD保护器排名第一，逻辑器件、车用功率MOSFET器件位列第二，小信号MOSFET器件排名第三，车规功率半导体营收占比约45%，为安世的核心业务。
率先推出GaN FET，瞄准工规、车规、通信等市场。安世早在2019年就率先推出行业性能领先的GaN FET功率器件，应用于电动汽车、数据中心、电信设备、工业自动化和高端电源，特别是在插电式混合动力汽车或纯电动汽车中。同时，公司与著名的汽车工程咨询公司Ricardo建立了合作伙伴关系，研究验证基于GaN技术的电动汽车牵引逆变器，与国内的Tier1供应商UAES共同打造基于GaN工艺的联合实验室。目前，公司650V GaN技术已通过车规级测试，开始将交付汽车给用户。此外，公司SiC产品也已交付第一批晶圆和样品，有望在2021年年底或2022年投入量产。GaN、SiC等第三代半导体产品的布局，有望巩固安世在汽车、工控等领域的市场地位。
安世并表大幅提升公司盈利能力，半导体业绩贡献突出。2016-2018年，公司营业收入从134.17亿元增长至173.35亿元，CAGR为14%。2019年，安世并表2个月收入叠加三星代工业务订单的释放，公司实现营业收入415.78亿元，同比增长139.85%，实现归母净利润12.54亿元，同比增长1954.37%，2020年半导体业务营收占比大幅增加，带动总收入达到517.07亿元，同比增长24.36%，归母净利润达24.15亿元，同比增长92.68%。毛利率方面，半导体业务基本维持在27%以上，远高于传统的通信业务毛利率水平，大幅提升了公司的盈利能力。未来随着半导体业务占比提升，公司盈利能力将进一步提升。
闻泰与安世处于产业链上下游，收购产生协同效应，打开长期成长空间。闻泰与安世分别为手机ODM领域和功率半导体领域的龙头企业，通过融合消费电子与汽车电子业务板块，实现从芯片、模组、平台到终端产品的贯通以及客户资源的聚合，有望充分发挥协同效应，实现整体规模的快速增长。对安世：闻泰的下游终端产品稳定的需求量可为其产品带来更丰富的业务机会，可充分借助闻泰的平台优势扩大和提升其在中国市场的竞争力，开拓中国渠道及用户。对闻泰：由上游的安世为其提供长期稳定的元器件供货保障，双方通过共同研发及合作可进一步提高上市公司终端电子产品的质量及供货保障力，可增强其议价能力和风险抵御能力。未来，闻泰也将通过安世实现对汽车电子的战略卡位，并借助安世在工业领域的经验为客户提供更丰富的产品组合。
4.2.4 三安光电：化合物半导体龙头，全面布局功率、射频、光电
公司成立于2000年，2008年在上交所上市。成立20多年来，三安光电积累了雄厚的技术力量和客户资源，已成为LED芯片龙头，同时不断引进新产品线，拓宽产品应用领域，由LED芯片和外延片逐步切入第三代半导体领域，形成了LED芯片、射频器件、功率器件、光通讯、滤波器五大核心产业。
立足LED芯片业务，拓展化合物半导体布局。公司在LED芯片制造规模、产品性能和客户资源等领域优势明显，LED芯片龙头地位稳固。公司拥有规模化的LED芯片产能，约占全球产能的19.72%，国内份额高达29%。在LED的基础上，公司拓展化合物半导体布局，是目前国内化合物半导体布局最完备的公司之一，涉及GaAs、GaN、SiC等材料，逐步发展为中国大陆产销规模首位的化合物半导体生产企业。
三安集成专注第三代半导体，建成射频、功率、光通讯三大技术平台。2014年，子公司三安集成成立，2015年投资30亿元开始建设30万片/年GaAs和6万片/年GaN外延片生产线以及30万片/年GaAs和6万片/年GaN芯片生产线。历时7年持续打磨产品开发能力，基于GaAs、GaN和SiC技术形成三大技术平台，掌握20余种各具特色的产品开发制造能力。2015年，第一套MPW流片，HL、HR样品首次出货；2016年，3G用HBT HL、2G用HBT HR工艺相继量产出货；2017年，4G用HBT HG、WiFi802.11acPA、1310nm/1550nm25G PD相继量产；2018年，850nm 25G PD、0.15μm pHEMT LNA、P15LN pHEMT产品量产；2019年，成功切入VCSEL和5G基站PA市场；2020年，SiC MOSFET实现量产，并发布1200V 80mΩ产品，标志着三安集成技术实力达到新水平。
三安集成的射频和功率产品正在迅速导入客户。射频业务，2020年三安集成的GaAs射频产品出货客户累计近100家，客户地区涵盖国内外；GaN射频产品重要客户已实现批量生产，产能正逐步爬坡。功率业务，三安集成产品主要为高功率密度SiC功率二极管、MOSFET及Si基GaN功率器件，被用于新能源车、充电桩及光伏领域。其中，碳化硅二极管开拓客户182家，送样客户92家，转量产客户35家，超过30种产品已进入批量量产阶段。二极管产品已有2款产品通过车载认证，送样客户4家，目前处于封装测试中。在硅基GaN功率器件方面，完成约40家客户工程送样及系统验证，已拿到12家客户设计方案，4家进入量产阶段。
自研自建+外延并购，打造从衬底到器件全产业制造能力。公司在自研自建与外延并购两端发力，持续完善化合物产线布局。（1）2015年，三安光电投资30亿元建设通讯微电子器件（一期）项目，项目建成后将提供通讯用外延片36万片/年（以6吋计算）、通讯用芯片36万片/年（以6吋计算），目前已初步生产运营。（2）2017年，在泉州芯谷南安园区投资超过333亿元，建成高端氮化镓LED、高端砷化镓LED、大功率氮化镓激光器、光通讯器件、射频器和滤波器、功率型半导体、特种衬底材料及封装产品应用七大方向的产业化项目。（3）2020年，投资建设长沙三安第三代半导体项目，项目总投资160亿元，将形成两条并行的SiC产线，垂直整合了自衬底材料-外延生长-晶圆制造-到封装测试等环节，一期已投产。此外，2020年全资子公司湖南三安半导体拟以现金3.82亿元收购北电新材100%股权，助力三安光电完成SiC原材料布局，打通全产业链战略规划，公司成为国内唯一一家拥有从材料到器件全产业链生产能力的公司。
4.2.5 比亚迪半导体：背靠比亚迪集团，客户向更多整车厂及Tier1拓展
以车规级功率半导体为核心，同步布局智能控制IC（MCU）、传感器（CIS、指纹等）、光电半导体（照明LED）。公司以车规级半导体为核心，同步推动工业、家电、新能源、消费电子等领域的半导体发展。功率半导体方面，公司采用从芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试到系统级应用测试的全产业链IDM模式，硅基产品主要包括IGBT芯片、FRD芯片、IGBT单管、IGBT模块和IPM模块，碳化硅基产品主要包括SiC单管和SiC模块，功率半导体收入占比达32%。
背靠比亚迪集团，切入整车厂及Tier1供应体系。公司背靠母公司比亚迪集团，优势明显，车规级半导体研发应用积累深厚，已量产IGBT、SiC器件、IPM、MCU、CMOS图像传感器、电磁传感器、LED光源及显示等产品，应用于汽车的电机驱动控制系统、整车热管理系统、车身控制系统、电池管理系统、车载影像系统、照明系统等重要领域。其中，车规级功率半导体已在新能源车厂商得到充分验证和批量应用，在车规级功率半导体领域实现突破及自主可控。客户方面，公司功率半导体产品除供应比亚迪集团外，已进入小康汽车、宇通汽车、福田汽车、瑞凌股份、北京时代、英威腾、蓝海华腾、汇川技术等厂商的供应体系。
IGBT、IPM、SiC器件优势明显，SiC器件已在国产汽车品牌大批量使用。在IGBT领域，2005年公司IGBT团队即已成立，2008年收购宁波中玮，2009年完成首款车规级IGBT芯片开发，模块厂正式投产，此后2012年IGBT芯片顺利量产，2015年IGBT模块销售额已超过3个亿，到2017年底在汽车上累积出货超过50万支。根据Omdia，在车规级IGBT领域，2019年公司国内份额位居第二，市占率为19%，仅次于英飞凌，2020年成为全球第二、国内第一；在IPM领域，2019年公司国内份额位居第三，2020年保持国内前三的领先地位。而在SiC器件领域，公司是全球首家、国内唯一实现SiC三相全桥模块在电机驱动控制器中大批量装车的供应商。目前公司的SiC模块已在比亚迪汉、唐四驱等旗舰车型上大批量采用，累计装车量业内领先。
公司拟分拆上市，将有利于拓宽融资渠道、丰富客户结构。比亚迪半导体开创了新能源车IGBT国产替代的先河，并在SiC车载功率器件领域技术优势明显，累计装车量稳居国内厂商第一，2020年公司营收14.41亿元，同比增长31.46%，其中功率半导体贡献了4.61亿收入，同比增长55.22%，整体毛利率达27.87%，功率半导体毛利率最高，接近30%。公司拟从比亚迪集团分拆上市，此举有利于拓宽其融资渠道，助力研发和产能投入，丰富客户结构，在国产替代与新能源车爆发的双重机遇中，公司发展前景巨大。
4.2.6 宏微科技：聚焦工业与新能源车，IGBT芯片自研比例快速提升
公司长期致力于以IGBT、FRED为主的功率半导体芯片、单管、模块和电源模组的设计、研发、生产和销售。公司成立于2006年8月，是国内第一批IGBT公司，成立之初即专注于FRED芯片和IGBT芯片的研发，经历了初创期（2006-2012年）和成长期（2013-2016年），目前正处于快速发展期（2017年至今），并于2021年9月成功在科创板上市。
产品齐全形成，可提供一揽子产品解决方案。公司产品已涵盖IGBT、FRED、MOSFET芯片及单管产品100余种，IGBT、FRED、MOSFET、整流二极管及晶闸管等模块产品400余种，电流范围从3A到1000A，电压范围从60V到2000V，品类齐全，形成了从芯片设计到模块封装，从功率二极管到MOSFET再到IGBT，从低频到高频器件，从小功率产品到大功率模块的全系列、多规格产品格局，能够为各领域客户提供多品种、多系列、专业化的一揽子产品解决方案。
自研FRED、IGBT芯片对标英飞凌，技术代差逐步缩小。公司技术背景雄厚，董事长赵善麒先生拥有IGBT行业三十余年从业经历，曾任美国APT公司资深高级工程师，是中国国家级特聘专家、“国务院突出贡献专家特殊津贴”获得者，截至2020年底，公司已承担了5项国家02重大专项，2项国家科技部863科技计划项目，拥有授权专利合计95项，发明专利35项，是国内技术领先的老牌功率厂商。FRED芯片方面，公司2019年推出FRED M5d系列对标英飞凌2010年推出的Emcon4产品，公司对标英飞凌2020年推出的Emcon7系列的FRED M7d系列芯片产品尚在研发制样中，预计2022年推出。IGBT芯片方面，公司2019年成功自研第四代750V IGBT芯片对标英飞凌于2016年推出的车用IGBT EDT2产品，对标英飞凌2020年推出的IGBT7系列的自研IGBT芯片公司尚在研发制样中，预计2022年推出。公司与斯达半导均采用以英飞凌为代表的国际先进的IGBT沟槽场阻断技术，两者技术水平相近，在国内市场具有较大技术优势。
产品以工控应用为主，新能源业务即将放量。公司产品主要应用于工业控制（变频器、电焊机、UPS电源等），部分应用于新能源发电（光伏逆变器）、新能源车（新能源大巴汽车空调、新能源汽车电控系统、新能源汽车充电桩）和家电等领域。2020年，公司工业控制、新能源及变频白色家电领域分别贡献收入3.02亿元、0.19亿元以及0.08亿元，其中工业控制达91.10%，新能源业务开始逐起量，收入占比5.63%。公司目前已积累了国内外知名客户群，产品市场认可度高。工控领域，公司已经供货台达集团、汇川技术、合康新能等多家变频器领军企业以及佳士科技、奥太集团、上海沪工等多家知名电焊机企业。在新能源领域，公司主要客户群有盛弘股份、科士达、英可瑞、华为等众多优秀企业，市场份额不断扩大。
切入华为光伏逆变器供应链，打开新的增长空间。2020年2月，公司与华为技术签订了《关于光伏IGBT产品的合作协议》，合同期6年，主要为华为供应光伏逆变器中的IGBT模块。根据伍德麦肯兹统计，中国企业占据2020年全球逆变器出货量排名前10中的6席，分别是华为、阳光电源、古瑞瓦特、锦浪科技、上能电气和固德威，其中华为的市占率高达23%。公司IGBT模块产品获华为认可，具有较强的品牌示范效应，有望进一步打入开拓其他国内逆变器企业。
车规级IGBT小批量供货，应用于新能源汽车电控系统。公司车规级IGBT模块已实现对臻驱科技小批量供货，2019-2020年分别实现销售收入40万元和123万元，部分客户如汇川技术、蜂巢电驱动（长城汽车子公司）和麦格米特尚在认证中。国内车规级IGBT国产替代空间巨大，公司有望凭借深厚的IGBT技术储备，快速切入电动汽车市场。
IPO募集资金用于扩张模块封装产能，IGBT芯片自研比例快速提升。产能方面，公司拟投资建设“新型电力半导体器件产业基地项目”，将在2021年底新增4条封装产线，2022年模块封装方面至少增加260万块，目前正在开发更多晶圆供应商，样品正在认证中，预计2022年第三供应商至少供应5000片，芯片和模块产能均得到保障。2020年公司自研芯片IGBT模块业务收入为9833万元，同比增长96.62%，自研芯片比例自2019年的37%提升至2020年的54%，公司预计到2023年自研芯片比例可达90%。
4.2.7 时代电气：轨交电气龙头，车规级IGBT打开成长空间
时代电气属于中国中车旗下，其前身及母公司——中车株洲电力机车研究所成立于1959年，于2006年在香港联交所上市，并于2021年9月成功在科创板上市。目前，公司已形成“基础器件+装置与系统+整机与工程”的完整产业链结构，产业涉及高铁、机车、城轨、轨道工程机械、通信信号、大功率半导体、传感器、海工装备、新能源汽车、环保、通用变频器等多个领域。
整体营收相对稳定，功率半导体器件业务发展较快。2020年公司实现营收106.18亿元，同比减少2.79%，主要因疫情影响招标与交付，轨道交通业务收入下降，2017-2020年收入CAGR为1.92%。其中，功率半导体器件收入为8.01亿元，占公司整体收入的5%，同比增长54.47%，因承接国家电网IGBT大额采购订单，2018-2020年收入CAGR为9.59%。2020年公司实现归母净利润18.54亿元，同比减少6.92%，2017-2020年收入CAGR为-0.64%。
功率产品可覆盖高电压，处于国内外领先水平，应用于轨交、输配电和新能源等领域。具体来看，公司的双极器件包括整流管、晶闸管、IGCT和功率组件；IGBT器件包括IGBT芯片和IGBT模块；SiC器件包括SiC SBD、SiC MOSFET和SiC模块。器件性能方面，公司双极器件、IGBT器件和SiC器件可覆盖的电压从数百伏到数千伏，涵盖电压电流要求最高的轨交、电力、光伏、风电等领域，处于国内外领先水平。客户方面，公司主要面向中车集团下属主机厂、国铁集团及下属公司、地铁公司、地方铁路公司等，而功率器件客户由前述客户拓展而来，主要包括电网公司、大型厂矿企业、新能源车制造企业和海洋石油开采企业等。
肩负核心器件自主化使命，产品主导国内轨交、电力领域，布局光伏、风力、新能源车。公司建有6英寸双极器件、8英寸IGBT和6英寸碳化硅的产业化基地，拥有芯片、模块、组件及应用的全套自主技术。公司功率半导体器件应用于输配电、轨道交通和工业等多个领域：
（1）在输配电领域，公司生产的IGBT应用于乌东德工程、张北工程、如东工程以及厦门柔直、渝鄂柔直、苏南STATCOM、江苏UPFC等多个项目，为国内柔性直流输电工程的建设提供核心基础器件支撑，晶闸管产品累积应用于国内外23个特高压直流输电工程和7个柔性直流输电工程；
（2）在轨道交通领域，公司生产的3300V IGBT批量应用至干线机车等车型，1700V、3300V等系列IGBT批量应用于地铁等车型，6500V IGBT小批量应用至中国标准动车组等车型；
（3）在其他工业领域，公司已为新能源汽车、风力发电、光伏发电、高压变频器等领域的客户批量供应IGBT器件，750V和1200V IGBT应用至新能源汽车，并已与国内多个龙头整车企业成为合作伙伴。公司生产的全系列高可靠性IGBT产品打破了轨道交通核心器件和特高压输电工程关键器件由国外企业垄断的局面，目前正在解决国内新能源汽车核心器件自主化问题。
切入新能源车赛道，进一步打开成长空间。2021年4月上海国际车展，中车正式发布C-Car平台。C-Car平台由中车株洲所旗下多家企业共同参与，公司作为中车半导体芯片、传感器、电机电控等产品核心供应商，也将受益于该平台的发展，将实现车规级产品的客户拓展和收入增长。此外，公司已推出多个平台的电驱系统，应用于纯电动、混合动力乘用车，同时已与一汽集团、长安汽车等国内一流整车厂开展深入项目合作，实现产品批量交付。C-Car平台的推出以及与国内头部整车厂的合作，将进一步打开公司的成长空间。
五、风险提示
中美贸易摩擦；原材料价格上涨；新能源、光伏、电网需求不及预期；需求不及预期导致跌价。
证券研究报告名称：《行业深度报告：下游需求多重共振，功率半导体步入成长快车道》
对外发布时间：2021年10月29日
报告发布机构：中信建投证券股份有限公司
本报告分析师：
刘双锋 SAC执证编号: S1440520070002，SFC中央编号：BNU539
雷鸣 SAC执证编号: S1440518030001，SFC中央编号：BPW417
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刘双锋：电子行业首席分析师、TMT海外牵头人及港深研究组长，SAC执证编号：S1440520070002，SFC中央编号：BNU539。3年深南电路，5年华为工作经验，从事市场洞察、战略规划工作，涉及通信服务、云计算及终端领域，专注于通信服务领域，2018年加入中信建投通信团队，2018年《新财富》通信行业最佳分析师第一名团队成员，2018年IAMAC最受欢迎卖方分析师通信行业第一名团队成员，2018《水晶球》最佳分析师通信行业第一名团队成员。
雷鸣：电子行业联席首席分析师，SAC执证编号：S1440518030001。中国人民大学经济学硕士、工学学士，2015年加入中信建投通信团队，专注研究光通信、激光、云计算基础设施、5G等领域。2016-2019年《新财富》、《水晶球》通信行业最佳分析师第一名团队成员，2019年Wind通信行业最佳分析师第一名团队成员。
孙芳芳：电子行业分析师，SAC执证编号：S1440520060001。同济大学材料学硕士，2015年8月加入浙商证券，任电子行业首席，专注研究电子材料、半导体、消费电子、5G板块等领域，2020年5月加入中信建投电子团队。
郭彦辉：电子行业分析师，SAC执证编号：S1440520070009。复旦大学金融硕士，3年量化选股研究，2018及2019年Wind金牌分析师金融工程第2名团队成员，2021年加入中信建投电子团队，专注研究消费电子领域。
王天乐：电子行业研究助理，清华大学硕士，3年华为工作经验，从事市场洞察、竞争分析、投资组合管理工作，2019年加入中信建投TMT海外团队。
章合坤：电子行业研究助理，上海交通大学材料科学与工程硕士，2020年加入中信建投电子团队，专注研究存储芯片等领域。
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