本文來自格隆匯專欄：國泰君安證券研究，作者：趙子健 梁榮達

功率半導體伴隨着電力的運用而誕生，是電力控制系統的核心。在邁向“碳達峯、碳中和”的過程中，受益於下游新能源汽車、新能源發電儲能（風力、光伏）、工業自動化等“新基建”的快速發展，功率半導體的市場規模進一步擴大。據Omdia預測，到2023年全球功率半導體試產規模有望超過500億美元。

在功率半導體向着更高功率密度、更低功耗兩個方向發展的過程中，半導體材料和製造工藝也隨之進步。以SiC（碳化硅）、GaN（氮化鎵）等為代表的新一代化合物半導體功率器件，正在推動功率半導體產業進入新一輪的迭代升級。與此同時，隨着國內晶圓代工廠功率半導體相關工藝的積累，國內設計企業有望通過與代工廠深化合作、提升差異化設計服務能力，實現功率半導體的“國產替代”。

建議關注在IGBT領域具備技術優勢和產業鏈整合水平的優質企業；關注GaN和SiC化合物功率半導體的商業化進展，以及在相關領域具備先發優勢的優質企業。

一、功率半導體：驅動電氣化發展的核心

1.1

功率半導體是電能轉換和電路控制的核心器件

功率半導體，即依託電力電子技術、以功率處理為核心的半導體產品。在電子裝置中，功率半導體主要承擔電壓、頻率的調節，交流、直流轉換等功能，滿足各功能模塊對電壓、頻率的不同要求。

與功率半導體這個概念相對應的，是依託微電子技術、以信息處理為核心、保持小功率的信息半導體產品。信息半導體產品主要承擔信息的獲取、處理和存儲等功能。如果將信息半導體比作人類的大腦，那麼功率半導體如同人類的心臟，負責將滿足需求的電能輸送到每一個用電終端。

 圖1  功率半導體是以功率處理為核心的半導體產品

資料來源：《功率器件原理》

功率半導體可以分為功率分立器件和功率集成電路（IC）兩大類。其中，功率分立器件又包括功率二極管、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）、晶閘管等。根據工作電壓、頻率等不同，功率分立器件適用於不同的領域。功率IC，通常是指將控制電路和大功率電力電子器件集成在同一塊芯片上的集成電路，主要產品包括電源管理IC（PMIC）、驅動IC等，是電力電氣器件技術與微電子技術相結合的產物。

 圖2 功率半導體產品主要分為功率分立器件和功率IC兩大類

資料來源：WSTS，國泰君安證券研究

在全球功率半導體市場，功率IC和功率分立器件幾乎平分了整個市場份額。據Yole、IHS、Gartner數據，功率IC和功率分立器件全球市場份額分別為53%和47%。在功率分立器件市場中，MOSFET和IGBT佔比較大，分別為17%和15%，功率二極管（包括整流橋等）佔比為12%。

 圖3  MOSFET、IGBT、功率二極管是主要的功率半導體分立器件  數字經濟範疇界定

資料來源：Yole，IHS，Gartner，國泰君安證券研究

根據器件性能的不同，二極管、MOSFET、IGBT等功率分立元件適用於不同的應用場景。二極管是最常用的電子元件之一，具有單向導電性，用於整流、檢波以及作為開關元件。晶閘管是一種能在高電壓、大電流條件下工作的開關元件。按照導通及控制方式的差別，晶閘管可分為雙向、逆導、門極關斷、BTG、温控晶閘管等不同類型。晶閘管被廣泛應用於可控整理、交流調壓、逆變器和變頻器等電路中，是典型的以小電流控制大電流的電子元件。晶體管是電子電路的核心元件。目前，主流的晶體管產品包括MOSFET和IGBT兩種。MOSFET具有驅動簡單、高頻特性好的特點，主要適用於高頻率、低功率工作環境，廣泛應用於消費電子、工業控制、通信、汽車電子等領域。IGBT主要適用於低頻率、高功率工作環境，應用於逆變器、變頻器、開關電源等領域。

 表1  根據性能不同，功率半導體產品具有不同的應用場景

資料來源：IHS，國泰君安證券研究

 圖4 功率分立器件的應用領域廣泛

資料來源：美國應用材料公司（Applied Materials）

1.2

應用廣泛，市場空間不斷擴大

近年來，功率半導體市場規模呈現穩健增長態勢，中國已成為全球最大的功率半導體消費市場。隨着全社會電氣化水平的不斷提高，功率半導體的應用領域已從工業控制和消費電子拓展至變頻家電、新能源汽車、新能源發電等諸多領域。根據IHS Markit及Omdia數據顯示，2019年全球功率器件市場規模約為463億美元。受到疫情影響，全球功率半導體市場在2020年下降到431億美元，同比下降6.9％。中國是全球最大的功率半導體消費國，2019年市場規模達到144億美元，佔全球的比例高達36%。預計隨着全球經濟的逐步恢復，未來全球功率半導體市場將恢復增長，2023年市場規模有望達到500億美元。

 圖5  全球功率半導體市場規模呈現穩健增長態勢

資料來源：IHS，Omdia，國泰君安證券研究

由於功率半導體在電源管理、電能轉換中必不可少，因而也成為了電子產品中的必需品。目前，功率半導體的應用範圍已從傳統的工業控制和4C產業（計算機、通信、消費類電子產品和汽車）擴展到新能源發電、電動汽車等新領域。根據IHS Markit數據，工業控制佔比最高為23%，消費電子佔比20%，計算機佔比20%，汽車電子佔比18%，網絡通訊佔比18%。近幾年來，以新能源汽車和光伏發電為代表的新能源行業發展迅速，未來該領域的市場佔比有望進一步提升。

 圖6  五大主要應用為工業控制、消費電子、計算機、汽車電子、網絡通信

資料來源：IHS，國泰君安證券研究

1.3

市場格局：歐美日領先全球，細分賽道國內突破

從全球市場來看，歐美日龍頭廠商在功率半導體領域佔據主導地位。從全球功率半導體市場格局來看，海外龍頭企業長期佔據主導地位。英飛凌（Infineon）、德州儀器（TI）、安森美（ON Semi）、意法半導體（STMicro）、高通（Qualcomm）等歐美半導體廠商長期處於全球半導體第一梯隊。其中，總部位於德國的英飛凌長期穩居行業第一。

市場集中度相對較低。從全球來看，前五大功率半導體廠商的市佔率（CR5）為39%。細分賽道也同樣具有相對較低的市場集中度，其中功率IC和功率分立器件/模組前五大廠商的市佔率分別為44.3%和43.5%。

 圖7  全球市場中，歐美日龍頭企業在功率半導體領域佔據主導地位

資料來源：IHS，國泰君安證券研究

中國已成長為世界最大的功率半導體消費國，國產替代空間巨大。據IHS數據，中國功率半導體市場規模佔比已經高達36%。中國功率半導體市場被海外企業佔據，前五大供應商分別為英飛凌、安森美、德州儀器、高通和Dialog，合計市場份額為42%，國產替代空間巨大。

 圖8 國內市場中，海外龍頭企業同樣處於領先地位

資料來源：IHS，國泰君安證券研究

功率半導體細分賽道出現優質國內企業標的。近年來，隨着國內功率半導體企業競爭力的不斷提升，在二極管、MOSFET、IGBT等領域呈現多點開花的良好形勢。多家廠商進入細分領域全球市場份額前十位，表明我國功率半導體企業逐步具備參與全球競爭、推動國產替代的實力。根據IHS數據顯示，在MOSFET分立器件領域，聞泰科技成功收購的安世半導體排名全球第八；在IGBT模塊領域，斯達半導實力突出，排名全球第八。

 圖9  MOSFET領域中，安世半導體位列全球市佔率第八

資料來源：IHS，國泰君安證券研究

二、空間廣闊、多點開花，下游應用帶動功率半導體需求增長

2.1

汽車：電動化催生功率半導體需求，國際龍頭強化佈局

電動汽車行業的快速發展將拉動對功率半導體的需求。功率半導體在汽車的應用領域主要包括動力控制、照明、燃油噴射、底盤安全等系統。特別是新能源汽車中的傳動、安全、車身控制，均需要大量的功率半導體器件，而電動車的到來，又將在動力方面增加對IGBT、MOSFET、二極管等功率半導體器件的需求。據Strategy Analytics測算，輕混車（48V MHEV）、混動車/插電混動車（HEV/PHEV）、純電動車（BEV）相比燃油車71美元的功率半導體用量分別增長106%、398%、433%，至146美元、354美元與384美元。以特斯拉為例，Model X使用了英飛凌提供的132個IGBT單管，其中前後電機分別安裝36個與96個，IGBT單管約4-5美元，合計單車價值約650美元。

 圖10  汽車電動化推動車均半導體含量提升（按驅動力）

資料來源：Strategy Analytics，國泰君安證券研究

補足充電樁短板：2020年新增60萬座充電樁，投資超100億元。充電樁（充電設施）是新能源汽車發展必要的配套設施。隨着新能源汽車保有量的不斷提高，帶動充電樁數量快速提升。從充電樁的成本構成來看，充電機、變壓器等核心部件佔到了總成本的60%；而充電機的成本構成中，充電模塊佔比達50%。在這些零部件中，大量使用了功率半導體器件、模塊。目前，我國充電設施仍然是新能源汽車行業發展的短板。

新能源汽車產業的快速發展，將持續帶動功率半導體市場規模的不斷增長。根據TrendForce數據顯示，受到各國政府補貼政策的激勵，預計2020年全球新能源車銷售量為240萬輛，同比增長19.8%。展望2021年，中國與歐洲將持續成為拉昇新能源車銷售的主要地區，全球新能源汽車市場仍將保持快速增長。據Marklines的預測，到2025年，新能源汽車的年銷量將達到1500萬輛。新能源汽車在全球範圍內呈現出快速增長，將大幅提升對功率半導體的需求。

 圖11  全球新能源汽車銷量保持快速增長1  數字經濟範疇界定

資料來源：Trendforce，國泰君安證券研究

2.2

風電/光伏：新能源發電穩定增長，帶動IGBT需求增長

清潔能源行業對功率半導體需求顯著。新能源發電主要以光伏發電和風力發電為主，由於新能源發電輸出的電能不符合電網要求，相較於傳統的火力發電，需通過光伏逆變器或風力發電逆變器將其整流成直流電，再逆變成符合電網要求的交流電後輸入併網。新能源發電行業的迅速發展將成為功率半導體，特別是IGBT行業持續增長的全新動力。

風電、光伏裝機量穩步提升。據IHS預測，到2023年，光伏裝機量將由2018年的103GW增長至160GW，風電裝機量將由50.2GW增長至67.5GW，光伏和風電裝機量的複合年均增長率（CAGR）將達9%和6%。從產業鏈看，下游風電、光伏核心裝備國產化率提升。目前，以華為、陽光電源為代表的本土廠商在光伏逆變器市場持續突破。根據Strategy Analytics的統計，2018年，華為在全球逆變器市場的份額達22%，市佔率位列全球第一；陽光電源的市場份額為15%，市佔率位居全球第二位。

 圖12  全球光伏、風電裝機量穩步提升

資料來源：IHS，英飛凌，國泰君安證券研究

 表2  國內企業在全球光伏逆變器行業的整體實力突出

資料來源：IHS，國泰君安證券研究

2.3

白色家電：追求高能效，變頻化勢不可擋

對於家庭中功率較大的空調、冰箱、洗衣機等白色家電，變頻化將顯著提升產品能效水平。隨着國內對能效水平要求的不斷提高，變頻化將成為白色家電發展的必然方向。以空調為例，2020年7月起實施的空調新能效標準（GB 21455）對能效提出了更高的要求。據中國標準化研究院預測，新國標實施後，將會有45%的空調被淘汰，這是由於所有定頻和變頻三級能效空調都被列為非節能產品。到2022年，空調將全部變頻化。據產業在線的數據顯示，2020年，我國空調銷售中變頻空調的佔比為52.91%，距離實現100%的目標仍有較大差距。

 圖13  變頻家電銷售佔比不斷提升，空調距離全面變頻化還有一倍空間

資料來源：Wind，國泰君安證券研究

 圖14 變頻化是全球白色家電（空調、洗衣機、冰箱）的共同趨勢

資料來源：IHS，英飛凌

三、產業鏈：關注設計環節、IDM企業

3.1

製造、封裝環節決定產品性能

（1） 製造、封裝環節決定產品性能

功率半導體與信息半導體的差異不僅體現在功能上，同樣也體現在產業鏈的話語權上。對於存儲、CPU等信息半導體，運算能力要求高，產品複雜度高，因而設計環節的技術含量較高，環節中的芯片架構、IP、指令集、EDA工具等都貢獻了大量附加值。

圖15  國內功率半導體（硅基）產業鏈

資料來源：國泰君安證券研究

對於功率半導體，由於其結構相對簡單，以及特色工藝的屬性，前端製造和後端封裝環節決定了功率半導體產品的最終性能。因此，製造和封裝在功率半導體的附加值分配中佔據最大的比例。據英飛凌的報吿顯示，製造環節和封裝環節分別約佔功率半導體價值鏈的50%和40%。封裝環節雖然對功率半導體，尤其是功率模塊的性能具有一定的影響，但由於技術難度不高，較難形成壁壘。

 圖16  功率半導體產業鏈的重點在於製造封裝環節的“know-how”

資料來源：英飛凌

（2）製造：國內晶圓代工技術水平、產能穩步提升

近年來，國內可用於製造功率半導體的晶圓製造產能快速提升。目前，包括中芯國際紹興8寸線、華虹無錫12寸線、廣東粵芯半導體12寸線、青島芯恩8寸/12寸線等晶圓代工生產線的投產，未來國內功率半導體產能將進一步提升。國內技術逐步提升，但與國際先進水平仍有較大差距。例如,在關鍵技術之一的背面工藝和減薄工藝方面，國內領先水平目前可以做到120μm，而英飛凌最低可以減薄到40μm。

（3）設計：短期內關注國內設計企業實現國產替代

需求驅動行業發展，國內聚集下游客户。功率半導體是一個需求驅動型的行業，而國內聚集的大量下游客户使得功率半導體實現“國產替代”成為可能。與海外廠商相比，國內功率半導體企業在成本控制、定製化服務等方面具有優勢。儘管功率半導體產品驗證週期較長，存在較高的替代成本，但由於國內下游客户往往對功率半導體價格的敏感度較高，存在替換國產功率半導體產品的意願。

國內製造能力提升，設計企業有望取得快速發展。如前所述，國內功率半導體制造企業工藝水平和產能提升明顯。由於功率半導體工業相對成熟、對製程的要求相對較低，同時產品迭代速度相對較慢，對於設計廠商來講，短期內可以利用晶圓代工廠在工藝上的積累，聚焦設計領域開發產品，取得快速發展。

3.2

國產替代：從中低壓向高壓產品替代

中國是全球最大的功率半導體市場，本土市場的需求量巨大。在堅定推動關鍵元件自主可控的大趨勢下，國內廠商有望長期受益於國產替代紅利，實現由中低端產品向高端產品的逐步替代。

國內廠商從中低壓向高壓產品替代，消費電子、白色家電領域成為國產化的重要突破口。通過對功率半導體全球產業鏈的分析，我們看到，國際大廠紛紛向中高端應用轉型，在中低壓功率產品上有望率先實現國產化替代。從供應端來看，英飛凌、安森美、瑞薩等大廠紛紛調整產品結構，將有限的產能轉向毛利更高的汽車電子、工控等領域，而工作電壓相對較低的家電、消費電子等領域功率產品的供應將減少。而從下游需求來看，消費電子、白色家電等領域仍保持較好發展。一些新場景的出現，例如智能手機快充技術、家電變頻化、智能家居等，使得單設備的功率半導體需求量不斷提高，帶動功率半導體整體需求保持增長。我國作為全球重要的消費電子、白色家電等產品的製造中心，通過與國內消費電子、白色家電領域相關廠家的深度合作，有利於加快國內功率半導體產品的研發、驗證及大規模應用，有利於國內廠商在功率半導體相關領域實現國產替代的突破。

 圖17  國內行業遵循從低端到高端的替代路徑

資料來源：國泰君安證券研究

 表3  國內廠商率先在中低壓二極管/MOSFET領域實現替代  

資料來源：國泰君安證券研究

四、關注賽道1：IGBT性能佔優，國產化進程加速推進

4.1

IGBT性能佔優，具有廣闊的應用前景

IGBT是工業控制及自動化領域的核心元器件，是國際上公認的電力電子技術第三次革命最具代表性的產品。IGBT是由BJT（雙極性結型晶體管）和MOSFET組成的複合全控型功率半導體器件，能夠根據工業電力電氣裝置的指令信號對電流、電壓等進行調節，從而實現對裝置的精準調控。

IGBT在應用過程中多以模塊形式出現。在應用中，IGBT常以模塊形式出現。IGBT模塊是由IGBT與FWD（續流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品，具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點。通過進一步集成IGBT模塊、驅動、保護（熱保護、過流保護）電路，形成了IPM（智能功率模塊）。其中，IGBT模塊憑藉其高耐壓的特性，在高壓、大電流、大功率的場合廣泛應用。

 圖18  IGBT功率器件具有多種產品形態

資料來源：英飛凌，國泰君安證券研究

IGBT技術迭代緩慢。與集成電路領域快速迭代不同，IGBT作為驅動電路簡單的功率器件，技術迭代較為緩慢。截至目前，IGBT已開發至第七代；而於1997年首次發佈的第四代IGBT產品仍是目前使用最廣泛的IGBT芯片技術，電壓包含600V、1200V、1700V，電流從10A到3600A。IGBT的技術迭代，始終沿着減少功率損耗、增加最大輸出功率和功率密度的方向發展，主要體現在兩方面：（1）柵極結構，從平面型到溝槽型結構；（2）縱向結構，從穿透型（PT）、非穿透型（NPT）到場效應截止型（FS）結構。

 圖19  IGBT的技術演進：不斷提高功率密度，減少功率損耗

資料來源：英飛凌

IGBT模塊製造過程複雜，具有較高的技術壁壘。在芯片製造環節，需要通過晶圓製造、減薄、測試、切割、篩選等環節；在模塊製造環節，需通過焊接及接線、安裝散熱器、安裝外殼、模塊測試等環節。通過複雜的製造工藝後，需要保證最終IGBT模塊產品的一致性和可靠性，技術難度大、壁壘高。

 圖20  IGBT模塊工藝複雜，技術壁壘高

資料來源：日立

IGBT模塊下游應用市場廣闊。目前，IGBT模塊在工業控制（變頻器）、不間斷電源（UPS）、新能源汽車、光伏及風力發電、變頻白色家電、軌道交通機車、智能電網等多個領域得到廣泛應用。按照工作的電壓等級進行分類，IGBT覆蓋400V、600-650V、1700V、3300、4500V等低、中、高壓範圍。

 表4  IGBT功率器件覆蓋不同工作電壓

資料來源：國泰君安證券研究

IGBT模塊作為電氣設備核心的模塊，對性能指標、可靠性要求非常高。對於電動汽車而言，IGBT芯片與動力電池電芯被並稱為電動車的“雙芯”，決定了車輛的扭矩和最大輸出功率，是影響電動車性能的關鍵技術。IGBT模塊成本約佔電動汽車整車成本的5%、電控成本的37%，是構成電控成本的主要部分。

 圖21  IGBT模組是新能源汽車電控成本的主要構成

資料來源：北斗航天汽車，國泰君安證券研究

4.2

IGBT國產化已然啟動，滲透率不斷提高

從全球市場來看，國內IGBT模塊廠商競爭力不斷提高，有兩家中國企業在所屬細分領域進入全球前十。據IHS數據顯示，斯達半導在IGBT模塊領域排名第八，市佔率2.2%。但從產品線來看，本土IGBT企業的產品集中在低壓領域，正在向中壓領域逐步突破下游客户，目前高壓領域技術及產能佈局仍較少。

 圖22  國內廠商在IGBT模塊、IPM領域進入全球前十

資料來源：英飛凌，國泰君安證券研究

目前，國內IGBT企業呈現兩大特點：（1）國內實力較弱的企業大多集中在設計環節。大量國內企業選擇華虹半導體、中芯國際、上海先進等公司代工完成晶圓製造，實現產品的儘快量產。但同時，這些企業在未來將會受到晶圓尺寸、厚度等產能擴張升級、晶圓質量提升等問題的影響。（2）國內龍頭企業及資金雄厚的國有企業，如中車時代電氣、比亞迪等，在掌握下游電控、軌道交通及新能源汽車等應用後，向上延伸完成功率半導體IDM佈局，實現上下游深度結合。這勢必將提高上述企業的IGBT產品自供比例，加速國產替代。

國內IGBT廠商通過長期的技術積累，已開始在中壓領域取得突破，將逐步提升在新能源汽車領域的滲透率。以比亞迪半導體為例，比亞迪微電子事業部於2005年組建IGBT研發團隊，正式佈局IGBT產業。2018年正式發佈自主研發的IGBT 4.0產品，實現國內車規級IGBT重大突破。數據顯示，在同等工況下，比亞迪IGBT 4.0綜合損耗較當前市場主流的IGBT降低了約20%。據NE時代數據，2019中國電動乘用車IGBT市場中，英飛凌及合資公司上汽英飛凌處於領先地位，佔據58.2%的市場規模，產品配套特斯拉、上汽、北汽等多家汽車主機廠；比亞迪對內供應為主，以18.0%的市佔率緊隨其後。除上述兩家企業外，國內市場無市佔率超6%的IGBT供應商，即該領域呈現“雙寡頭”競爭格局。

 圖23  國內IGBT模塊企業在新能源汽車領域實現突破

資料來源：NE時代，國泰君安證券研究

注：該圖僅表示供應鏈關係，不表示出貨量

五、關注賽道2：GaN和SiC的春天已經到來

5.1

SiC/GaN化合物功率半導體推動功率半導體迭代升級

目前，Si（硅）基半導體材料性能已接近極限，化合物功率半導體材料SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）在性能上具有明顯優勢，正加速推進產業化進程。第三代半導體材料SiC/GaN物理特性優勢較為明顯，有望引領產品性能全面提升。短期來看，SiC與MOSFET結合路徑在操作性和經濟性上存在一定優勢，將成為部分新能源汽車主機廠商未來3年內的新選擇、新需求。長期來看，SiC基IGBT的產業化進展值得關注。

 圖24  SiC、GaN材料的優異特性，將帶來功率器件、系統性能的顯著提升

資料來源：賽迪，國泰君安證券研究

SiC與GaN各有所長，將在不同領域實現對Si基功率器件的替代。在軌道交通機車、新能源發電等高功率領域，SiC功率半導體器件更具有優勢。而在消費電子（快充）、家電等中低功率、高頻率的應用場景中，GaN功率半導體器件更具有優勢。

化合物功率器件功耗效率領先，如何降低成本決定商業化進展。與Si基功率半導體相比，SiC功率器件有以下3點優勢：（1）耐高温高壓；（2）小型化、輕量化，SiC器件體積可以減少至IGBT的1/3-1/5，重量減少至40-60%；（3）功耗低、效率高，可實現60-80%的功耗降低，效率提升1-3%，續航提升約10%。但與此同時，SiC功率器件仍有以下不足：（1）成品率低、成本高，是IGBT的4-5倍；（2）可靠性存在問題。綜上所述，雖然SiC相比Si基材料在功耗和效率上具有明顯優勢，但決定商業化的關鍵在於成本下降及產品可靠性的提升。

 圖25  SiC和GaN功率器件將在不同領域對傳統Si基器件實現替代

資料來源：英飛凌

化合物半導體功率器件成本快速下降，產品經濟性日益凸顯，滲透率穩步提升。根據CASA Research數據顯示，SiC、GaN器件的產品價格持續走低。SiC價格方面，耐壓600-650V SiC SBD 2019年底的平均價格較2017年底下降了 55.6%；GaN價格方面，GaN HEM 2019年底的平均價格較2018年底降低了43%。GaN器件的經濟性更加突出，從IDM廠商給出的生產成本來看，2019年GaN器件成本已接近Si，2020年大批量生產後基本能和Si持平或更低。目前，國際上有超過20家汽車廠商在車載充電機（OBC）中使用SiC器件，特斯拉已在其純電動汽車Model 3中使用由意法半導體提供的SiC基MOSFET產品。隨着成本的控制、可靠性的提升，相信產品的市場空間將進一步打開。

 圖26  SiC和GaN功率器件在電力電子器件中的滲透率穩步提升

資料來源：Yole

 圖27  電動汽車、新能源併網、消費電子即將邁入成長期

資料來源：第三代半導體產業技術創新戰略聯盟（CASA） 

5.2

GaN：消費電子領域的殺手級應用，始於快充，未來可期

基於GaN技術的快速充電器成為消費電子領域的新“爆款”。近年來，隨着手機等移動設備性能的不斷提升，對手機電量的需求也逐步提高。如何避免因性能提升所帶來的頻繁、長時間充電，保證用户體驗，成為亟待解決的問題。快充技術的出現成功解決了這一痛點，各大廠家也紛紛推出了不同的快充方案，充電功率也從最初的5W提高到現在最高的100W。基於GaN技術的快速充電器，在提高了充電功率的同時，降低了充電器的體積和重量，具有極佳的產品競爭力，銷量不斷增加。

未來，汽車電子、UPS等都將是GaN的潛在應用場景。根據Yole的預測，隨着GaN功率器件成本的不斷降低、產品性能指標和可靠性的不斷提升，GaN功率器件將於2025年左右在新能源汽車、汽車電子等要求更為嚴苛的領域得到應用；市場規模也將從目前的900萬美元，快速增長至7億美元以上。

 圖28  GaN功率器件的應用將從消費電子拓展至新能源汽車等領域

資料來源：Yole

5.3

SiC：IGBT的有力競爭者，在新能源汽車上的應用已經起步

SiC功率器件的商用化已蓄勢待發。特斯拉已在Model 3中第一次採用意法半導體提供的SiC基MOSFET來做逆變器。2018年12月，在比亞迪IGBT4.0技術解析會上，比亞迪宣佈，投入巨資佈局性能更加優異的第三代半導體材料SiC；到2023年，比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控模塊。根據Yole的預測，在全球新能源汽車快速發展、SiC器件滲透率不斷提升的帶動下，SiC功率器件市場會保持快速增長，市場規模將從2020年的7.5億美元增長至2025年的32億美元左右。

 圖29  SiC功率器件市場規模將迎來快速增長

資料來源：Yole

5.4

競爭格局：全球寡頭競爭，國內初具規模

海外公司實力領先，呈現寡頭競爭格局。科鋭（Cree）是全球最大的GaN和SiC器件製造商。在SiC領域，科鋭、英飛凌和Rohm三家公司佔據了全球碳化硅市場約70%的份額，而前五大廠商份額約佔90%，寡頭競爭局面明顯。

我國化合物半導體功率器件產業鏈已初具規模，緊跟國際先進水平。以SiC為例，單晶襯底有天科合達、山東天嶽等；外延生長有瀚天天成、天域半導體等，器件與模塊應用環節有泰科天潤、揚傑科技、瑞能、中電55所等；北京世紀金光具備SiC器件全產業鏈供應能力；三安集成等公司憑藉在LED領域的技術積累，正積極向GaN功率器件領域發展。

 圖30  國內化合物功率半導體產業鏈初具規模

資料來源：國泰君安證券研究

六、行業相關企業

（1）IDM：比亞迪半導體

發展歷程：2005年，比亞迪微電子事業部組建IGBT研發團隊，正式佈局IGBT產業。2008年，比亞迪收購寧波中緯半導體，投資建設晶圓工廠，成為功率半導體IDM企業。在緊接着的2009年，IGBT1.0芯片研發成功。2018年，自主研發的IGBT 4.0產品正式發佈，實現國內車規級IGBT重大突破。2020年，比亞迪內部重組成立“比亞迪半導體”，比亞迪半導體長沙製造工廠開工建設。2021年5月27日，西安比亞迪半導體有限公司成立。

主要產品：工業級IGBT模塊、汽車級IGBT模塊（新能源車用，與上海先進合作），1200V IGBT單管、IGBT驅動芯片等。

（2）設計：無錫中科君芯

中科君芯成立於2011年底，依託中科院微電子所，是專注於IGBT、FRD等新型電力電子芯片研發的中外合資高科技企業。中科君芯是國內率先開發出溝槽柵場截止型（Trench FS）技術並真正實現量產的企業，其獨創的DCS技術將應用於最新的汽車級IGBT芯片中。2019年3月，中科君芯收購中芯國際位於意大利的8英寸代工廠LFoundry 70%股權，有轉為IDM的可能。

（3）設計：貴州芯長征

芯長征科技是一家專注於新型功率半導體器件開發的高科技設計公司，核心業務包括IGBT、coolmos，SiC等芯片產品及技術開發。技術團隊依託於中科院技術專家以及引進的優秀海外技術精英共同組成，團隊核心成員均擁有10年以上產品開發經驗從。

（4）設計：寧波達新

董事長陳志勇博士曾在美國國際整流器公司（IR）工作。達新半導體成立於2013年，主要從事IGBT、MOSFET、FRD等功率半導體芯片與器件的設計、製造和銷售。公司建有一條IGBT模塊產線，在上海有芯片設計中心，負責芯片設計和製造管理。公司在8寸及6寸晶圓製造平台上成功開發600V～3300V IGBT芯片產品，芯片電流等級涵蓋10A～200A。採用自主IGBT芯片，達新推出了系列化的IGBT模塊，模塊電壓涵蓋600V～1700V，電流等級涵蓋10A～800A芯長征科技是一家專注於新型功率半導體器件開發的高科技設計公司，核心業務包括IGBT、coolmos，SiC等芯片產品及技術開發。技術團隊依託於中科院技術專家以及引進的優秀海外技術精英共同組成，團隊核心成員均擁有10年以上產品開發經驗從。

（5）設計：上海陸芯

董事長張傑博士曾在美國國際整流器公司（IR）工作。陸芯科技具有強勁的工藝開發技術和設計能力。產品包括：最新一代Trench Field-Stop技術的400V 200A~400A系列IGBT、650V 10A~200A系列IGBT、1200V&1350V 15A~100A系列IGBT；500V~900V系列SJMOS、650V&1200V系列功率二極管；650V&1200V系列SiC二極管等。

（6）SiC：深圳基本半導體

基本半導體專注於SiC功率器件的研發與產業化，研發覆蓋碳化硅功率器件的材料製備、芯片設計、製造工藝、封裝測試、驅動應用等產業全鏈條，先後推出全電流電壓等級SiC肖特基二極管、首款國產通過工業級可靠性測試的1200V SiC MOSFET、車規級全SiC功率模塊等系列產品。

（7） SiC：北京世紀金光

世紀金光是一家半導體晶體材料及外延器件製造商，主要產品有SiC高純粉料、SiC單晶片、GaN基外延片、石墨烯、SiC SBD器件、SiC MOSFET器件、SiC功率模塊等。此外，公司還為用户提供第三代寬禁帶半導體材料及器件的物理性能、材料微觀結構、電性能以及環境可靠性實驗等測試服務。