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1. 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 场发展持乐观看法。
1.2. 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。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%。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。
我们看好功率半导体的国产代替空间。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 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。
1.3. 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 带动市场对功率半导体的需求。
2. IGBT——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。
在结构方面，IGBT 比MOSFET 多一层P+区，通过P层空穴的注入能够降低器件的导通电 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。
IGBT 多应用于高压领域，MOSFET 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
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ABB 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。
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。
2.2. IGBT 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。
2.2.1. 新能源汽车
电机控制系统和充电桩是车用IGBT 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7~10%，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
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
IGBT 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。
3. 第三代化合物半导体——前景广阔，产业变革
3.1. SiC——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600~900V 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 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。
英飞凌和科锐占据了全球SiC 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。
2017 年全球SiC 功率半导体市场总额达3.99 亿美元。预计到2023 年市场总额将达16.44 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%。
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。
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。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。
英飞凌、安森美和意法半导体是全球GaN 市场的行业巨头。我们预计到2026 年全球GaN 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。
3.3. SiC VS GaN——各有擅长，应用驱动
3.3.1. 基本特性
SiC 适合高压领域，GaN 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。
目前商业化SiC MOSFET 的最高工作电压为1700V，工作温度为100-160°C，电流在65A 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。
目前商业化GaN HEMT的最高工作电压为650V，工作温度为25°C，电流在120A 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。
目前商业化SiC 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)。
目前商业化GaN 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。
3.3.2. 应用场景
SiC 主要应用在光伏逆变器(PV)、储能/电池充电、不间断电源(UPS)、开关电源(SMPS)、 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。
手机快速充电占据功率GaN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，RF GaN 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20GHz 以上频带。要想满足5G 对于更高数据传输速率和低延 迟的要求，需要GaN 技术来实现更高的目标频率。高输出功率、线性度和功耗要求也推动 了基站部署的PA 从LDMOS 转换为GaN。另外，在5G 的关键技术Massive MIMO 中，基 站收发信机上使用了大量的阵列天线，这种结构需要相应的射频收发单元，因此射频器件 的使用数量将明显增加。利用GaN 的小尺寸和功率密度高的特点可以实现高度集成化的产 品解决方案，如模块化射频前端器件。
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
我们根据功率半导体的单车价值量和全球新能源汽车的销量来推导新能源汽车所带来的功率半导体的市场需求。
IGBT 是新能源汽车电机控制系统的核心器件。特斯拉Model S 车型使用的三相异步电机驱 动，其中每一相都需要使用28 颗IGBT 芯片，三相共需要使用84 颗IGBT 芯片。每颗的价 格大约在4~5 美元。我们预计IGBT 的单车价值量大约在420 美元左右。根据全球新能源 汽车的销量能够推导出新能源汽车所带来的IGBT 市场需求。
SiC 主要用于实现新能源汽车逆变器等驱动系统的小量轻化。2018 年，特斯拉Model 3 的 逆变器采用了意法半导体制造的SiC MOSFET，每个逆变器包括了48 个SiC MOSFET。Model 3 的车身比Model S 减小了20%。每个SiC MOSFET 的价格大约在50 美元左右。我们判断SiC 的单车价值量大约在2500 美元左右。
GaN 技术在汽车中的应用才刚刚开始发展。EPC 生产的GaN HEMT 是其首款获得汽车AEC-Q101 认证的GaN 产品。GaN 技术可以提升效率、缩小尺寸及降低系统成本。这些良 好的性能使得GaN 的汽车应用来日可期。
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。受惠于新能源汽车需求 的显著增长，我们认为IGBT 的增量空间巨大。SiC 市场可能会出现供不应求的情况。高成 本是限制各国际厂商扩大SiC 产能的重要因素。
5. 海外&国内功率半导体重要公司
2017 年全球功率分立器件和模块市场总额达186 亿美元。其中，英飞凌以18.6%的市场份额排名第一。第二为安森美，第三为意法半导体。
2017 年全球功率分立IGBT 市场总额达11 亿美元。其中，英飞凌以38.5%的市场份额排名 第一，第二为富士电机。2017 年全球功率分立MOSFET 市场总额达66.5 亿美元。其中， 英飞凌以26.3%的市场份额排名第一。第二为安森美。
2017 年全球功率器件市场中恩智浦的营业收入排名第一。营业收入60.48 亿元，净利润14.47 亿元，净利率0.24。英飞凌排名第二，营业收入55.26 亿元，净利润6.19 亿元，净 利率0.11。
各功率器件厂商都有其独特的优势产品。安森美是第一大汽车图像传感器企业。在全球ADAS 市场中，安森美的图像传感器占据了70%的市场份额。微控制器和SoC 是瑞萨电子 的主要产品。瑞萨电子在全球微控制器市场中占据领先地位。汽车电子已经成为各功率器 件厂商竞争的重要领域之一。
5.1. 英飞凌(Infineon)
5.1.1. 英飞凌简介
英飞凌成立于1999 年，公司在汽车、电源管理与多元市场、工业功率控制及智能卡与安 全业务上为全球提供产品和解决方案。英飞凌在法兰克福证券交易所(股票代码:IFX)和 美国柜台交易市场OTCQX International Premier(股票代码:IFNNY)挂牌上市。
根据英飞凌2017 年财报，公司2017 财年营收55.26 亿元，同比增长9.11%，净利润6.18 亿元，同比增长6.32%。15-17 年公司净利率平均值为10.13%，ROE 平均值为14.84%。
公司的主要产品包括功率器件、传感器与射频器件和嵌入式控制器等。公司收入结构中， 功率器件贡献主要收入，营收37.57 亿元，占比68%。公司下游客户中，欧洲地区客户贡 献主要收入，营收17.68 亿元，占比32%。
5.1.2. 英飞凌技术优势及产品路线
英飞凌推出了采用Trench 技术的CoolSiCTM MOSFET 系列产品。这种设计能够缓和平面 沟道的电导率，克服性能与鲁棒性之间的问题。2018 年11 月，英飞凌将Sitectra 的冷切 割技术收入囊中。冷切割是一种高效的晶体材料加工工艺，能将材料损失降到最低。
HybridPACKTM是英飞凌推出的全新功率模块系列，专为混合动力汽车应用设计。汽车应用 往往要求更高的可靠性，所以英飞凌开发了逆导型IGBT。2018 年3 月，英飞凌与上海汽 车宣布成立合资企业，为中国市场生产汽车级框架式IGBT 模块。
IPC(Industrial Power Control)和PMM(Power management&Multimarket)是英飞凌核心 的事业部。其中，IPC的主要产品有分立和模块化IGBT。分立IGBT 的电压工作范围在1200-1700V，模块IGBT 主要工作在1200-6500V。PMM 的主要产品有:高压MOSFET 产 品系列CoolMOSTM 和中低压产品系列OptiMOSTM。
英飞凌以成熟技术加强核心市场，同时以新技术打开新兴市场。英飞凌通过三个策略加强 功率半导体市场:1)延长 SiC MOSFET 和 GaN MOSFET 系列产品，并且扩大自有的独 特的 300mm晶圆生产。2)增加相邻领域的投入，如数字功率控制模块的驱动器算法等。 3)增加在新兴市场的研发，如电动汽车的充电桩等。
英飞凌的CoolGaNTM 400V 电子模式即将开发。2015 年，英飞凌和松下达成协议，联合采 用松下电器的常闭式(增强型)GaN 晶体管结构和英飞凌的表贴(SMD)封装的GaN 器 件，推出高能效的600V GaN 功率器件。2018 年6 月，英飞凌宣布将于2018 年底开始量 产CoolGaN 400V 和600V 增强型HEMT。
5.2. 安森美半导体(On Semiconductor) 5.2.1. 安森美简介
安森美成立于1999 年，公司聚焦于汽车功能电子化、视觉和自动驾驶、车身和舒适、车 载网络和电源管理等重点领域。安森美在美国纳斯达克上市，股票代码为ONNN。
根据公司2017 年财报，公司2017 年营收36.23 亿元，同比增长41.88%。净利润5.3 亿元， 同比增长345.19%。15-17 年公司净利率平均值为8.4%，ROE 平均值为19.41%。
公司的主要产品包括电源和信号管理、分立及定制器件等。安森美是全球第一大汽车图像 传感器企业。在全球ADAS 市场中，安森美的图像传感器占据了70%的市场份额。
5.2.2. 安森美技术优势及产品路线
安森美的SiC 技术拥有独特的专利终端结构，它提供更高的雪崩能量、业界最高的非钳位 感应开关(UIS)能力和最低的漏电流。安森美即将推出1200V SiC MOSFET 和650V GaN MOSFET 产品。安森美的MOSFET 产品主要集中在低压到中压。
安森美聚焦于汽车传感器市场的融合。安森美是首家为汽车市场提供专业图像传感器的公 司。安森美的产品具有低照度解析、宽动态范围等特性，可以直接满足到自动驾驶L5 等 级的需求。2017 年安森美收购了IBM 雷达设计中心，现在除了图像传感器以外，还可以 提供包括Radar、Lidar 在内的更为完整的传感器融合方案。
5.3. 罗姆(ROHM) 5.3.1. 罗姆简介
罗姆成立于1958 年，是全球最知名的半导体厂商之一，总部设在日本京都市。1983 年罗 姆在大阪股票交易所上市，股票代码为6393。
根据公司2018 年财报，公司2018 财年营收23.45 亿元，同比增长12.81%，净利润2.2 亿 元，同比增长40.92%。15-18 年公司净利率平均值为8.06%，ROE 平均值为4.09%。
公司的主要产品包括IC、分立半导体和模块等。公司收入结构中，ICs 贡献主要收入，营 收1.83 亿日元，占比46.2%。其次为分立半导体，营收1.5 亿日元，占比37.8%。
5.3.2. 罗姆技术优势及产品路线
双沟槽SiC MOSFET是罗姆的代表性产品。为了进一步降低功耗，罗姆成为世界首个开发 出双沟槽结构SiC MOSFET 并实现量产的公司。罗姆通过其独特的双沟槽结构，提高了门 级的强度，可以实现逆变器等电动汽车电力驱动系统的节能。与IGBT 相比，罗姆新一代SiC MOSFET 的开关损耗降低了73%。另外，罗姆还开发出了兼备业界顶级低传导损耗和高 开关特性的650V 耐压IGBT“RGTV 系列(短路耐受能力保持版)”和“RGW 系列(高速 开关版)”。
罗姆重点专注汽车和工业市场。消费电子是罗姆最大的应用市场，占总营收的57%。因此 罗姆希望增加汽车等其它领域的投入。罗姆在汽车领域的重点是动力传动系统、车身、ADAS 的模拟功率产品。在工业领域则重点发展工厂自动化、能源和基础设施。
5.4. 闻泰科技
闻泰科技，成立于1993 年，1996 年8 月在上海证券交易所挂牌上市，证券代码为600745。 公司的主要业务为移动终端、智能硬件等产品的研发和制造。闻泰的主要产品包括智能手 机、笔记本电脑、其他硬件等。
收购安世半导体布局汽车领域。安世半导体前身为NXP 的标准产品部门，2017 年被境内 资本收购，这也是中国半导体产业史上最大的一起海外并购案。在汽车领域，安世的终端 厂商包括宝马、玛莎拉蒂等国际一线品牌。此次收购可以扩大安世在消费电子市场中的份 额。
安世半导体的中低压MOSFET 全球领先。安世半导体的主要产品包括分立器件、逻辑器件 和MOSFET 器件。在汽车领域，安世的主要客户包括博世、比亚迪等;在移动及可穿戴设 备领域，有苹果、谷歌、三星、华为、小米等;在消费领域，有大疆、戴森、LG 等。
5.5. 台基股份
台基股份，成立于2004 年，2010 年1 月在深圳证券交易所挂牌上市，证券代码为300046。
公司专注于大功率晶闸管及模块的研发，是我国领先的大功率半导体器件供应商。 公司股权结构中，第一大股东为襄阳新仪元半导体有限责任公司，持股比例30.02%。
5.6. 扬杰科技
扬杰科技，成立于2006 年，2014 年1 月在深圳证券交易所挂牌交易，股票代码为300373。 公司的主营业务是功率二极管、整流桥等电子元器件的研发、制造和销售。目前扬杰拥有3、4、5、6 寸晶圆厂，且8 寸晶圆厂已在规划中。
根据公司2017 年财报，公司2017 财年营收14.70 亿元，同比增长23.47%，净利润2.67 亿元，同比增长32.18%。扬杰通过IDM 模式控制成本，盈利指标领先市场。2017 年公司 毛利率达35.58%，净利率18.20%。公司收入结构中，功率半导体器件贡献主要收入，占比39.73%。
5.7. 士兰微
士兰微，成立于1997 年，2003 年3 月在上海证券交易所挂牌上市，股票代码为600460。 公司主要从事电子元器件的设计、制造与销售。公司依靠IDM 模式提升产品品质、加强控 制成本，向客户提供差异性的产品与服务，极大地提高了产品的渗透率。
根据公司2018 年财报，公司2018 财年营收30.26 亿元，同比增长10.36%，净利润0.74 亿元，同比增长-28.16%。16-18 年公司的毛利率平均值为22.28%，净利率平均值为3.35%。
特色工艺平台支撑半导体功率器件的研发。在工艺平台方面，公司依托于已稳定运行的5、6 寸芯片生产线和已顺利投产的8 寸芯片生产线，陆续完成了超薄片槽栅IGBT、超结高压MOSFET、高密度沟槽栅MOSFET 等功率器件的研发。
持续扩充产能，公司进入快速成长期。在2017 年12 月，士兰微与厦门市海沧政府签署了 战略合作协议。根据协议，该项目总投资220 亿元，旨在海沧区建设两条12 寸特色工艺 晶圆生产线，及一条先进化合物半导体器件生产线。
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（报告来源：天风证券；分析师：潘暕、陈俊杰）