《【研报】电力设备及新能源行业功率半导体专题之一：IGBT中高压前景广新格局望重塑-20200217[32页].pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【研报】电力设备及新能源行业功率半导体专题之一：IGBT中高压前景广新格局望重塑-20200217[32页].pdf（32页珍藏版）》请在三个皮匠报告上搜索。

1、 请务必阅读正文之后的免责条款 IGBT 中高压中高压前景广前景广，新新格格局望重塑局望重塑 电力设备新能源行业功率半导体专题之一2020.2.17 中信证券研究部中信证券研究部 核心观点核心观点 弓永峰弓永峰 首席电新分析师 S02 徐涛徐涛 首席电子分析师 S03 宋韶灵宋韶灵 首席新能源汽车分 析师 S02 联系人：华夏联系人：华夏 IGBT 中高压市场空间广阔，新能源汽车产业链孕育超千亿需求蓝海中高压市场空间广阔，新能源汽车产业链孕育超千亿需求蓝海，其他中，其他中 高压需求稳中有升高压需求稳中有升。行业迎来材料升级、中国

2、市场快速增长、国产企业加速入行业迎来材料升级、中国市场快速增长、国产企业加速入 局三重变革，全球产业格局有望重塑。重点推荐局三重变革，全球产业格局有望重塑。重点推荐完整完整 IDM 布局布局完整完整且规模化生且规模化生 产有配套应用产有配套应用的国产企业的国产企业，重点推荐中车时代电气（重点推荐中车时代电气（H）、国电南瑞、比亚迪、国电南瑞、比亚迪 （A+H）。 IGBT 性能优先，三代半导体材料崭露头角性能优先，三代半导体材料崭露头角。IGBT 驱动功率小而饱和压降低， 性能领先因而广泛应用于新能源汽车、新能源、轨交等市场。IGBT 持续在器件 纵向结构、栅极结构、晶圆工艺上迭代，同时以 S

3、iC、GaN 为代表的第三代半 导体材料有望加速产业化应用，预计未来三年 CAGR 分别达 39%和 83%。 市场空间广阔，全球产业格局望重塑。市场空间广阔，全球产业格局望重塑。近年来，全球功率半导体市场增长趋于 停滞（CAGR 约 3%），IGBT 受益新能源汽车及充电桩等行业高景气度，市场 增长较快，2018 年全球规模约为 435.7 亿元（同比+17.4%），我国达到 161.9 亿元（同比+22.2%）。海外龙头地位稳固（英飞凌市占率约 30%），新能源汽 车供应链及国产厂商爬升迅速， 伴随中国市场扩张和企业布局扩产， 有望重塑全 球产业格局。 新能源汽车及新能源汽车及充电桩催化千

4、亿蓝海充电桩催化千亿蓝海。IGBT 作为新能源汽车电控和直流充电桩核 心元器件， 需求随新能源汽车全球化和充电桩直流化快速提升。 预计 2020-2022 年全球新能源汽车IGBT需求量有望达到93亿/130亿/173亿元， CAGR超30%； SiC 成本下降有望催化迭代升级，预计 MOSFET（SiC）有望在未来 2 年实现较 IGBT（Si 基）的系统单位成本优势，建议关注 IGBT（SiC）的产业化进程。麦 肯锡预测，2030 年，中、美、欧直流桩占比有望提升至 44%/20%/32%，上述 区域新增直流充电桩预计累计带动 IGBT 需求约 1300 亿元， 潜在市场空间巨大。 新能源

5、需求长期向好，轨交及电网基本稳定新能源需求长期向好，轨交及电网基本稳定。我国其它中高压 IGBT 需求料将稳 中有升：新能源需求稳步增长，2020 年全球风光 IGBT 配套需求预计分别为 10.8/15.1 亿元，中国市场需求分别为 5.2/12.1 亿元；预计到 2030 年，全球新 增风电、光伏 IGBT 自增需求，累计将分别达 167/404 亿元，潜力巨大。中国地 铁采购量预计将在未来三年维持 15%20%复合增长； 而铁路及智能电网采购将 维持平稳，年化需求预计在 15 亿元左右。 风险因素：风险因素：海外龙头领先优势扩大，国产厂商技术及制造进展缓慢，第三代半导 体材料降本缓慢，下

6、游需求不及预期，国产厂商品牌推广不及预期。 投资策略。投资策略。海外龙头优势地位短期内较难动摇，但国内市场需求快速增长、第三 代材料应用加速， 为国产厂商扩张行业影响力与布局新产能提供了机遇期。 对于 国内 IGBT 中高压市场，建议从四个维度关注：1）IDM 布局完整且规模化生产 有配套应用的国产企业，重点推荐中车时代电气（H）、比亚迪（A+H）；2） 具备中低压产能且目标切入高景气市场的供应商，建议关注士兰微；3）布局瞄 准中高压 IGBT 市场的国产新玩家，重点推荐国电南瑞，建议关注台基股份、赛 晶电力电子 （H） ； 4） 以晶圆代工为主业的国产企业， 建议关注华虹半导体 （H） 、

7、华润微。 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业 评级评级 强于大市强于大市（维持维持） 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 重点公司盈利预测、估值及投资评级重点公司盈利预测、估值及投资评级 简称简称 收盘价收盘价 （元（元/港元）港元） EPS（元）（元） PE 评级评级 2018 2019E 2020E 2018 2019E 2020E 中车时代电气（H） 27.90 2.22 2.45 2.70 13 11 10 增持 国电南瑞 19.24 0.93 1.02 1.17 21 19 16 买入 比亚迪 56.90 1.02 0.6

8、1 0.71 56 93 80 买入 比亚迪（H） 44.45 1.02 0.61 0.71 39 65 56 买入 资料来源：Wind，中信证券研究部预测 注：股价为 2020 年 2 月 14 日收盘价 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 目录目录 投资聚焦投资聚焦 . 1 投资逻辑. 1 投资策略. 1 风险因素. 1 功率半导体：功率半导体：IGBT 性能占优，三代材料崭露头角性能占优，三代材料崭露头角 . 2 功率半导体细分产品类型复杂，IGBT 性能领先 . 2 材料升级打开迭代大门，第三代材料前景可观. 4 行业空间广阔，全

9、球产业格局有望重构行业空间广阔，全球产业格局有望重构 . 5 广阔的应用空间，催生出巨大的下游市场 . 5 海外龙头地位稳固，新能源汽车供应链及国产厂商爬升迅速 . 7 从全球产业布局看中国企业未来机遇 . 8 中压领域：新能源汽车释放海量空间中压领域：新能源汽车释放海量空间 . 10 新能源汽车：蓬勃发展与迭代风口 . 10 充电桩：配套新能源汽车高增，直流桩孕育千亿需求 . 17 光伏：伴随全球装机稳健增长，预计到 2030 年累计新增需求超 400 亿元 . 18 高压领域：稳定而决定国家经济安全的命脉高压领域：稳定而决定国家经济安全的命脉 . 19 轨道交通：铁路采购料将平稳，地铁需求

10、持续增长 . 19 电网：柔直有望迎产业化加速 . 20 风力发电：“抢装”推动需求短期激增 . 21 国产企业产业布局一览国产企业产业布局一览 . 22 风险因素风险因素 . 24 投资建议投资建议 . 25 行业观点更新 . 25 投资策略. 25 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 插图目录插图目录 图 1：IGBT 模块结构简图 . 2 图 2：IGBT 产品迭代方向 . 4 图 3：功率半导体载体材料发展 . 4 图 4：第三代半导体材料 GaN、SiC 功率器件全球市场空间预测 . 5 图 5：IGBT 产品主要下游应用领域

11、. 5 图 6：全球功率半导体市场规模 . 6 图 7：全球 IGBT 市场规模 . 6 图 8：中国 IGBT 市场规模 . 7 图 9：全球 IGBT 供应商市场份额 . 7 图 10：2018 年全球 IGBT 细分市场供应商市场份额 . 8 图 11：2018 年全球 IGBT 细分市场规模 . 8 图 12：2015 年中国 IGBT 供应商市场份额 . 8 图 13：全球主要 IGBT 产业链企业 . 9 图 14：某售价 20 万元纯电车成本结构 . 11 图 15：国内某品牌 A 级车动力总成成本结构 . 11 图 16：国外某品牌 A 级车动力总成成本结构 . 11 图 17

12、：电控成本结构 . 11 图 18：2019H1 新能源汽车电控用 IGBT 模块供应商竞争格局 . 11 图 19：全球 2017-2025（含预测）新能源汽车销量 . 12 图 20：新能源汽车半导体成本（美元） . 13 图 21：不同工况测试下 MOSFET-SiC 和 IGBT-Si 功耗对比 . 14 图 22：不同工况测试下 MOSFET-SiC 和 IGBT-Si 效率对比 . 14 图 23：MOSFET-SiC 和 IGBT-Si 价格对比 . 15 图 24：第三代材料功率半导体成本下降曲线 . 15 图 25：2014-2018 年 MOSFET 全球市场份额 . 17

13、 图 26：2017 年中国大陆 MOSFET 厂商市场份额 . 17 图 27：中国充电桩市场 IGBT 需求 . 17 图 28：中国、美国和欧盟直流充电桩规模预测 . 18 图 29：中国及海外市场当年新增光伏装机规模（MW，左轴）及 IGBT 采购需求（亿元， 右轴） . 19 图 30：中国风电装机规模（GW） . 21 图 31：全球风电新增装机规模（GW，左轴）与 IGBT 采购需求（亿元，右轴） . 22 表格目录表格目录 表 1：功率半导体细分品类 . 2 表 2：IGBT&MOSFET>R 性能对比 . 3 表 3：IGBT 历代发展参数 . 3 表 4：不同电压等级

14、IGBT 应用及供货商 . 9 表 5：部分主要 IGBT 产业链企业布局图 . 9 表 6：国内主要 IGBT 厂商 . 10 表 7：部分主机厂电控及功率半导体配套关系 . 12 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 表 8：中国电动乘用车 2019 年 IGBT 配套份额 . 12 表 9：部分海外车型功率半导体价值量测算（美元） . 13 表 10：全球电动车 IGBT 市场空间测算 . 13 表 11：三代功率半导体材料物理特性对比 . 14 表 12：新能源汽车选用不同功率半导体的系统成本下降与功率半导体成本上升对比 . 16

15、表 13：MOSFET（SiC）与 IGBT（Si 基）长期经济性分析 . 16 表 14：中国充电桩累计数量 . 17 表 15：不同技术类型充电桩占比 . 18 表 16：轨道交通部分车型 IGBT 单位需求 . 20 表 17：2018 年我国轨道交通市场规模 . 20 表 18：部分输变电工程功率半导体器件用量 . 21 表 19：国内主要 IGBT 产业企业及拟布局企业信息一览 . 22 表 20：重点标的盈利预测表 . 25 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 1 投资聚焦投资聚焦 投资逻辑投资逻辑 中高压 IGBT 受下游新

16、能源汽车、新能源及轨交等行业需求拉动，市场规模有望实现 较快增长。新能源汽车全球化普及、充电桩加速提升直流化率，预计将孕育超千亿蓝海市 场，预计 2020-2022 年全球新能源汽车 IGBT 需求量有望达到 93 亿/130 亿/173 亿元， CAGR 超 30%，增长迅猛；麦肯锡预计 2030 年，中、美、欧直流桩占比有望提升至 44%/20%/32%，保有直流充电桩数量有望达到 620 万/260 万/480 个，上述区域新增直流 充电桩预计带动 IGBT 需求约 1300 亿元，潜在市场空间巨大。 我国其它中高压 IGBT 需求料将稳中有升：新能源需求稳步增长，2020 年全球风光

17、IGBT 配套需求预计分别为 10.8/15.1 亿元，中国市场需求分别为 5.2/12.1 亿元；预计到 2030 年，全球新增风电、光伏 IGBT 需求累计值有望分别达 167/404 亿元，潜力巨大。中 国地铁采购量预计将在未来三年维持 15%20%复合增长；而铁路及智能电网采购将维持 平稳，年化需求预计在 15 亿元左右。 中高压 IGBT 有望迎来长周期持续增长，目前产业面临材料升级、需求爆发、参与者 快速增加的新局面，中国市场和中国参与者有望推动全球产业格局重塑。 投资策略投资策略 IGBT 应用领域强调安全性与品质保证，市场份额领先的海外龙头优势地位短期内较 难动摇。但国内市场需

18、求快速增长、第三代材料应用加速，为国产厂商扩张行业影响力与 布局新产能提供了机遇期。 对于国内 IGBT 中高压市场，建议从四个维度关注：1）IDM 布局完整且规模化生产 有配套应用的国产企业，重点推荐中车时代电气（H） 、比亚迪（A+H） ；2）具备中低压产 能且目标切入高景气市场的供应商，建议关注士兰微；3）布局瞄准中高压 IGBT 市场的国 产新玩家，建议关注国电南瑞、台基股份、赛晶电力电子（H） ；4）以晶圆代工为主业的 国产企业，建议关注华虹半导体（H） 、华润微。 风险因素风险因素 海外龙头领先优势扩大， 国产厂商技术及制造进展缓慢， 第三代半导体材料降本缓慢， 下游需求不及预期，

19、国产厂商品牌推广不及预期。 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 2 功率半导体：功率半导体：IGBT 性能性能占占优优，三代材料崭露头角，三代材料崭露头角 功率半导体细分产功率半导体细分产品类型复杂品类型复杂，IGBT 性能领先性能领先 功率半导体器件又被称为电力电子器件，是电力电子技术的基础，也是构成电力电子 变换装置的核心器件。功率半导体器件通过进行功率处理（变频、变压、变流、功率管理 等） ，具备处理高电压、大电流的能力。功率半导体包括功率分立器件、功率模块、功率 IC（功率集成）三类。 表 1：功率半导体细分品类 功率半导体分类功

20、率半导体分类 功率分立器件功率分立器件 功率模块功率模块 功率功率 IC（功率集成）（功率集成） 主要品类 主要包括整流管、 晶闸管、 BJT （双 极型晶体三极管）、MOSFET （金 属氧化物半导体场效应晶体管）、 IGBT（栅双极型晶体管）等 主要包括 MOSFET 模块、 IGBT 模块、 IPM 智能功率模块等 主要包括线性稳压器、开关稳压 器、 电压基准、 监控/定序器/开关 IC、其它功率管理 IC 等 资料来源：中信证券研究部整理 其中，其中， IGBT 被称为电力电子行业 “被称为电力电子行业 “CPU” ， 下游” ， 下游应用广阔。应用广阔。 IGBT （Insulate

21、d Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管） ：是由 BJT 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，是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性 的产品，是工业控制及自动化领域的核心元器件，被称为电力电子行业里的“CPU” ；其 是一个非通即断的开关，能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频 率、相位等，以实现精准调控的目的。在家用电器、智能电网、新能源汽车、轨交等领域 具有极其广泛的运用。 同时， IGBT 在应用过程中多以模块形式出现， IGBT 模块是由 IGBT 与 FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路

22、桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节 能、安装维修方便、散热稳定等特点。 图 1：IGBT 模块结构简图 资料来源：电工学习网 横向对比，横向对比，IGBT 性能性能上上兼具兼具 MOSFET 与与 GTR 优势。优势。IGBT 兼备 MOSFET 的高输入 阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点：GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 3 大；MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以 上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。 表 2：IGBT&M

23、OSFET>R 性能对比 器件器件 驱动方式驱动方式 驱动驱动 电路电路 输入阻抗输入阻抗 载流载流 密度密度 导通导通 压降压降 开关开关 速度速度 驱动功率驱动功率 工作频率工作频率 IGBT 电压 简单 高 高 低 中 低 中 MOSFET 电压 简单 高 低 高 快 低 高 GTR 电流 复杂 低 高 低 慢 高 高 资料来源： MOFSET 与 IGBT 的对比分析 （柳超，李慧芬，董颖辉） ， IGBT 和 GTR 器件的识别 （许大平， 张宗桐） ，中信证券研究部 IGBT 迭代迭代较为较为缓慢缓慢，主要瞄准减少功率损耗、增加最大输出功率和功率密度主要瞄准减少功率损耗、增加最

24、大输出功率和功率密度。IGBT 作为驱动电路简单、通态压降较低的新型功率器件，通过 MOS 与 BJT 技术集成而来，截 至目前 IGBT 已开发至第七代产品， 第七代 IGBT 由三菱电机在 2012 年推出， 具有明显降 低的正向电压降以及优化的开关性能，在产业化应用中，IGBT 迭代主要瞄准减少功率损 耗、增加最大输出功率和功率密度。 表 3：IGBT 历代发展参数 代别代别 技术特点技术特点 芯片面积芯片面积 工艺线宽工艺线宽 通态饱和通态饱和 压降（伏）压降（伏） 关断时间关断时间 功率损耗功率损耗 断态电压断态电压 出现时间出现时间 （相对值）（相对值） （微米）（微米） （微秒）

25、（微秒） （相对值）（相对值） （伏）（伏） 1 平面穿通型（PT） 100 5 3 0.5 100 600 1988N 2 改进的平面穿通型（PT） 56 5 2.8 0.3 74 600 1990N 3 沟槽型（Trench） 40 3 2 0.25 51 1200 1992N 4 非穿通型（NPT） 31 1 1.5 0.25 39 3300 1997N 5 电场截止型（FS） 27 0.5 1.3 0.19 33 4500 2001N 6 沟槽型电场截止型 （FS-Trench） 24 0.3 1 0.15 29 6500 2003N 7 微沟槽-场截止型 2012N 资料来源：EET

26、OP，中信证券研究部 从第一代的平面穿通型到第七代沟槽型电场截止型，IGBT 产品迭代主要表现为三个 方面： （1）器件纵向结构：非穿通型(NPT)结构拥有缓冲层的穿通型(PT)结构场截止 型（FS） 、软穿通型（SPT）结构（2）栅极结构：平面栅结构垂直于芯片表面的沟槽型 结构（3）硅片的加工工艺：外延生长技术区熔硅单晶。 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 4 图 2：IGBT 产品迭代方向 资料来源：绝缘栅双极型晶体管的设计和研究（崔晶晶），中信证券研究部 材料升级打开迭代大门，第三代材料前景可观材料升级打开迭代大门，第三代材料前景

27、可观 功率半导体器件的载体材料持续迎来突破，第三代材料前景可观。功率半导体器件的载体材料持续迎来突破，第三代材料前景可观。当前，在 Si 基半 导体材料性能已接近极限的背景下，第三代功率半导体材料 SiC 和 GaN 正快速推进产业 化进程。 根据 Yole统计测算， 2022年 SiC、 GaN功率器件全球市场规模有望分别达到 10.82 亿美元、4.62 亿美元，未来三年 CAGR 分别为 39%、83%。 图 3：功率半导体载体材料发展 资料来源：DIGITIMES，先探，和讯，Element Six Technologies，中信证券研究部 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导

28、体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 5 图 4：第三代半导体材料 GaN、SiC 功率器件全球市场空间预测 资料来源：Yole（含预测），中信证券研究部 行业空间广阔，全球产业格局有望重构行业空间广阔，全球产业格局有望重构 广阔的应用空间，催生出巨大的下游市场广阔的应用空间，催生出巨大的下游市场 以 IGBT 产品为例，行业内对 IGBT 倾向于按照应用场景的电压等级加以分类，主要 分为低压（600V 以下） 、中压（600V1200V）和高压（1700V 以上）三个主要电压等级。 低电压范围 IGBT 广泛应用于多种 3C 产品，消费电子行业采用的 IGBT 产品一般为 600V

29、 以下；中压范围 IGBT 主要是应用在新能源汽车、光伏、工控等下游行业，其中在新能源 汽车领域是电控系统的核心元件（600V-1200V） ，也是车载空调控制系统和大功率直流充 电桩的关键部件；高压领域范围 IGBT 应用于智能电网（柔性直流输电） 、轨道交通、风力 发电等领域。 图 5：IGBT 产品主要下游应用领域 资料来源：中国产业信息网，中信证券研究部 IGBT 下游需求向好， 市场持续增长。下游需求向好， 市场持续增长。 全球功率半导体市场规模近年来维持稳健增长， 电力设备新能源电力设备新能源行业行业功率半导体专题之一功率半导体专题之一2020.2.17 6 其中 IGBT 市场规

30、模受下游新能源汽车需求拉动， 整体增长较快， 据英飞凌年报披露数据， 2018 年全球 IGBT 市场规模达 62.24 亿美元（同比+17.4%） 。中国市场随着下游市场逐步 培育、发展，2018 年我国 IGBT 市场规模达到 161.9 亿元（同比+22.2%） 。随着我国新能 源汽车、新能源、轨道交通、工控和电网产业的持续向好，预计我国有望逐步发展成为全 球 IGBT 及功率半导体器件的核心增长区域市场，具备打造全球产业集群的必要性和需求 潜力。 图 6：全球功率半导体市场规模 资料来源：美国半导体行业协会，智研咨询，中信证券研究部 图 7：全球 IGBT 市场规模 资料来源：英飞凌年报，中信证券研究部 514.2 541.3