1、2020 年深度行业分析研究报告目录功率半导体：IGBT 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19轨道交通：铁路采购料

2、将平稳，地铁需求持续增长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22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 12：20

3、15 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：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

4、：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 1：功率半导体细分品类2表 2：IGBT&M

5、OSFET>R 性能对比3表 3：IGBT 历代发展参数3表 4：不同电压等级 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表 13：MOSFET（SiC）与 IGBT（Si 基）长期经济性分析16表 1

6、4：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 功率半导体：IGBT 性能占优，三代材料崭露头角功率半导体细分产品类型复杂，IGBT 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

7、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率分立器件功率模块功率 IC（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：研究部整理其中，IGBT 被称为电力电子行业“CPU”，下游应用广阔。IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，

8、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

9、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，IGBT 性能上兼具 MOSFET 与 GTR 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&MOSFET>R 性能对比器件驱动方式驱动 电路输入阻抗载流 密度导通 压降开关 速度驱动功率工作频率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

10、：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），研究部IGBT 迭代较为缓慢，主要瞄准减少功率损耗、增加最大输出功率和功率密度。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 历代发展参数芯片面积工艺线宽通态饱和 关断时间功率损耗断态电压代别

11、技术特点（相对值）（微米）压降（伏）（微秒）（相对值）（伏）出现时间1平面穿通型（PT）100530.51006001988N2改进的平面穿通型（PT）5652.80.3746001990N3沟槽型（Trench）40320.255112001992N4非穿通型（NPT）3111.50.253933001997N5电场截止型（FS）270.51.30.1N沟槽型电场截止型6240.310.3N（FS-Trench）7微沟槽-场截止型2012N资料来源：EETOP，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

12、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。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），研究部材料升级打开迭代大门，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

13、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，研究部图 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），研究部 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 I

14、GBT 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 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，研究部IGBT 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，其中 IGBT 市场规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，

15、 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市场规模增速800亿美元10.38%695.8717.512.00%700633.9654.2674.110.00%600514.2541.3597.55008.00%4006.09%

16、6.00%5.27%3003.12%4.00%2003.20%3.04%3.22%2.00%10000.00%2000172018资料来源：美国半导体行业协会，智研咨询，研究部图 7：全球 IGBT 市场规模亿美元市场规模增速7046.51%62.2450.00%6052.5540.00%34.20%5044.7342.2945.130.00%40.3420.00%4016.52%30.0631.5530.5318.44%10.00%306.64%0.00%20-3.23%-5.45%-10.00%10-21.79%-20.00%0-30.00%20

17、001620172018资料来源：英飞凌年报，研究部图 8：中国 IGBT 市场规模180亿元16025.21%市场规模增速145.715530.00%25.00%.09%16.76% 18.77%94.3104.5119.414.26%22.03%20.00%15.00%806047.64020059.66879.410.82%6.38%10.00%5.00%0.00%20001720182019资料来源：GGII，研究部海外龙头地位稳固，新能源汽车供应链及国产厂商爬升迅速近年来，全

18、球 IGBT 行业市场格局呈现出“头部厂商稳定，第二梯队逐步洗牌”的特 点。近年英飞凌年报披露数据显示，综合考虑全球 IGBT 分立器件、IPM 及模块市场，英飞凌维持全球 IGBT 市场领头羊地位，2015-2018 年全球综合市场率分别为 28.0%、24.0%、 27.1%、28.6%。此外，三菱、富士、赛米控及安森美（仙童）保持了相对稳健的全球头 部供应商地位。图 9：全球 IGBT 供应商市场份额Infineon英飞凌Mitsubishi三菱Fuji Electric富士Semikron赛米控 ON Semi安森美（Fairchild仙童） Others其他100%80%60%40%

19、28.00%24.00%27.10%28.60%2001820%0%资料来源：英飞凌年报，研究部但同时，结合细分市场市占率变化，可以发现行业内部受中国企业技术及配套关系变 化、新能源汽车市场快速增长，部分企业的市场地位快速提升。根据 IHS 统计的 2018 年全球 IGBT 细分市场供应商市场份额，当前全球分立器件市场规模 13.1 亿美元，全球占比21%，CR5 67.8%，英飞凌市占率第一（37.4%）；IPM 市场规模 16.8 亿美元，全球占比27%，CR5 79.0%，三菱市占率第一（32.2%）；模块市场规模 32.5 亿美元，全球占比 52%， CR5 6

20、7.5%，英飞凌市占率第一（34.5%）。图 10：2018 年全球 IGBT 细分市场供应商市场份额资料来源：IHS Markit，研究部其中，有两家中国企业在所属细分领域进入全球前十，分别是吉林华微电子（ IPM No.10，市占率 0.5%）、嘉兴斯达半导（模块 No.8，市占率 2.2%）。部分厂商受新能源汽 车配套关系的订单支撑，市占率进入所属市场前五，分别是分立器件市场的力特（No.4， 5.9%）、IPM 市场的赛米控（No.5，5.8%）、模块市场的赛米控（No.4，8.0%）和拓森（No.5，4.9%）。图 11：2018 年全球 IGBT 细分市场规模21%模块52%智能模

21、块 分立器件27%资料来源：IHS Markit，研究部图 12：2015 年中国 IGBT 供应商市场份额仙童, 艾赛 日立,丹佛斯,其他, 1.30% 斯, 1.10%1.00% 6.80%1.80%拓森,3.90% ABB,英飞凌,3.90%23.40%中车时代电气, 1.60%安森美,4.40%三菱,嘉兴斯达,富士,19.00%4.50%赛米控,15.50%11.80%资料来源：IHS Markit，研究部从全球产业布局看中国企业未来机遇从下游产品分布来看，全球视角下英飞凌作为全球领先的 IGBT 龙头，其产品完整覆 盖了下游全电压等级应用领域，在中低压领域市场龙头地位稳固，高压应用中

22、的电网和最 高电圧等级高铁产品中，市场份额不及 ABB 及三菱；日系供应商及 ABB 基本布局了从晶 圆至系统的长产业链环节，英飞凌、STM 为代表的欧美企业基本以晶圆与模块制造为主； 中国市场中，国产 IGBT 产品低压领域产品供应商较为充裕，目前看中压领域逐步突破下 游客户供应链体系，但高压领域技术及产能布局仍较少。表 4：不同电压等级 IGBT 应用及供货商电压等级应用领域国际主要供应商国内主要供应商超低压500500热导率(W/cm*K)1.30.53.71.3资料来源：Texas Instruments，研究部图 21：不同工况测试下 MOSFET-SiC 和 IGBT-Si 功耗对

23、比SiSiC6005004003002001000AUDCNEDCWLTPARDCAHDC资 料 来 源 ： Benefits of new CoolSiCTM MOSFET in HybridPACKTM Drive package for electrical drive train applications（Waldemar Jakobi etc.），研究部图 22：不同工况测试下 MOSFET-SiC 和 IGBT-Si 效率对比SiSiC10099.59998.59897.59796.59695.595AUDCNEDCWLTPARDCAHDC资 料 来 源 ： Benefits of

24、 new CoolSiCTM MOSFET in HybridPACKTM Drive package for electrical drive train applications（Waldemar Jakobi etc.），研究部功耗效率领先，成本与结合至关重要。直接对比 Si 基材料与 SiC，SiC 的优势集中体 现在以下 3 点：1）SiC 带隙宽，工作结温在 200以上，耐压可达 20kV；2）SiC 器件体积可以减少至 IGBT 的 1/31/5，重量减少至 40%60%；3）功耗降低 60%80%，效率 提升 1%3%，续航提升约 10%。同时 SiC 材料也存在以下亟待提升之

25、处：1）目前 SiC 成品率低、成本高，是 IGBT 的 45 倍；2）SiC 和 SiO2 界面缺陷多，栅氧可靠性存在问题。在多项工况测试下，SiC 相比 Si 基材料在功耗和效率上优势显著，成本下降及产品结 合至关重要。图 23：MOSFET-SiC 和 IGBT-Si 价格对比资料来源：中科院电工研究所，研究部目前业界对于 SiC 材料的成本下降曲线较为乐观，单位逆变器峰值相电流价值量（$/Arms）2025 年有望降至当前新能源汽车 IGBT 单位成本水平。根据 STM 对 MOSFET（SiC）和 IGBT（Si 基）的成本对比，预计 2-3 年内 MOSFET（SiC）的成本有望下降 至 IGBT（Si 基）的 22.5 倍，年均降幅约 15%。图 24：第三代材料功率半导体成本下降曲线资料来源：IHS Markit结合 Model 3 对于 MOSFET（SiC）（STM 配套）的应用，综合考虑使用 MOSFET（SiC）带来的电池成本、磁材成本和其他成本的系统经济性，经测算得到当电池容量达 到 75kWh 时，使用 MOSFET（SiC）可在系统单位成本上获得正向经济性。表 12：