失效分析實驗室 半導體工程師 2022-01-09 05:08
一、物聯網驅動的電動化和智能化帶來功率半導體新周期
（一）複盤 2020-2021 年功率半導體周期：漲價與隐憂
2019 年底開啟的 5G 手機滲透率提升成為整個半導體行業需求動能的來源，市場對于 5G 手機在未來幾年 的強勁增長充滿信心，但是進入 2020 年全球範圍内出現新冠疫情，5G 手機的需求爆發被按下了暫停鍵。随着 疫情的進一步發展，居家辦公帶來了遠端伺服器的巨量需求，沉寂十年的筆電市場迎來大幅增長，同時雙碳政 策推動下，國内電動車的高速發展進一步刺激了對于功率半導體的需求。在需求端一片向好的增長趨勢下，晶片供給端由于受到疫情的影響大幅縮水，全球功率半導體封測重鎮馬來西亞無限期封城無疑對功率半導體行業 雪上加霜。
由于功率半導體供需錯配，本來産品價格較低的功率器件在晶圓廠産能供給的優先權就比較低，晶圓産能 供給緊張的時候代工和封測成本端大幅上升，各大功率半導體廠商紛紛大幅上調産品價格，預計行業平均價格 漲幅超過 20%，部分産品甚至價格上漲了 7-8 倍。根據我們對于 2020-2021年這一輪周期的複盤，行業平均毛 利率在 2021 年 Q3 創近十年曆史新高，行業接近 29%的增速高點也遠超上一輪周期的增速高點。但是瘋漲的功率半導體行情也讓市場對于 2022 年的價格回調壓力充滿擔憂，大家對于 2018 年 Q4 開始的下行周期中價格下跌的慘烈仍曆曆在目，尤其是消費類相關的功率半導體價格，2022 年跌價壓力較大。
（二）功率半導體下遊應用全面開花，電動車和光伏/風電新能源領域需求激增
在全球分立器件的下遊需求中汽車占比最高，達到 35%左右，國内市場中汽車行業對于分立器件的用量占比為 27%。以 MOSFETs 為代表的中低壓分立器件廣泛應用于汽車的電動天窗、雨刮器、安全氣囊、後視鏡等 領域，純電汽車的車載充電機（OBC）、DC-DC 轉換器對于 MOSFETs的需求進一步增加。另外汽車車燈轉為 LED 大燈以後，MOSFETs 的需求量從原來每個車燈需要 1 顆增加至 18 顆，很多造車新勢力熱衷的車頂和側邊 漸變玻璃對于 MOSFETs 的需求也在增長。
傳統燃油車中僅有少量的 IGBT 單管用于發動機點火器，純電汽車的動力系統轉為電池以後，IGBT 子產品成 為電驅系統中逆變器的标配，此外新能源汽車在車載充電機（OBC）、DC-DC 升壓器、電空調驅動也需要用到 IGBT 單管。根據産業鍊調研與我們測算，四驅版本的純電車型前後雙電機各需要 18 顆 IGBT，車載充電機需要 4 顆，電動空調 8顆，合計一台電動車需要 48 顆 IGBT 晶片。
根據 Strategy Analytics 測算，傳統燃油車功率半導體用量僅為 71 美元，48V 輕混車型功率半導體價值量增值至 90 美元，而純電車型的功率半導體用量增幅高達 364%，大幅上漲至 330 美元。
雙碳政策下，以光伏和風電為代表的新能源發電的裝機量大幅增長，太陽能發電中 DC-DC 直流轉換器和 光伏逆變器均需要用到 IGBT 作為功率開關。其中逆變器的效率很大程度上取決于設計使用的元器件，元器件 的性能可以由功率損耗來衡量，功率損耗分為導通損耗和開關損耗。相較于 MOSFETs 而言，IGBT 适用于較低 開關頻率和大電流的應用，大電流下 IGBT 的導通損耗比 MOSFET 更低，MOSFET 有能力滿足高頻、小電流的應用，具有更低的開關損耗，更适合開關頻率在 100KHz 以上的逆變器子產品。
從逆變器類别來看，由于微型及單相逆變器功率較小，一般采用 IGBT 單管方案為主，高功率三相逆變器 則采用 IGBT 子產品，低功率三相逆變器則兩種方案都有采用。目前集中式光伏逆變器成本在 0.16-0.17 元/W，組 串式光伏逆變器成本在 0.2 元/W 左右，總體光伏逆變器成本在 0.2 元/w，IGBT 子產品占光伏逆變器的成本比例約 為 15%，每 GW 對應功率半導體的價值量約為 0.3 億-0.4 億元。
除了電動車和光伏發電兩大驅動力以外，智能家居中也大量用到功率半導體的分立器件，比如多功能掃地 機器人。在一個掃地機中，可能會有不同的部分用到這樣的功率分立器件：無線充電、電池管理系統、音頻放大器、吸塵器、清潔系統電機控制、移動電機控制等，由于功能不同，所需要的 MOS 也不盡相同，大約在 2-6 顆不等。（報告來源：未來智庫）
（三）功率半導體行業競争格局
全球功率半導體行業市場規模在 2019 年達到 464 億美元，相較于上一輪高景氣周期的 2018 年同比下滑 3.53%。2020 年和 2021 年在疫情影響全球進入“居家辦公模式”，伺服器和 PC 的強勁複蘇疊加高景氣的電動車 和新能源發電需求刺激，功率半導體行業迎來拐點。SIA 預計 2021 年全球半導體的銷售額将達到 5530 億美元， 創下新高，同比增長 25.6%，全球功率半導體龍頭廠商英飛淩 Infineon，恩智浦 NXP，意法半導體 STM，安森 美 ON semi，2021 年前三季度分别成長 32.5%，31.43%，31.8%和 28.5%，我們預計全球功率半導體的行業增速 預計在 2021 年有望達到 30%，市場規模将接近 600 億美元。從全球功率半導體分立器件需求結構來看，汽車是 需求最大的領域，占比達到 35%，其次是工業和消費電子領域，需求占比分别為 27%和 13%。
從産品形态分類，功率半導體可以分為分立器件、模組和功率 IC 三大類别，一類是分立器件指單管，即 1 顆晶片加上封裝外殼，第二類是子產品，把幾個單管和特定功能的電路封裝在一起構成子產品，第三類就是功率 IC， 包括交流直流轉換器 AC/DC，直流-直流轉換器 DC/DC，電源管理 IC 和驅動 IC。2019 年分立器件/模組與功率 IC 的市場規模分别為 224 億和 240 億美元，其中英飛淩是分立器件和模組市場當之無愧的全球龍頭，市占率高 達 19%，美國功率半導體大廠安森美市占率為 8.4%，功率 IC市場占有率最高的是德州儀器 TI，市場佔有率為 16%，其次是英飛淩和 ADI，占比分别為 7.7%和 7.2%。
根據 Omdia 的統計，2019年國内功率半導體市場規模約為 177 億美元，約占全球市場需求的 38%，2020年随着半導體行業複蘇進入新一輪高增長周期。目前國内功率半導體分立器件廠商營收規模最大的是聞泰科技 收購的安世半導體，2020 年營收達到 96.4 億元人民币，2021 年大幅成長 53.3%，功率半導體營收增至147.8 億 元。
我國本土 IDM 廠商中功率半導體營收規模最大的廠商是華潤微電子，2020年公司功率半導體營收達到 28 億元，預計 2021 年營收同比增長 49.3%，超過 41 億元人民币。Fab-less 模式為代表的 MOSFET 廠商無錫新潔 能和 IGBT 模組廠商嘉興斯達半導在2021 年實作了更快的成長，2021 年營收兩者預計将分别大增 64.8%和 71.6%。前十大國内功率半導體廠商 2021 年營收規模合計達到 362.5 億元，同比成長57.4%，相較于國内內建電路産業 2021 年前三季度 16.1%的成長速度，顯示了功率半導體産業超預期的複蘇态勢。
國内主要的功率半導體廠商以分立器件為主，包括二極管、整流管、MOSFETs 等，二極管三極管屬于基本 的電子元器件，這些年技術疊代較慢，價格也比較低廉，行業壁壘較低。肖特基二極管是以其發明人肖特基博 士（Schottky）命名的，與 PN 二極管不同，肖特基二極管不是利用 P 型半導體與 N 型半導體接觸形成 PN 結 原理制作的，而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體勢壘原理制作的。肖特基二極管多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續流二極管、保護二極管，例如手機和手持裝置擴充卡、彩電的二次電源整流、高頻 電源整流等應用。近年來随着手機等手持裝置電源擴充卡等快充電源小型化的市場變化，傳統肖特基已不能夠 滿足低導通電壓的需求，采用溝槽結構的 TMBS将成為肖特基産品的技術主流。
功率 MOSFET 是 70 年代在經典 MOSFET 的基礎上發展而來的，主要作為功率電子開關使用。不同于經典 MOSFET，功率 MOSFET 重點提高了功率特性，尤其是增加器件的工作電壓和工作電流。功率 MOSFET 圍繞 如何解決耐壓和功耗之間的沖突産生了許多新的工藝結構，從 LD MOSFET 結構起步經曆了 VV MOSFET，VU MOSFET，VD MOSFET，SJ MOSFET（超結）,Trench MOSFET（溝槽型）, SGT MOSFET（屏蔽栅）。
溝槽型 MOSFET，主要用于低壓（100V）領域；SGT（Shielded Gate Transistor，屏蔽栅溝槽）MOSFET，主要用于中 低壓（200V）領域；SJ-MOSFET，即超結 MOSFET，主要在高壓（600V-800V）領域應用。SGT MOSFET（Shield Gate Trench MOSFET）是一種新型的功率半導體器件，SGT 工藝比普通溝槽簡單，開關損耗小。再加上 SGT 比普通溝槽工藝挖掘深度深 3-5 倍，可以橫向使用更多的外延體積來阻止電壓，這也使得 SGT 的内阻比普通 MOSFET 低 2 倍以上，是以 SGT MOSFE 作為開關器件應用于新能源電動車、新型光伏發電、節能家電等領域 的電機驅動系統、逆變器系統及電源管理系統，是核心功率控制部件。
目前國内功率半導體廠商衆多，産品線差異也比較大，營收規模較大的廠商主力産品是 MOSFETs，随着電 動車和光伏、風電等新能源發電領域對于 IGBT 的大幅需求增長，各個廠商開始逐漸将産品線擴充至 IGBT，部分龍頭廠商已經開始布局第三代半導體 SiC 襯底的功率 MOSFET。根據我們的統計，目前國内在功率半導體産品布局最完善的廠商是聞泰科技旗下的安世半導體，首先公司 主力産品線覆寫了半導體（包括保護類器件 ESD/TVS 等）、Mosfet 功率管、模拟與邏輯 IC 三大領域，小型号 MOSFET 居于全球排名第二，公司汽車類 POWER MOSFET 預計市場地位僅次于英飛淩。其次公司通過提高研 發投入進一步加強了在中高壓 Mosfet、化合物半導體産品 SiC 和 GaN 産品布局，同時收購英國 Newport 晶圓廠 100%股權，獲得了 4000 片/月的 IGBT 産能，目前公司漢堡工廠已經開始搬入碳化矽裝置，預計 SiC MOSFET 新品在 2022 年量産。
在 MOSFET 領域，新潔能和華潤微在溝槽 MOS，屏蔽栅 SGT-MOS 和超結 SJ-MOS 等高附加值的産品具 備技術領先優勢，新潔能是國内率先掌握超結理論技術，并量産 SGT MOSFET 及超結功率 MOSFET 的企業 之一，是國内最早同時擁有溝槽型功率 MOSFET、超結功率 MOSFET、SGT MOSFET 産品平台的本土企業。中低壓 MOSFET 基本上已經由國産廠商供應為主，SGT-MOSFET 的國産替代趨勢已經比較明确，随着 5G、AI、 EV（電動汽車）等應用市場的發展，對于 SGT-MOSFET 的需求将持續增長。
在 IGBT 領域，比亞迪半導體和時代電氣分别是國内供應新能源車規 IGBT 和軌交列車 IGBT 的龍頭廠商， 先發優勢明顯，士蘭微在在家電領域應用為主的 IPM 子產品市場占據明顯優勢，2021 年市占率接近 10%，斯達半 導在 IGBT 模組領域積累多年，目前已經切入 IGBT 晶片的設計，車規級 IGBT 子產品已經大批量出貨。
（四）功率半導體行業供需分析
假設 2030 年全球汽車銷量達到 1 億輛，如果 50%的燃油車替換為電動車，對應約 5000 萬輛電動車，按照 單車功率半導體價值量為 400 美元計算，預計全球車規功率半導體市場規模達到 200 億美元，如果國内電動車 市場占全球的 50%，那麼 2030 年國内車規功率半導體市場空間将達到 100 億美元。存量市場 2021 年全球功率 半導體市場規模将增長至 441 億美元，國内需求占全球市場佔有率的 36%，2021 年市場規模有望達到 159 億美元， 未來十年按照 5%的複合增速測算，存量市場如工控和家電領域的需求在 2030 年将達到 239 億美元。光伏領域對于功率半導體市場需求為 30 億美元，加總以後預計到 2030 年國内功率半導體市場空間達到 369 億美元，對 應 2500 億人民币左右的市場空間。
1 台新能源汽車平均消耗一片 8 英寸矽片，其中分立器件、IGBT 消耗 0.4 片，DMOS 占 0.1 片，IC 占了 0.5 片，主要是 MCU 和電源管理晶片，2021 年新能源汽車銷量為 340 萬台，同比增長 1.5 倍，預計 2022 年國内新 能源汽車銷量達到 500 萬輛，對應的增量需求為 160 萬片 8 寸晶圓，折合 13~14 萬片月産能，如果 2025 年國内 電動車銷量達到 1000 萬輛，對應增量需求為 54-55 萬片月産能。
截止 2020 年 12 年全球晶圓産能約為 2082 萬片/月（等效 8 寸），中國大陸晶圓産能占比為 15.3%，預計為 318.4 萬片/月（等效 8 寸），國内主要晶圓廠 12 寸産能約 100 萬片/月，8 寸産線約為 115 萬片/月。其中我們統 計國内所有功率半導體廠商新增産線的産能增量，預計 2022 年全年新增功率半導體産能為 18 萬片/月（等效 8 寸），如果假設 2022 年國内新增電動車銷量為 200 萬台，全球新增 500 萬台電動車，所需要對應約 250 萬片 8 寸的年産能，對應需要新增 20.8 萬片月産能，而全球功率半導體的新增産能幾乎都在中國，僅僅滿足全球的電 動車的需求新增供給尚且不夠，如果考慮光伏需要的産能則供應缺口進一步增加。
二、電動車大時代：IGBT 廠商 IDM 為王
在新能源汽車中，IGBT 主要應用于電機驅動控制系統、熱管理系統、電源系統等，具體功能如下：在主 逆變器中，IGBT 将高壓電池的直流電轉換為驅動三相電機的交流電；在車載充電機中，IGBT 将交流電轉化為 直流電并為高壓電池充電；在 DC-DC 變換器中，IGBT 将高壓電池輸出的高電壓轉化成低電壓後供汽車低壓 供電網絡使用；此外，IGBT 也廣泛應用在 PTC 加熱器、水泵、油泵、空調壓縮機等輔逆變器中，完成小功率 DC-AC 轉換。（報告來源：未來智庫）
（一）電動車爆發帶來 IGBT 需求激增
1、電驅逆變器中的 IGBT
電驅系統是純電汽車的核心，可以了解為傳統燃油車的發動機，主要包含了逆變器（Inverter），減速器 （Gearbox）和電機(Motor)。逆變器中的電子電力控制器件如 IGBT/SiC MOSFET 将電池中的直流電轉逆變為交 流電傳送到三相電機，電機從 0rpm/min 開始輸出峰值扭矩，但當電機轉速高于恒扭矩區間時，電機扭矩就會有 所下降，是以這時就需要減速器的介入，減速器通過多級齒輪的傳動即可實作降低轉速、提升扭矩的效果，從 而滿足車輛高速行駛時對扭矩的需求。電驅系統未來的發展趨勢是高度內建化，目前主流的電驅采用三合一的 內建電驅，如果按照 2021 年 340 萬台電動車的出貨量測算，我們預計國内電驅市場容量為 221 億元左右。
通常我們将交流轉換為直流稱為整流，反過來直流轉換為交流則稱為逆變，電動車的逆變器承擔的核心職 能是将動力電池輸出的直流電轉換為交流電供驅動電機使用。純電動汽車上的逆變器位于電機控制器（MCU 内）， 除了逆變器外，還有控制器一起組合在 MCU 内，MCU 是整個動力系統的控制中心。控制器是接受驅動電機的 需求信号，當車輛制動或者加速時，控制器控制變頻器的頻率升降使汽車行駛。逆變器接受動力電池輸出的直 流電能，逆變成三相交流電提供給電機運轉，在電動汽車制動過程中又起到制動回收電能的作用。
逆變器内部是由 6 個 IGBT 組成。電動車的功率半導體價值增量大部分來自 IGBT 子產品，單 車 MOSFETs 才 400 元左右的價值量，1 個 IGBT 子產品大概是 1000 元左右，目前 A0/A00 級電動車用 1 個逆變器， 1 個 IGBT 子產品，如果是四驅的電動車一般采用 2 個子產品，價值量為 2000 元左右，大巴車用 3 個子產品，3000 左右，是以 IGBT 平均單車價值量在 2000 元人民币。
2、車載 OBC 用到的 IGBT
車載充電機是指固定安裝在電動汽車上的充電機，具有為電動汽車動力電池，安全、自動充滿電的能力， 充電機依據電池管理系統（BMS）提供的資料，能動态調節充電電流或電壓參數，執行相應的動作，完成充電 過程，通常車載充電機作為一個節點，挂在 CAN 總線上，通過 CAN 與整車控制器交換資料。充電器有許多 不同的功率等級，功率等級越高，充電時間就越短。這些充電器需要大量的交流電源，根據車載充電器的設計， 由單相或三相電源供電。依據全球可用的典型交流電源，已發展出四個通用功率等級，3.3kW 和 6.6kW 充電器 已成為基本建構塊用于所有功率等級的充電器。11 kW 和 22 kW 充電器都是将三個單相單元結合起來，每個單 元運作三相中的一相。
來自電網的交流輸入源被濾波、整流并饋送到一個多相 PFC 電路中。PFC 電路是開關電路，負責控制輸入 正弦波的導通周期，以調節使輸入電流與輸入電壓一緻。這種電壓-電流調節對交流電源産生一個高功率因數， 且需要通過大多數電力公司的調節。這過程分幾個階段，将傳導損耗分散到一組更廣泛的器件上。下一個子產品 使用 H 橋轉換器來降低直流電壓，并将其傳送到變壓器的輸入端。該塊通常采用諧振 LLC 電路設計，且對變壓 器施加的電壓大小的控制使對電池功率的調節更簡單。最後，對變壓器的輸出進行整流、濾波和連接配接到高壓電 池。價值量方面，以 6.6KW 慢充為例，大概需要 20 多顆 IGBT 和 MOSFET 分立器件，總體成本在 300 元以下。
3、充電樁中的 IGBT 子產品
充電樁按充電能力不同可以分為交流慢充和直流快充兩大類，以處理不同的用電場景。一級充電樁是120 V、 輸出 15 A 或 20 A 的交流充電樁，每充電 1 小時增加約 4 至 6 英裡裡程。二級充電功率有 3.3 kW、6.6 kW、9.6 kW、19.2 kW 四種功率級别，适用于輸出電流分别達 20 A、20 A、50 A、100 A 的 240 V 交流電源插座。直流 快速充電(DCFC)樁的輸入電壓為 440 V 或 480 V，能在 30 分鐘内充到 80%左右，用于公共充電樁。
充電樁将由現在主流的 60 kW、90 kW 發展到将來的 150 kW、240 kW，相應地充電樁電源子產品将由現在的 15 kW、20 kW、30 kW 提高到将來的 40 kW、50 kW、60 kW，以縮短充滿電的時間。例如，210 kW 電動汽車 充電點由 14 個 15 kW 子產品組成，每個 15 kW 的電池充電器子產品都是由 3 相交流 380 V 輸入，經過 3 相 Vienna 功 率因數校正(PFC)後，電壓升高到 800 V 直流電壓，再經過高壓 DC-DC 輸出 250 V 至 750 V 直流電壓。
Vienna 整流＋LLC 構成了充電樁的基本電路。如果考慮裝置成本，使用 Si 基 IGBT 和超級結 MOSFET、 FRD（快恢複二極管）方案更具成本優勢；如果需要高功率密度和高效率，碳化矽 MOS/SBD 方案更具性能優 勢。PFC 部分更适合使用碳化矽器件，理由有二：其一，高溫時導通電阻增加較少，能實作高效率，同時可抑 制發熱，使用更小的散熱闆；其二，碳化矽器件的恢複損耗非常小，開關損耗較小，能夠提高工作頻率，有助 于輸入線圈的小型化。作為矽器件解決方案，Si 基的超級結 MOS 和 IGBT 也是不錯的替代方案。價值量方面， 慢充 20KW 以内用半橋工業 IGBT，單樁價值量在 200 元以内，如果采用超級快充 100KW 以上，超大功率的充 電樁會采用 SiC 方案，成本會成倍增加，整體價值量會提升至 1000 元以上。
（二）IGBT 市場需求結構和市場需求預測
1、預計 2021 年全球市場規模約為 76.8 億美元，車規需求快速增長
2019 年全球 IGBT 市場規模預計在 64 億美元，2020 年略有下滑至 60.47 億美元，2021 年市場開始快速複 蘇，預計 2021 年全球 IGBT 市場規模将同比增長 20%，将達到 76.8 億美元。從市場結構來看，IGBT 主要以 IPM 子產品和 IGBT 模組形式為主，兩者合計營收占比超過 76%，在分立單管和 IGBT 子產品占比最高的是德國英飛淩， 市占率超過 30%，在 IPM 子產品市場日本三菱市占率排在第一位，高達 32.7%。從 2020 年 IGBT 子產品全球應用 占比來看，工業控制占比 33.5%，是目前 IGBT 最大的應用領域，新能源汽車占比 14.2%。未來，汽車電動化、 智能化推動車規級 IGBT 成為增長最快的細分領域。
根據集邦咨詢的統計，2018 年中國 IGBT 市場規模預計為 153 億人民币，相較 2017 年同比增長 19.91%， 2020 年受益于新能源汽車和光伏、風電等新能源發電領域需求的大幅增長，我國 IGBT 市場規模持續增長，我 們預計 2025 年國内 IGBT 市場規模将增加至 592 億元，2020 到 2025 年複合增速 CAGR 為 27%。從需求結構進 行分析，2018 年國内 IGBT 需求占比最大的領域是新能源汽車，占比為 31%，緊随其後的是消費電子和工業控 制，市場規模占比分别為 27%和 20%。
2、新能源汽車銷售快速增長，帶動國内 IGBT 廠商崛起
根據中汽協的統計，2021 年預計中國新能源汽車銷量将達到 340 萬輛，相較于 2020 年 137 萬輛新能源汽 車的銷售，同比大增 148%。根據産業鍊調研，我們預計 2021 年國産廠商配套的新能源汽車占比提升，其中斯 達半導體配套汽車輛為 50 萬套，占比 15%，比亞迪半導體主要配套同一集團旗下的比亞迪車型，根據公司 2020 年産能為 40 萬套預計在車載 IGBT 市場占比 12%，随着中車時代電氣一期産能的滿産，預計配套電動車約 24 萬輛占比 7%，特斯拉銷售預估在國内銷售量為 40 萬，占比 12%，特斯拉的車型主要意法半導體供應 SiC 作為 逆變器的核心器件，英飛淩作為國内車載 IGBT 龍頭廠商預計繼續保持接近 50%的市占率，其他德國和日本的 廠商供應占比約為 13%。
2021 年 10 月開始，全球汽車領域缺芯情況逐漸緩解，我們預計 2022 年國内新能源汽車銷量有望超過 500 萬輛達到 550 萬輛，同比成長 62%。通過我們的産業鍊跟蹤與調研，國内廠商 IGBT 産線在 2021 年底相繼投入 量産，預計 2022 年國内車載 IGBT 晶片市場格局将發生較大的變化。首先是市占率提升最明顯的預計是中車時 代電氣，由于公司月産能 2 萬片的 8 寸線在 2021 年底已經投産，滿産能夠供應 200 萬輛新能源汽車所需的 IGBT 子產品，拉平全年預估公司車載 IGBT 配套的汽車為 106 萬輛，市占率從 7%提升至 19%，其次是士蘭微由于 12 寸 IGBT 産線投産，預計明年有望配套 20 萬輛左右電動車，市占率達到 4%。美國安森美預計在 2022 年配套約 20 萬輛左右的電動車，市占率預計為 4%。比亞迪和意法半導體的市占率預計将保持穩定，斯達和英飛淩的占 比将出現下滑。
3、IGBT 國産替代加速進行，2025 年市場空間将 500-600 億
從投資功率半導體的角度，我們更看好的是 IGBT 領域的布局，一方面 MOSFET 的技術相對成熟，另一方面就是電車的增量功率需求也主要是 IGBT。2019 年到-2020年國内新能源汽車銷售規模為 120-130 萬台，增速 相對平穩，2021年國内新能源汽車銷量達到 340 萬台，按照單車功率半導體價值為 3000 元計算，對應約 102 億左右的車載 IGBT 市場規模。預計到 2025年國内新能源汽車銷售量将達到 1000 萬台左右，對應需求空間約 為 300 億左右（不考慮 SiC 對于 IGBT 的替代）。
光伏市場今年按照 200GW 的裝機量測算，預計市場規模為 50億人民币左右，預計 2025年光伏逆變器裝機量将達到 400GW 左右，對應市場需求将達到 110 億人民币。存量 市場主要是工業，家電和燃油車領域用到的 IGBT 需求，預計 2021 年市場規模約為 150 億，工控領域占比較高， 預計為 100 億人民币，如果未來 5年工控領域帶動存量的IGBT 市場按照每年 5%左右的複合增速成長，預計 2025 年将達到 182 億人民币。綜合存量市場的工業和家電需求，加上高速增長的車載和光伏對于功率半導體的需求 大幅增長，預計到 2025年國内功率半導體市場規模将達到 592.3 億元。2021 年車用 IGBT 才 60 億規模，光伏 逆變器用 IGBT50 億規模，樂觀來看，車用 IGBT 增長空間還有 5 倍，光伏還有 2 倍，合計還有四倍的增長空間。
（三）IDM 模式最終勝出，産業鍊各個環節的競争力綜合展現
IGBT 下遊的需求主要集中在汽車、工業控制和家電等領域，不同于 MOSFET 多以分立器件形式應用為主， IGBT 則以更常見的形式如 IGBT 子產品和 IPM 子產品廣泛應用于汽車和家電終端産品，尤其是汽車工業在歐洲、 日本和美國更為發達，是以 IGBT 晶片市場主要被德國英飛淩，日本羅姆、三菱以及美系大廠安森美和 ST 意法 半導體等廠商控制。由于 IGBT 晶片從晶圓生産到晶片封測以及子產品封裝一般都是采用 IDM 模式，是以 IGBT 子產品供應商也主要由晶片廠商提供。IGBT 子產品是電動汽車逆變器的核心元器件，是以博世、電裝、德爾福等 Tier1 汽車零部件內建廠商會采購 IGBT 子產品生産電驅系統供給下遊的汽車主機廠，此外也有部分國内的主機廠 如長城汽車、長安汽車、奇瑞和蔚來自主生産逆變器。
國内電動車銷量占據全球電動車市場的半壁江山，但是由于疫情影響，歐美 IGBT 大廠海外工廠産能利用 率較低，英飛淩車載 IGBT 平均交期在一年以上，國内汽車主機廠由于缺芯影響嚴重制約汽車銷售。國内自主 品牌廠商作為電動車的主力軍，率先導入國産 IGBT 晶片産品，這給了國産 IGBT 晶片崛起的曆史性機遇。
比亞迪作為國内電動車的龍頭企業，旗下比亞迪半導體在 2008 年收購甯波中玮的 IDM 晶圓廠開始進入 IGBT 晶片産業鍊，2012 年導入比亞迪電動車，2015 年自研 IGBT 開始上量，2020 年甯波産線具備 40 萬 套電動車 IGBT 子產品的配套能力，2021 年收購濟南富能 8 寸産線，新增年産能可配套新能源汽車需求約 90 萬輛，合計配套 130 萬量。
中車時代電氣是國内軌交、電網高壓 IGBT 晶片龍頭廠商，2012 年收購英國的丹尼克斯開始進入 IGBT 芯 片的生産與研發。2017 年開始從 6500V、7500V 高壓領域擴充至 650V、750V 和 1200V 的車規級 IGBT 模 塊市場，2018 年開始導入大巴車、物流車和 A00 級車，2019-2021 年晶片設計改版後已經成為國内首家突 破 A 級車 IGBT 晶片的廠商，同時與彙川等 Tier1 廠商也保持緊密合作。公司此前有一條月産能為 1 萬片 的 8 英寸産線，2021 年底二期月産能為 2 萬片的 8 寸線投産，預計可以配套約 200 萬輛新能源車 IGBT 模 塊，憑借 IDM 廠商的産能優勢有望在 2022 年獲得車載 IGBT 晶片較大的市場佔有率。
斯達半導 2008 年開始進入 IGBT 晶片市場，最開始也從英飛淩購買晶片，2015 年出現了切入 IGBT 晶片生 産的機會，2015 年英飛淩收購 IR（International Rectifier）将其晶片研發團隊解散，該團隊成為了斯達半導 體晶片研發團隊，2016 年開始推廣自己的晶片，目前公司産品已經在大巴車、物流車和 A00 級電動車上有 所應用，2020 年公司生産的車載 IGBT 子產品配套約 20 萬輛新能源車，預計 2021 年配套車輛将增加至 50 萬套。
士蘭微在家電領域的 IPM 子產品出貨量優勢明顯，2020 年 IPM 子產品出貨量約 1800 萬顆，2021 年上半年出貨 量大增 150%，已經占全球 10%的出貨量，公司從家電切入車載 IGBT 領域，目前已經有 A00 級别客戶如 零跑和菱電開始采用士蘭微的車載 IGBT 子產品。由于公司 IDM 的模式，産品疊代非常快，疊代一版産品曆 時隻有 3 個月，而 Fabless 廠商則需要 6 個月以上。目前士蘭微的 A 級車 750V 子產品性能處于行業領先，輸 出功率可以達到 160kw-180Kw，公司 12 寸的晶圓廠已經投産，預計年底可實作月産能 3.5 萬片的産能目标。
（四）IGBT 供給緊平衡，2022 年産業進入爆發期
我們認為 2022 年國内 IGBT 産業進入爆發期，國産 IGBT 廠商在車載 IGBT 領域的替代程序會加速。一方 面國内新能源汽車 2022 年銷量預期都比較樂觀，市場預期平均增速在 50%以上，但是國外 IGBT 晶片廠商如英 飛淩和安森美等大廠的交期平均都在一年以上，同時海外如歐洲和美國的電動車市場也開始進入高速增長期， 這些國際大廠會優先保障本土供應。在供需偏緊的情況下，國産 IGBT 廠商對于國内電動車主機廠而言成為了 最重要的晶片供應保障，而且時代電氣、士蘭微和華虹半導體等廠商的 IGBT 産能已經在 2021 年底相繼投産， 有望成為 IGBT 晶片國産化最受益的廠商。對于國内的 IGBT 廠商而言，最受益的廠商還是以 IDM 模式為主的 廠商，如比亞迪半導體，時代電氣和士蘭微。
我們認為市場對于 IGBT 晶片供給大幅開出以後導緻 IGBT 晶片市場競争加劇的擔憂大可不必，我們梳理 了國内明年新增的 IGBT 産能，如果拉平 2022 年全年的 IGBT 供應增量，預計為 5.04 萬片/月，如果考慮良率 等問題，預計實際産能不足 4 萬片/月，對于明年 200 萬輛電動車的 IGBT 晶片消耗量就達到 2-3 萬片/月，如果 再考慮光伏和風電等領域用到的 IGBT 晶片，預計産能供應相對偏緊張。
三、碳化矽新世界：襯底成為産業鍊最重要的環節
（一）碳化矽器件優良性能帶來全新替代需求
1、SiC 與 IGBT 性能對比
相同規格的碳化矽基 MOSFET 和矽基 MOSFET 相比，導通電阻降低為 1/200，尺寸減小為 1/10；相同規格的 使用碳化矽基 MOSFET 的逆變器和使用矽基 IGBT 相比，總能量損失小于 1/4。由于碳化矽器件具備的上述優 越性能，可以滿足電力電子技術對高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射等惡劣工作條件的新要求，進而成為半 導體材料領域最具前景的材料之一。具體對比如下：
能量損耗低。SiC 子產品的開關損耗和導通損耗顯著低于同等 IGBT 子產品，且随着開關頻率的提高，與 IGBT 子產品的損耗差越大，SiC 子產品在降低損耗的同時可以實作高速開關，有助于降低電池用量，提高續航裡程，解 決新能源汽車痛點。
更小的封裝尺寸。SiC 器件具備更小的能量損耗，能夠提供較高的電流密度。在相同功率等級下，碳化矽 功率子產品的體積顯著小于矽基子產品，有助于提升系統的功率密度。
實作高頻開關。SiC 材料的電子飽和漂移速率是 Si 的 2 倍，有助于提升器件的工作頻率；高臨界擊穿 電場的特性使其能夠将 MOSFET 帶入高壓領域，克服 IGBT 在開關過程中的拖尾電流問題，降低開關損耗和 整車能耗，減少無源器件如電容、電感等的使用，進而減少系統體積和重量。
耐高溫、散熱能力強。SiC 的禁帶寬度、熱導率約是 Si 的 3 倍，可承受溫度更高，高熱導率也将帶來功率密度的提升和熱量的更易釋放，冷卻部件可小型化，有利于系統的小型化和輕量化。（報告來源：未來智庫）
2、碳化矽器件得需求測算：電車和工業
SiC 器件使用第三代半導體材料碳化矽作為襯底，與同規格矽基器件相比，SiC 器件效率及耐溫性更高，可 顯著降低能耗，提高功率密度，減小體積，是下一代新能源汽車電機驅動控制系統的理想器件，能進一步提高 新能源汽車的續航裡程、百公裡加速能力和最高時速。特斯拉的 Model3 的主驅動逆變器采用了 24 個 SiC MOSFET，每個子產品有 2 個 SiC 裸晶(Die)共 48 顆 SiC MOSFET，總成本約為 5000 元。比亞迪漢後驅三相橋 6 橋臂采用了 30 個 SiC MOS 子產品，總成本 7000 元。2021 年釋出的新款車型中，蔚來 ET，小鵬的 G9，廣汽埃安 的 LX 和長城的機甲龍均采用 800v 平台，從 400V 提升到 800V，一個系統用到 30-50 個 SiC 晶片，2 套驅動系 統的晶片量會增長更多。
新能源汽車系統架構中涉及到功率半導體應用的元件包括：電機驅動系統、車載充電系統（OBC）、電源轉換系統（車載 DC/DC）和非車載充電樁。碳化矽功率器件應用于電機驅動系統中的主逆變器，能夠顯著降低電 力電子系統的體積、重量和成本，提高功率密度。Wolfspeed 預計 2026 年車載 SiC 市場規模将從 2022 年的 16 億美元增加至 2026 年的 46 億美元。
除了新能源汽車領域，光伏發電、軌道交通、智能電網以及射頻器件都可以采用 SiC 器件替代 IGBT 作為 電子電子控制器件。使用碳化矽 MOSFET 或碳化矽 MOSFET 與碳化矽 SBD 結合的功率子產品的光伏逆變器，轉 換效率可從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，裝置循環壽命提升 50 倍，預計在組串式和集中式 光伏逆變器中，碳化矽産品預計會逐漸替代矽基器件。将碳化矽器件應用于軌道交通牽引變流器，能極大發揮 碳化矽器件高溫、高頻和低損耗特性，提高牽引變流器裝置效率。預計工業領域的 SiC 器件市場規模預計從 2022 年的 6 億美金增加至 14 億美金。
3、功率半導體廠商紛紛釋出碳化矽産品
比亞迪：比亞迪在 2020 年釋出的比亞迪漢純電動高性能四驅版成為國内首款采用自研 SiC 子產品的車型，功 率密度提升了一倍，其 SiC 晶片采購自國外廠商。比亞迪半導體碳化矽 SiC 功率子產品是一款三相全橋拓撲結構 的灌封全碳化矽功率子產品，主要應用于新能源汽車電機驅動控制器，是全球首家、國内唯一實作在電機驅動控 制器中大批量裝車的 SiC 三相全橋子產品。根據公司公告顯示，2020 年 SiC 子產品銷售收入為 1.42 億元，按照單價 1577 元測算，預計 2020 年銷售碳化矽子產品 9 萬個，2021 年上半年銷售收入達到 1.14 億元，按照 1069 元單價 計算，2021 年上半年銷售碳化矽子產品為 10 萬個，預計全年銷量将超過 20 萬個。
華潤微：本土功率半導體龍頭廠商華潤微在 2020 年 7 月份釋出 SiC 二極管産品，2021 年實作小批量供貨。2021 年 12 月 17 日，公司又宣布推出 1200V SiC MOSFET 新品，采用 Wolf Speed 的襯底，實作了碳化矽晶片的 國産化。華潤微自主研發量産的新品 SiC MOS 單管，具有栅氧可靠性好、高電流密度、高開關速度、工業級可 靠性、Ron 随溫度變化小等優勢，主要應用于新能源汽車 OBC、充電樁、工業電源、光伏逆變、風力發電等領 域。
時代電氣：從軌交和電網高壓 IGBT 切入新能源汽車功率半導體的時代電氣在 2021 年底釋出了國内首款基 于自主碳化矽晶片的大功率電驅産品- C- Power 220s。公司的 SiC MOSFET 晶片已經發展了 4 個代次，從第三代開始面向車規級應用，目前已經推出的 1200V/600A 的 SiC MOSFET 子產品 S3 能夠滿足 120KW～200KW 功率 等級電驅需求，在 190KW 高輸出功率條件下，逆變總損耗可以比矽基 IGBT 降低 54%，逆變效率從 97.%提升 至 98.77%。
（二）碳化矽産業鍊之咽喉：襯底
1、襯底行業概況：分類，産業鍊環節，價值量分布
SiC 襯底的原材料為高純碳粉和高純矽粉，在 2,000℃以上的高溫條件下通過特定反應合成碳化矽粉。在特 殊溫場下，采用成熟的實體氣相傳輸法（PVT 法）生長不同尺寸的碳化矽晶錠，經過多道加工工序産出碳化矽 襯底。根據下遊終端的應用不同可以分為導電型和半絕緣型兩類，導電型碳化矽襯底主要應用于制造功率器件， 與傳統矽功率器件制作工藝不同，碳化矽功率器件不能直接制作在碳化矽襯底上，需在導電型襯底上生長碳化 矽外延層得到碳化矽外延片，并在外延層上制造各類功率器件。半絕緣型碳化矽襯底主要應用于制造氮化镓射 頻器件。通過在半絕緣型碳化矽襯底上生長氮化镓外延層，制得碳化矽基氮化镓外延片，可進一步制成氮化镓 射頻器件。
在半導體應用中，SiC 主要用于電力電子器件的制造。從 SiC 器件制造流程順序來看，SiC 器件的制造成本 中，SiC 襯底成本占比 50%，SiC 外延的成本占比 25%，這兩大工序是 SiC 器件的重要組成部分。根據立昂微和 滬矽産業披露的招股書，一片 8 寸的矽外延片為 250 元左右，一片 12 寸的矽外延片為 300-400 元左右，而天科 合達和天嶽先進披露的 6 寸導電型 SiC 襯底和 4 寸半絕緣 SiC 襯底分别為 3000 元和 8000-9000 元，全球龍頭 Wolfspeed 的 6 寸導電型 SiC 襯底價格高達 6000 元以上，如果完成外延加工估計達到 8000 元左右。
SiC 器件成本高的一大原因就是 SiC 襯底制造困難，與傳統的單晶矽使用提拉法制備不同，目前規模化生 長 SiC 單晶主要采用實體氣相輸運法（PVT）或籽晶的升華法。這也就帶來了 SiC 晶體制備的兩個難點：
1、生長條件苛刻，需要在高溫下進行。一般而言，SiC 氣相生長溫度在 2300℃以上，壓力 350MPa，而 矽僅需 1600℃左右。高溫對裝置和工藝控制帶來了極高的要求，生産過程幾乎是黑箱操作難以觀測。如果溫度 和壓力控制稍有失誤，則會導緻生長數天的産品失敗。
2、生長速度慢。PVT 法生長 SiC 的速度緩慢，7 天才能生長 2cm 左右。而矽棒拉晶 2-3 天即可拉出約 2m 長的 8 英寸矽棒。
此外 SiC 器件制造必須要經過外延步驟，外延品質對器件性能影響很大。SiC 基器件與傳統的矽器件不同， SiC 襯底的品質和表面特性不能滿足直接制造器件的要求，是以在制造大功率和高壓高頻器件時，不能直接在 SiC 襯底上制作器件，而必須在單晶襯底上額外沉積一層高品質的外延材料，并在外延層上制造各類器件，目 前效率也比較低。另外 SiC 的氣相同質外延一般要在 1500℃以上的高溫下進行。由于有升華的問題，溫度不能 太高，一般不能超過 1800℃，因而生長速率較低。
2、市場格局
全球碳化矽襯底市場主要由美國和歐洲廠商控制，根據 Yole 的統計，2018 年導電型碳化矽襯底市場中 CREE 占比為 62%，美國半導體材料大廠Ⅱ-Ⅵ市占率為 16%，國内廠商天科合達和山東天嶽占比僅為 1.7%和 0.5%。半絕緣型襯底市場中 Wolf speed 市占率從 2019 年的 41%下滑至 32%，Ⅱ-Ⅵ半導體市占率從 2019 年的 27%上升 至 35%，兩大龍頭合計占據近 70%的市場。山東天嶽以半絕緣型襯底産品為主，2020 年市占率達到 30%，根絕 公司招股書披露 2020 年公司半絕緣型襯底 3.47 億元營收測算，全球半絕緣型碳化矽市場規模僅為 12 億元人民 币。2020 年 Wolf-Speed 營收為 4.71 億美元，剔除 0.59 億美元半絕緣型襯底的營收，預計導電型碳化矽襯底營 收規模約為 4.12 億美元，假設 Wolfspeed 市占率在 2020 年接近 50%，合計導電型碳化矽襯底市場規模約為 8.24 億美元。綜合來看，2020 年全球碳化矽襯底市場約為 10 億美元，2021 年 Wolfspeed 營收增長 12%，預計 2021 年全球碳化矽襯底銷售規模增至 11.3 億美元。
在功率半導體晶片市場，尤其是 IGBT 晶片市場的競争已經從晶片設計延伸至中遊的制造和下遊的子產品封 裝領域，然而進入到碳化矽時代，我們認為碳化矽功率半導體的競争已經從晶片設計、中遊制造和下遊封裝進 一步向産業鍊上遊的襯底和外延環節擴張。國際大廠很早就意識到了碳化矽之争的關鍵就在對于襯底資源的控制權，早在 2009年日本羅姆就通過收購德國 SiC 襯底和外延片供應商 SiCrystal 實作了 SiC 器件研發的實質性 突破。2018年英飛淩收購了德國碳化矽晶圓切割領域的新銳公司 Siltectra，通過收購獲得了一種稱為“冷分裂 （Cold Split）”的材料切割技術，借助這種專有工藝可以高品質低成本的加工晶圓和對晶圓進行減薄，尤其是對 于碳化矽這種超高硬度材料的切割優勢非常明顯。
2019 年 12 月，意法半導體以1.375億美元現金從三安廣電手中購得了瑞典 SiC 襯底和外延片制造商 Norstel AB，獲得了 6 英寸 SiC 襯底和外延片的生産制造能力。2021 年 11 月 1日，安森美宣布耗資 4.15 億美元對于美國碳化矽生産商 GTAT 的收購，通過外延收購襯底資産可以幫助 安森美減少對于 Wolfspeed 的原材料依賴。時至今日，功率半導體大廠基本上對于襯底資源的搶奪戰已經告一 段落，國内企業隻有三安光電在這場襯底資源争奪戰中有所斬獲，曾轉移了部分 Norstel AB 的專利到國内，才 得以完成國内首條從襯底、外延到器件的長沙 6 寸 IDM 産線。
（三）國内襯底産業鍊梳理
1、國内襯底廠商對比
國内供應碳化矽襯底主要廠商包括山東天嶽、天科合達、三安光電、山西爍科與河北同光五家，目前在國 内市場銷售規模排在前三位的是山東天嶽，山西爍科和天科合達。根據公開資料顯示，銷售規模排在前三位的 碳化矽襯底銷售額分别為 3.5 億（2020 年），3 億左右（2020 年），1.55 億（2019 年）。對比未來五家襯底産能 規劃，2025 年産能最大的廠商是河北同光，預計月産能達到 5.83 萬片，年産能達到 70 萬片，滿産後産值為 45-60 億元。排在第二位的是三安光電，廈門三安和湖南三安兩地合計碳化矽襯底産能在 2025 年将達到 4.2 萬片/月， 山東天嶽的碳化矽襯底月産能在 2025 年底将達到 3.5 萬片緊随其後，其中 2.5 萬片為導電型襯底，占公司總産 能比達到 71.4%。
四、功率半導體行業重點公司分析
聞泰科技：
聞泰科技在 2018 年通過實施重大資産重組收購了全球功率半導體分立器件全球領先廠商安世半導體，2019 年底完成了對于安世半導體股權的交割，公司業務從原來的智能手機 ODM 切入了功率半導體賽道。2020 年半 導體業務實作營收 98.9 億，上半年海外工廠受到疫情影響較大，下半年三季度開始随着居家隔離和線上辦公帶 來的新需求進入恢複性增長。受益于電動車、PC 和伺服器的強勁需求，進入 2021 年功率半導體需求持續增長， 但是全球疫情影響海外廠商供給嚴重不足，公司産品從年初以來實施了分批次漲價，第一季度漲價幅度超過 10%。截止 2021 年上半年，公司半導體産品毛利率從 2020 年的 27.2%大幅增長至 35.1%，預計公司功率半導體業務營 收在 2021 年有望實作超過 50%以上的增長達到 152 億元，淨利潤達到 28 億，成為國内廠商中功率半導體營收 規模排名第一的企業。
1、 MOS 産品結構優化，從低壓向高壓更新：目前公司功率半導體産品以 100V 及以下低壓分立器件為主，如 小信号分立器件、功率分立器件、ESD 保護器件，以及模拟與邏輯 IC 等産品，其中 45%的收入來自汽車領 域，移動和可穿戴裝置占比 22%，工業領域占比為 22%。在“雙碳”政策的持續推動下，電動車和新能源 發電領域對于功率半導體的需求出現爆發式增長，尤其是中高壓的産品如 SGT-MOSFET 和 SJ-MOSFET 需 求大幅增加，公司相應的也推出了 200V 以上的中高壓 Mosfet 産品，預計未來公司的産品結構有望進一步 優化。
2、 并購 Newport，發力 IGBT市場和 SiC全新賽道：2021年上半年安世半導體收購英國的晶圓生産商Newport， 将公司以 MOSFET 和二極管、三極管等低壓功率半導體産品線進一步擴充至中高壓 IGBT 晶片。根據 Newport 官網資料顯示，目前 Newport Wafer Fab 目前月産能為 3.2 萬片 8 寸晶圓，IGBT 産能為 1000 片/月， 未來預計将 IGBT 産能進一步擴充至 4000 片/月。IGBT 是電動車電驅逆變器和光伏逆變器的最核心功率器 件，而且 SiC SBD 和 SiC MOSFET 憑借超低導通阻抗在電動車和光伏發電領域的應用滲透率也在逐漸提升， 公司自己研發的 SiC 二極管産品已經推出，SiC MOSFET 産品預計 2023 年推出。
3、 臨港産能逐漸釋放構築長期成長驅動力：為了保障公司半導體業務的長期成長潛力，抓住車規半導體爆發的市場需求，公司在上海臨港投資 120 億元，建設年産能 60 萬片的 12 寸晶圓廠，滿産後将新增近 6 億美 元産值。公司計劃通過 10 年時間推動安世半導體産值做到超過 100 億美元，進一步強化安世半導體的全球 競争力，預計公司未來 30%的産能複合增速将為長期成長提供保障。（報告來源：未來智庫）
時代電氣：
時代電氣在 2021 年 9 月初登陸科創闆，主營業務按照下遊行業可以分為軌道交通，新能源汽車和工業三大 闆塊，其中軌道交通裝備産品主要為機車、動車和城軌的牽引變流系統，可以了解為“高鐵的電驅系統”，通過 将電網電壓轉換為頻率可控的三相交流電驅動電機實作牽引列車運作的功能。随着國内軌道交通投資增速放緩， 公司憑借在軌交領域積累的系統內建能力與核心功率半導體器件 IGBT 的研發能力切入需求爆發式增長的新能 源汽車和光伏、風電等工業領域。目前公司一方面能夠提供新能源汽車的電驅系統和光伏逆變器以及風電變流 器等系統産品，另一方面公司從應用于軌交和電網的高壓 IGBT 産品擴充至電動車逆變器所需的 650V 和 750V 的中高壓 IGBT 子產品，實作了從軌道交通切入新能源的新成長階段。
1、新基建需求拉動成長，軌交業務觸底回升：今年前三季度受到國鐵集團鐵路裝備投資減少和新冠疫情影 響，公司軌道交通業務錄得營收 68.34 億元，同比下降了 17.75%，實作歸母淨利潤 12.02 億元，同比下降近兩 成。2022 年我國進入十四五規劃的第二年，國家經濟穩字當頭，高鐵、地鐵作為新基建的排頭兵，尤其是粵港 澳大灣區在軌交領域投資提速，有望帶動公司軌交裝備業務實作企穩回升。
2、新能源成為公司第二成長曲線，功率半導體大放異彩：公司是國内首家突破 A 級車型 IGBT 子產品的供應 商，目前已經進入包括理想、小鵬、廣汽、東風以及一汽等在内的造車新勢力和央企主機廠供應鍊。目前公司 有兩條 8 寸 IGBT 産線，其中一期産能為 1 萬片/月，主要供應軌交、電網和新能源汽車領域的 IGBT 晶片，二 期産能已經在 2021 年底投産，産能翻倍達到 2 萬片/月，建立産能主要針對汽車和光伏等新能源領域，如果全 部供應新能源汽車，滿産可以配套 200 萬輛新能源汽車的需求。此外公司生産的 IGBT 也對内配套新能源汽車 電驅系統、光伏逆變器和風電變流器的需求，目前可電驅配套産能達到 40 萬套/年。在面對海外廠商 IGBT 供應 不足而國内電動車和光伏領域需求激增的背景下，自建的 IDM 産能将助力公司成為 IGBT 晶片國産化龍頭。
3、碳化矽電驅新平台釋出，為長期成長蓄勢：2021 年底公司釋出了國内首款基于自主碳化矽大功率電驅 産品- C- Power 220s，此前公司推出了 1200V 的 SiC MOSFET 子產品 S3，能夠滿足 120KW-200KW 功率等級電驅需求，采用 pinfin 直接水冷，提高散熱效率，在高輸出功率條件下，SiC 器件的損耗比 IGBT 降低 54%。目前公 司已經建有一條年産能為 1 萬片的 SiC 功率器件的中試線，預計滿産能夠實作 2 億元左右的産值，同時公司也 在積極規劃新的碳化矽産線，預計未來公司的碳化矽子產品将率先導入車規級客戶，實作再次對于國外廠商的全 面替代，為公司的長期成長提供動能。
天嶽先進：
天嶽先進是國内碳化矽襯底龍頭廠商，根據招股書披露，目前公司 SiC 襯底産品以 4 英寸半絕緣襯底為主， 在主營業務 SiC 襯底營收中占比超過 99%，導電型碳化矽襯底體量還非常小。半絕緣 SiC 襯底主要應用于制造 氮化镓射頻器件，通過在半絕緣型碳化矽襯底上生長氮化镓外延層，制得碳化矽基氮化镓外延片，可進一步制 成氮化镓射頻器件。導電型碳化矽襯底主要應用于制造功率器件， 需在導電型襯底上生長碳化矽外延層得到碳 化矽外延片，并在外延層上制造各類功率器件。
參考公司 2021 年前三季度營收進行估算，預計公司 2021 年全年營收超過 5 億元，同比增長 21%，營收大 幅增長主要來自銷量的推動，産品單價在 2021 年略有下降。公司産銷率将從 2020 年的 81.8%提升約 10 個百分 點，達到 2021 年的 92.1%，預計全年 SiC 襯底出貨量達到 5.18 萬片，同比增長 33%。從産品價格方面分析，可 以發現近三年半絕緣型襯底價格處于下降趨勢，2020 年和 2021 年分别下降 11%和 15%左右。對比天科合達的 招股書披露的 4 英寸導電型襯底價格，導電型襯底價格隻有半絕緣襯底的 1/3，價格波動也比較大，2019 年下 降之後在 2020 年還有 30%以上的漲幅。
1、公司在半絕緣領域具有全球競争優勢：根據 Yole 的統計，2020 年公司的半絕緣型 SiC 襯底銷售規模在 全球領域市占率為 30%，相較于 2019 年提升約 8 個百分點。排名前兩位的 Wolf Speed 和Ⅱ-Ⅵ在 2020 年市占率 分别為 32%和 35%，可以看出公司在半絕緣襯底領域的占比與國外龍頭相差無幾。碳化矽基氮化镓射頻器件具 有良好的導熱性能、高頻率、高功率等優勢，是迄今為止最為理想的微波射頻器件，是以成為 4G/5G 移動通 訊系統、新一代有源相控陣雷達等系統的核心微波射頻器件。Yole 預計到 2025 年氮化镓射器件有望替代大部分 矽基 LDMOS 份額，占據射頻器件市場約 50%的份額，銷售規模達到 20 億美元，期間 CAGR 達到 18%，半 絕緣型碳化矽襯底的需求量有望是以獲益而持續增長。
2、投資 25 億擴産導電型襯底，打開全新成長空間：在半絕緣型襯底公司已經成為全球領先廠商，此次公司 IPO 的募投項目是投資 25 億在臨港建設新的碳化矽襯底工廠，預計 2022 年 Q3 投産，一期達産後 6 寸導電 型 SiC 襯底産能将達到 30 萬片/年，按照目前 5000 元/片價格測算，預計臨港工廠一期産值将達到 15 億元，為 公司未來幾年的持續成長提供産能保障。碳化矽功率器件是中高壓領域 IGBT 和 SJ-MOS 的完美的替代材料， wolfspeed預測，碳化矽功率器件市場規模将從2022年的22億美元增長至2026年的60億美元，CAGR達到29%， 如果完全替代占功率半導體市場 80%的 400V 以上高壓功率器件，遠期替代空間超過 400 億美元，是以在碳化 矽功率器件産業鍊價值量最大的襯底将是最受益的環節。