功率半导体行业深度报告-八大维度解析：功率公司碳化硅／IGBT／分立器件哪家强？

证券研究报告行业深度报告 八大维度解析：功率公司碳化硅/IGBT/分立器件哪家强？ ——功率半导体行业深度报告 长城证券研究院科技首席：唐泓翼执业证书编号：S10705211200012022.09.28 一张图看懂功率半导体全景梳理 光电子 半导体分类 传感器 434亿美元 低压（20V-50V） 中压（50V-500V） 高压（500V以上） 产业链 市场规模：136亿美元 二极管 晶闸管 BJT MOSFET IGBT SiC器件 GaN器件 33亿美元 3亿美元 5亿美元 78亿美元 14亿美元 2亿美元 1亿美元 TVSSBDFRD SCR GTR LDMOSSJSGT Trench SBDDMOS HEMT TRIAC GTO FSIGBT7 上游原材料 SiSiCGaN 929亿美元 D-O-S 分立器件 半5559 导亿美元 191亿美元 分立元 器件 模拟IC 303亿美元 +3% 5 功率芯片制造 集成电路 IC 体 4630亿美元 741亿美元 数字IC 电压基准 PFC控制器等 过压保护欠压保护等 集成开关的多相升降压转换器 V+V+ 76亿美元 34亿美元 50亿美元 40亿美元 其他功率IC 电池管理IC 多通道PMIC 开关稳压器 DC-DC 市场规模：228亿美元 V+V+ 28亿美元 功率 IC 及模块 功率分立器件 3889亿美元 第一代半导体器件 其他模块 市场规模：57亿美元 第三代半导体器件 芯片设计 FablessFabless 晶圆制造 SiC功率模块等 V+V+ 10亿美元 47亿美元 SiC二极管 国外 国内 英飞凌三安光电意法半导体时代电气 三菱电机华润微 IDM 器件/模块封测 二极管 国外 国内 威世扬杰科技罗姆华微电子苏州固锝 线性稳压器 LDO IGBT模块 晶闸管 国外 国内 意法半导体捷捷微电恩智浦华微电子 瑞能半导体 SiCMOSFET 国外 国内 英飞凌华润微 Wolfspeed时代电气 罗姆三安光电 - - 电路搭建 BJT 国外 国内 英飞凌扬杰科技安森美华微电子士兰微 逆变电路 整流电路 直流交流 交流交流 升降压电路 应用领域 低压高压 MOSFET 国外 国内 英飞凌新洁能德州仪器闻泰科技 安森美华润微 发电端电力运输 风电 27亿美元 用电端 功率模块 国外 国内 英飞凌斯达半导安森美时代电气 三菱电机BYD半导 功率IC 国外 国内 英飞凌富满电子 德州仪器芯朋微 意法半导体圣邦微 航空航天 IGBT 国外 国内 英飞凌时代电气 三菱电机士兰微富士电机斯达半导 27亿美元 光伏 高压电力运输 28亿美元 55亿美元 工业应用通信应用 下游应用 国外 国内 特斯拉华为宝马格力蔚来 电动汽车及交通 108亿美元 176亿美元 消费电子 数据来源：WSTS，Yole，KBVResearch，长城证券研究院整理 注：图中所示市场规模均为2021年预测数据2 产业链环 节 市场规模 一级分类 市场规模 二级分类 市场规模 三级分类 市场规模 全球主要厂家 国内主要厂家 功率芯片制造 421 功率分立器件 136 第一代半导体器件 133 二极管 33 威世、罗姆 扬杰科技、苏州固锝、华微电子、华润微、瑞能半导体、银河微电、东微半导、士兰微、捷捷微电 晶闸管 3 意法半导体、恩智浦 捷捷微电、华微电子、瑞能半导体、台基股份 BJT 5 英飞凌、安森美 华润微、瑞能半导体、银河微电、士兰微 MOSFET 78 英飞凌、德州仪器、安森美、意法半导体、罗姆、东芝、恩智浦、威世、瑞萨 士兰微、华微电子、新洁能、闻泰科技、华润微、东微半导 IGBT 14 英飞凌、三菱电机、富士电机、Semikron、日立、安森美、威科、ABB 比亚迪半导体、士兰微、华微电子、时代电气、斯达半导、华润微、宏微科技、新洁能 第三代半导体器件 3 SiC分立器件 2 Cree、罗姆、英飞凌、STM 三安光电、BYD半导、斯达半导、华润微、士兰微、时代电气、瑞能半导体 GaN分立器件 1 Cree、Nitronex、东芝 士兰微、华润微、闻泰科技 功率模块 57 IGBT模块 47 英飞凌、Semikron、富士电机、三菱电机 斯达半导、BYD半导、时代电气、宏微科技、华微电子、台基股份 SiC模块 6 英飞凌、罗姆、三菱电机 BYD半导、斯达半导、时代电气 其他 4 英飞凌、Semikron、三菱电机 士兰微、华微电子 功率IC 228 多通道PMIC 50 英飞凌、德州仪器、瑞萨、MPS 圣邦微、矽力杰 DC-DC开关稳 压器 40 英飞凌、德州仪器、意法半导体、安森美、MPS 矽力杰、圣邦微 电池管理IC 34 英飞凌、德州仪器、罗姆、瑞萨、MPS 矽力杰、圣邦微 线性稳压器 28 德州仪器、ADI、英飞凌、意法半导体、MPS 圣邦微、矽力杰、芯朋微、力芯微 其他 76 英飞凌、德州仪器、意法半导体、安森美、MPS 圣邦微、矽力杰 下游应用 421 消费电子电动汽车与交通工业 信息与通信技术国防与航空航天 其他 176 索尼、Apple、戴尔、三星、LG 小米、VIVO、OPPO、联想、美的、格力、海尔 108 特斯拉、宝马、奔驰 蔚来、小鹏、比亚迪、理想 55 西门子、ABB、艾默生、罗克韦尔、施耐德、GE 汇川技术、英威腾 27 爱立信、三星 华为、中兴、移动、联通、电信、TP-LINK 28 波音 中国航天、中国商飞 27 Nodex、EurusEnergy、FirstSolar 天合光能 目录CONTENTS 功率半导体趋势：围绕性能升级，向更高频高压领域进发 01●功率半导体分类：功率分立器件+功率模块+功率IC ●市场结构化演变，转向高频高压领域：二极管、三极管、晶闸管→主流的MOSFET、IGBT ●行业未来发展趋势：（1）内部结构迭代升级；（2）功能模块集成度升级；（3）宽禁带材料替代突破硅限 02 公司横向对比：各有千秋，时代、斯达、BYD产品优势凸显 ●产品线布局的广度：闻泰科技、华润微布局最全（覆盖80%），士兰微其次（覆盖73%）；第三代半导体器件布局趋向全面，九成以上公司布局SiC赛道。 ●产品技术深度：IGBT：斯达、时代、BYD、士兰微对标国际英飞凌最新Gen.7；SiC：斯达、时代、BYD领先车规级SiC模块；GaN：闻泰、三安、华润微领先8英寸硅基GaN器件。 ●产品议价能力：时代、BYD、斯达以IGBT模块产品均价高于百元量级，其他公司均价个位数；一些公司在第三代半导体价格端优势显现：泰科天润SiC二极管均价两位数，安世GaN晶体管均价上百元，斯达SiCMOSFET模块均价高达几千元。 ●实际经营情况：(1)闻泰科技体量最大，营收达138亿元；(2)东微半导人均创收1043万元，管理效率最高；(3)闻泰科技研发支出最高，高达37亿元；(4)圣邦微PMIC盈利能力最强，毛利率高达53%；(5)闻泰科技、苏州固锝运营能力最强，存货周转天数仅45天、48天。 03 投资建议：IGBT赛道和第三代半导体赛道“龙头低估”&“小而美” ●持续看好半导体国产替代趋势，重点关注IGBT及SiC布局的相关公司。随着车规级IGBT需求驱动以及第三代半导体加速渗透，持续看好IGBT和SiC&GaN布局的“小而美”成长型公司，其中重点关注斯达半导、BYD半导、时代电气等。同时“龙头赛道”具备长期配置价值，重点关注闻泰科技、华润微、士兰微等。 一、功率半导体趋势：围绕性能升级，向更高频高压领域进发 功率半导体分类： 功率分立器件+功率模块+功率IC 早期二极管VS三极管VS晶闸管：开关速度慢，常用于低频领域 主流功率器件MOSFETVSIGBT： 向更高频领域VS向更高压领域；功率器件结构端演进： 器件结构迭代性能升级，工艺复杂度提升 功率器件产品端演进： 功能集成模块化，更适用高压大电流场景功率器件材料端演进： 性能突破硅限，SiC、GaN成未来功率新趋势 功率半导体分类：功率分立器件+功率模块+功率IC ▶功率半导体是电力电子装置实现电能转换、电路控制的核心器件，其主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等。 ▶按器件集成度划分，功率半导体可以分为功率分立器件、功率模块和功率IC三大类。 图：功率半导体分类及市场规模 421亿美元 136亿美元 （占32%） 功率半导体 57亿美元 （占14%） 228亿美元 （占54%） 二极管33亿美元晶体管 功率分立器件 97亿美元 晶闸管 3亿美元 功率模块 第三代半导体3亿美元IGBT模块 47亿美元 其他模块 10亿美元 功率IC 线性稳压器LDO 28亿美元 开关稳压器DC-DC 40亿美元 BJT 5亿美元 MOSFET 78亿美元 IGBT 14亿美元SiC器件2亿美元 GaN器件 1亿美元 多通道PMIC 50亿美元 电池管理IC 34亿美元 其他功率IC 76亿美元 早期二极管VS晶闸管VS三极管：开关速度慢，常用于低频领域 ---- - 0V e发射极 -N--- ---- -----P-- b基极---- ---- -N--- c集电极 饱和电流Ic+3V - ---- N - 0V e发射极 ----- P +1V--- - - - b基极 - - N 大电流 Ic=β·Ib c集电极 +3V 图：三极管BJT原理示意图：导通时需有连续电流供应，可实现电流线性放大 ▶早期开发的功率分立器件二极管、三极管、晶闸管，在结构上都由简单的PN结组成，开关速度慢，常用于低频领域。 （3）饱和状态 Vbe＞Vce时 电流Ie 大电流Ib +5V （2）线性放大状态 Vbe＞0.7V时 电流Ie - - 小电流Ib ►二极管：仅单向导通，是最常见的功率分立器件；晶闸管：可正向触发导通，具备开关特性；三极管：依靠小电流控制开关通断，有线性放大功能。 图：二极管原理示意图：仅可单向导通形成电流 图：晶闸管原理示意图：正向触发导通后，无电流供应仍可保持导通 阳极a PN结导通 （1）正向导通时： +12V -N -- ++ - + + P+ 负极 - --- +++ 正极 -- --- - ++ ++ + + P - + NJ1 导通电流 - - -P- N 阳极a +12V J1 阳极a -12V + P ++++++ -N J1截止 J2截止 --J2 -----J2 二极管导通，形成电流I ++ +++ 0V/-5V （2）反向关断时： 控制极g P+5V --- -- - + J3控制极g ---P ---J3 +5V 控制极g +++P++++ J3截止 N--N-----N--- PN结截止 触发电流-- × 二极管不导通 - - -- N --- --- ++++ +++ P + 正极++ 负极 0V + - 阴极k 导通电流 0V 阴极k 0V 阴极k （1）晶闸管正向阻断 （2）晶闸管触发导通 （3）晶闸管反向阻断 c集电极 +3V ------- -N b基极 截止 +0.1V -------- ++P+++ - -- - N - - Vbe＜0.7V时 0V e发射极 （1）截止状态 图：功率器件性能对比：三者均适合低频领域，开关频率不高，其中二极管最常见，晶闸管适合100-3000V高压场景，三极管适合10-700V中高压场景 类型 可控性 驱动形式 工作电压及频率 特点 应用领域 二极管 不可控型 电流驱动 / 电压电流较小，只能单向导电 电子设备、工业 晶闸管 半控型 电压驱动 100-3000V，＜10kHz 体积小、耐压高，但必需额外设置关断电路 工业、UPS、电焊机、变频器 三极管 全控型 电流驱动 20-1700V，≤20kHz 耐压较高，且导通电阻低，能够放大电流信号，但存在拖