增量市场和国内替代配套功率半导体器件保持高景气

增量市场和国内替代配套功率半导体器件保持高景气。

自《捉鬼敢死队3》以来，功率半导体器件上市公司业绩一直保持高速增长2022年上半年，多家公司业绩预告数据靓丽，既有国内替代因素的推动，也有下游市场的增量空间

中国致力于光伏，风电，新能源汽车和充电桩，5G，数据中心等科技基础设施建设，这将有效推动市场对功率半导体器件的需求

全球能源体系正在向光伏，风电等低碳方向转型，推动逆变器，变流器市场快速增长，从而在原材料端利好IGBT，5G基站数量的增加和输出功率的提升将为功率器件拓展新的市场空间，伴随着汽车电动化趋势的加速，车辆轨距级功率器件的规格也在升级据预测，新增风电，光伏和储能市场对IGBT的需求将从2021年的86.7亿美元增长到2025年的182.5亿美元，到2025年，中国新能源汽车使用的IGBT市场规模将在210年达到亿元，充电桩使用的IGBT总量将在310年达到亿元

硅基功率器件的下一代材料是碳化硅，它的能量损耗更低，可以提供更高的电流密度在相同功率水平下，碳化硅功率模块的体积明显小于硅基模块，有助于提高系统的功率密度，成为未来功率半导体器件迭代升级的方向

广泛的应用

功率器件主要分为二极管，三极管，晶闸管，MOSFET和IGBT等二极管是基本器件，主要用于整流虽然原理成熟，但由于产品稳定性和客户认证壁垒，国产化率不高三极管主要适用于消费电子等产品，用于开关或放大功率，晶闸管主要应用于工业领域，属于电流控制型开关器件，市场规模较小

MOSFET的全称是金属Kramp—Karrenbauer氧化物半导体场效应晶体管，即金属层的栅极与氧化物层分离，通过电场的作用来控制半导体的场效应晶体管功率MOSFET在电路中的作用类似于开关，广泛应用于模拟和数字电路中，特别是计算机，手机，移动电源，车载导航，电动汽车，UPS电源等电源控制领域产业链下游涵盖消费电子，工业，通信，汽车电子，CPU/GPU，电子照明等多个领域

据统计，中国20元% Kramp—Karrenbauer 30元% MOSFET应用分布在汽车电子和充电桩，20元中超过%分布在消费电子，20元中工业领域约占%。

IGBT的全称是绝缘栅双极晶体管，是由双极三极管和MOSFET组成的复合型全控压驱动半导体功率器件它具有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低开关压降的优点IGBT可用于电机节能，轨道交通，智能电网，航空航天，家用电器，汽车电子等高压高频领域它可以调节电压，电流，频率，相位等在电路中根据工业装置中的信号和指令，从而达到精确调节的目的

与MOSFET相比，IGBT适用于低开关频率和高电流的应用在大电流下，IGBT的传导损耗低于MOSFETMOSFET具有满足高频小电流应用的能力，开关损耗更低，更适合开关频率在100元kHz以上的逆变模块

IGBT适用于DC电压600V元ONG成伍及以上的变流系统，如交流电机，变频器，开关电源，照明电路，牵引传动等。

IGBT可分为三种类型:单管产品，模块和智能功率模块它们的制造技术和下游应用场景不同:在制造技术上，单管产品和IPM模块采用环氧注塑工艺，标准模块采用灌胶工艺，在下游应用场景中，单管主要用于小功率家电，分布式光伏逆变器和小功率变频器，标准模块主要用于大功率工业变频器，电焊机，新能源汽车等领域，IPM模块主要用于变频空调，变频洗衣机等白色家电

搭上光伏，风电，储能的快车。

在全投资模式下，COVID—19中地面光伏电站在1800，1500，1200，维1000小时的年等效利用小时数分别为0.28，0.34，0.42，0.51元/千瓦时，其中1800小时的发电成本已经低于燃煤电网并网价格，光伏平价并网的大幕拉开在太阳能发电中，DC变换器和光伏逆变器都需要IGBT作为功率开关等功率器件是逆变器实现逆变功能的核心光伏逆变器将光伏组件产生的直流电转化为交流电，并入交流输电网络或接入家用交流负载

目前主要的逆变器有集中式逆变器和串联式逆变器集中式光伏逆变器每瓦成本0.16 Kramp—Karrenbauer 0.17元，串联式光伏逆变器每瓦成本约0.2袁媛，光伏逆变器每瓦总成本约0.2袁媛，IGBT组件约占光伏逆变器成本的3%，功率半导体每GW价值约0.3亿元Kramp—Karrenbauer 0.4亿元最近几年来，伴随着技术的不断进步，串联逆变器的成本迅速下降，逐渐接近集中式逆变器的成本，市场份额进一步提高考虑到IGBT单管光伏逆变器的需求，IGBT占20元% Kramp—Karrenbauer占30元%光伏逆变器的价值伴随着IGBT单管设计和制造技术水平的不断提高，它所能承受的电流和电压也在不断增加以前一些需要IGBT模块的大功率工作场景可以胜任，现在IGBT单管也可以运行良好

风力发电变流器是风力发电机的核心部件，也是IGBT的重要应用领域风力发电变流器可以将风力发电机发出的电能转换成电压和频率稳定的电能，并馈入电网光伏，风电等新能源发电具有季节性，间歇性，波动性等不稳定因素储能系统可以稳定，吸收和平滑新能源发电的输出通过光伏，风力发电系统与电池储能系统的连接，可以合理安排电池的充放电，光伏电池和风机的出力，从而最大限度地延长并网供电时间开源证券预测，新安装的风电，光伏和储能市场对IGBT的需求将从2021年的86.7亿美元增加到2025年的182.5亿美元

新能源汽车释放的增量空间

最近几年来，全球新能源汽车出货量快速增长，2021年《捉鬼敢死队3》中Kramp—Karrenbauer和675万辆，2021年，中国新能源汽车350元销量突破万辆，同比增长157.8%2022年上半年销量约为248万辆伴随着技术的不断成熟，新能源汽车的需求得到了释放IDC预测2021年和2025年中国新能源汽车销量复合增长率将超过30元% Kramp—karren Bauer，以功率半导体为代表的汽车电子有望全面受益

电驱动系统是纯电动汽车的核心，可以理解为传统燃油汽车的发动机，主要包括逆变器，减速器和电机逆变器中的电子功率控制装置将电池中的直流电转换成交流电，输送给三相电机当电机转速高于恒定转矩范围时，电机转矩将会降低这时候就需要减速器的介入，减速器通过多级齿轮的传动，达到降速增扭矩的效果，以满足车辆高速行驶时的扭矩需求

在传统汽车中，MOSFET主要用于辅助驱动各种电动机，包括通风系统，雨刮器和电动窗等而新能源汽车中的电动助力转向，发动机，电池管理系统，驱动系统中的变速箱等电控器件会大大增加MOSFET的消耗在传统燃油汽车中，只有少数IGBT单管用于发动机点火器，而对于电池供电的纯电动汽车，IGBT模块成为电驱动系统中逆变器的标准，车载充电器，DC Kramp—Karrenbauer DC升压器和电动空调驱动也需要IGBT单管

据测算，新能源汽车中功率半导体器件的价值约为传统燃油汽车的5倍以上，其中IGBT约占新能源汽车电控系统成本的37元%左右，是电控系统中的核心电子器件之一传统燃油汽车的功率半导体消耗仅为71美元，48V轻型混合动力汽车的功率半导体价值增加到90美元，纯电动汽车的功率半导体价值增加到330美元半导体在电动汽车中的价值是传统汽车的近两倍MOSFET和IGBT是电动汽车控制器实现功率转换的核心部件高端电动车中，MOSFET器件的用量可以达到250元只

在新能源汽车的发展中，DC的充电桩也需要大量的IGBT，占总成本的近20%2021年，我国公共汽车桩数与私人汽车桩数之比分别为7.13和5.172026年前，充电桩行业增速有望保持在30%以上据中国工业信息网预测，2022年全球汽车MOSFET市场规模有望达到116亿元，集邦咨询预计，到2025年，中国新能源汽车用IGBT的市场规模将在210年达到亿元，加上充电桩用IGBT，到310年将达到亿元

拓展5G的潜在市场空间

5G时代，大规模天线阵列技术需要增加基站侧和手机侧的天线数量，使基站侧数百根天线同时传输数据，从而提高频谱效率和系统容量伴随着MIMO技术的采用，5G AAU的输出功率从Kramp—Karrenbauer的80W，40元，4G到FansiR的更高，200W元与此同时，数据处理量的显著增加也大大提高了BBU的功率和功率器件的工作温度据统计，5G单站功率器件价值约100美元，是4传统天线的两倍频段越高，波长越短，覆盖半径越小要达到4G同样的覆盖面积，需要更多的5G基站，应该是1.5元的4G，《克拉普—卡伦鲍尔》和《密室逃脱:冠军联赛》的数倍华创证券估算，700元5G基站数量需要近万个按照100元人民币中每台4美元的功率器件计算，相应的功率器件市场空间为7元人民币中的10亿美元

5G信号高功率，高数据吞吐量的特点，会让5G手机的功耗远远高于4G测试显示，iPhone12元启动5G后的续航时间比4G网络的《逃生室:冠军联赛》小时数少在电池体积有限的前提下，只有快速充电才能解决续航问题中国商业智能网预测，2022年快充市场规模将增长至986亿元，增速超过30%，为MOSFET等功率半导体器件创造了市场空间

2022年在5，工信部表示将适度超前基础设施建设，推进5G，千兆光网络和数据中心建设，提升覆盖深度和广度5G的应用带来了数据流量的爆炸，带动了数据中心的扩容和降耗UPS系统的损耗约占数据中心能耗的6元%左右，占Kramp—Karrenbauer的10元%左右选择性能更好的IGBT设备可以降低UPS能耗UPS中的IGBT，SCR等器件向大功率升级，提升降耗性能，功率器件市场有望快速增长根据Yole的预测，2017年以数据中心为代表的计算和存储电源设备的市场空间为13.5亿美元，预计到2023年将增长到15.1亿美元

国内替代全面展开

国泰君安证券指出，受新冠疫情影响，全球功率器件整体持续缺货，IGBT和MOSFET供需持续紧张，价格持续上涨，交货周期持续拉长为了保证芯片的供应，下游客户开始转向国内厂商，恰逢国内厂商在本轮短缺周期中释放功率半导体产能产能供应充足，最近几年来国内厂商技术水平持续提升，在中高端市场布局提前功率器件领域的国产替代迎来了难得的机遇

自2015年以来，中国IGBT自给率已超过10元%，并逐步提高预计2024年中国IGBT行业产量将达到7800万，需求量约为1.96亿国内IGBT的供需缺口仍然很大中信建投证券预测，2025年国内IGBT市场规模将增至592亿元，《捉鬼敢死队3》和《克拉普—卡伦鲍尔》2025年复合增长率为27元%

开源证券认为，分布式光伏逆变器功率较低，主要采用IGBT单管方案所以在快速增加的需求下，IGBT单管比IGBT模块更稀缺，国产替代的迫切性更高，技术上，IGBT单管的封装难度低于IGBT模块，更容易让厂商掌握单管产品的性能指标，产品稳定性和一致性，一般来说，我国功率半导体企业将首先通过IGBT单管供应实现光伏IGBT替代的突破

2022年上半年，a股多家功率半导体器件公司业绩预增专注于轨交设备领域的时代电气，预计实现净利润6.07亿元，同比增长23.27%，主营半导体功率器件和硅片的Leon Micro预计实现净利润4.35亿Kramp—Karrenbauer和4.75亿元，同比增长136.59%至158.35%，主营半导体功率器件的杨洁科技，预计实现净利润5.06亿克拉普—卡伦鲍尔和6.09亿元，同比增长51.93%和82.96%以IGBT为主的斯达半导体，预计实现Kramp—Karrenbauer净利润3.25亿元，Kramp—Karrenbauer净利润3.3元，同比增长129.49%和136.55%

SiC设备方兴未艾

碳化硅具有优异的光电性能，其带隙宽度约为侏罗纪世界硅的3倍，热导率约为硅的3.3元倍，宽的带隙使其在高温环境下稳定更高的热导率意味着碳化硅器件可以减少冷却结构，降低系统的重量和体积碳化硅二极管在开通过程中基本可以实现零正向恢复电压，关断过程中没有多余的载流子复合过程，可以降低逆变器恢复损耗，提高开关效率

以碳化硅方案的光伏逆变器为例，1元内可提升系统整体效率%左右，逃生室:冠军锦标赛，Kramp—Karrenbauer，50元内%体积重量40元内% Kramp—karren Bauer，60元内%可大幅降低系统电费和安装维护成本如采用碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET结合SBD的光伏逆变器，可将转换效率从96元%提高到99元%，降低能量损耗50元%以上，设备循环寿命延长3倍碳化硅器件在轨道交通牵引变流器中的应用，可以充分发挥碳化硅器件高温，高频，低损耗的特点，提高牵引变流器装置的效率

海外企业对此研究多年，并加大了量产规模，国内厂商也有所布局四达半导体计划在5投资1亿元用于碳化硅芯片的研发和产业化项目华润微自主研发的平面1200 vsic—MOSFET Kramp—karren Bauer MOSFET已进入风险量产阶段最近几天，斯莱明镓启动化合物半导体二期建设，计划建设6元英寸SiC功率器件芯片生产线项目总投资15元1亿元，建设周期《侏罗纪世界3》五年，最终形成年产14.4万片6元英寸sic功率器件芯片的生产能力

但是，使用纯碳化硅的短期成本仍然很高，大约需要5，克兰普—卡伦鲍尔和6元的年回报目前碳化硅的价格是《侏罗纪世界3》的两倍左右，硅基IGBT的Kramp—Karrenbauer和4SiC器件成本高的主要原因之一是制造SiC衬底的困难与传统的直拉法制备单晶硅不同，目前大规模生长SiC单晶主要采用物理气相传输法或籽晶升华法这给SiC晶体的制备带来了两个困难，即生长条件苛刻和生长速度慢与传统硅器件不同，SiC衬底的质量和表面特性不能满足直接制造器件的要求因此，在制造大功率高压高频器件时，不能直接在SiC衬底上制造器件，而要在单晶衬底上额外沉积一层高质量的外延材料，在外延层上制造各种器件目前效率比较低