增量市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)替代配套功率半導(dǎo)體器件保持高景氣。

自《捉鬼敢死隊(duì)3》以來，功率半導(dǎo)體器件上市公司業(yè)績(jī)一直保持高速增長(zhǎng)2022年上半年，多家公司業(yè)績(jī)預(yù)告數(shù)據(jù)靚麗，既有國(guó)內(nèi)替代因素的推動(dòng)，也有下游市場(chǎng)的增量空間

中國(guó)致力于光伏，風(fēng)電，新能源汽車和充電樁，5G，數(shù)據(jù)中心等科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，這將有效推動(dòng)市場(chǎng)對(duì)功率半導(dǎo)體器件的需求

全球能源體系正在向光伏，風(fēng)電等低碳方向轉(zhuǎn)型，推動(dòng)逆變器，變流器市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，從而在原材料端利好IGBT，5G基站數(shù)量的增加和輸出功率的提升將為功率器件拓展新的市場(chǎng)空間，伴隨著汽車電動(dòng)化趨勢(shì)的加速，車輛軌距級(jí)功率器件的規(guī)格也在升級(jí)據(jù)預(yù)測(cè)，新增風(fēng)電，光伏和儲(chǔ)能市場(chǎng)對(duì)IGBT的需求將從2021年的86.7億美元增長(zhǎng)到2025年的182.5億美元，到2025年，中國(guó)新能源汽車使用的IGBT市場(chǎng)規(guī)模將在210年達(dá)到億元，充電樁使用的IGBT總量將在310年達(dá)到億元

硅基功率器件的下一代材料是碳化硅，它的能量損耗更低，可以提供更高的電流密度在相同功率水平下，碳化硅功率模塊的體積明顯小于硅基模塊，有助于提高系統(tǒng)的功率密度，成為未來功率半導(dǎo)體器件迭代升級(jí)的方向

廣泛的應(yīng)用

功率器件主要分為二極管，三極管，晶閘管，MOSFET和IGBT等二極管是基本器件，主要用于整流雖然原理成熟，但由于產(chǎn)品穩(wěn)定性和客戶認(rèn)證壁壘，國(guó)產(chǎn)化率不高三極管主要適用于消費(fèi)電子等產(chǎn)品，用于開關(guān)或放大功率，晶閘管主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，屬于電流控制型開關(guān)器件，市場(chǎng)規(guī)模較小

MOSFET的全稱是金屬Kramp—Karrenbauer氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，即金屬層的柵極與氧化物層分離，通過電場(chǎng)的作用來控制半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率MOSFET在電路中的作用類似于開關(guān)，廣泛應(yīng)用于模擬和數(shù)字電路中，特別是計(jì)算機(jī)，手機(jī)，移動(dòng)電源，車載導(dǎo)航，電動(dòng)汽車，UPS電源等電源控制領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈下游涵蓋消費(fèi)電子，工業(yè)，通信，汽車電子，CPU/GPU，電子照明等多個(gè)領(lǐng)域

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)20元% Kramp—Karrenbauer 30元% MOSFET應(yīng)用分布在汽車電子和充電樁，20元中超過%分布在消費(fèi)電子，20元中工業(yè)領(lǐng)域約占%。

IGBT的全稱是絕緣柵雙極晶體管，是由雙極三極管和MOSFET組成的復(fù)合型全控壓驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體功率器件它具有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低開關(guān)壓降的優(yōu)點(diǎn)IGBT可用于電機(jī)節(jié)能，軌道交通，智能電網(wǎng)，航空航天，家用電器，汽車電子等高壓高頻領(lǐng)域它可以調(diào)節(jié)電壓，電流，頻率，相位等在電路中根據(jù)工業(yè)裝置中的信號(hào)和指令，從而達(dá)到精確調(diào)節(jié)的目的

與MOSFET相比，IGBT適用于低開關(guān)頻率和高電流的應(yīng)用在大電流下，IGBT的傳導(dǎo)損耗低于MOSFETMOSFET具有滿足高頻小電流應(yīng)用的能力，開關(guān)損耗更低，更適合開關(guān)頻率在100元kHz以上的逆變模塊

IGBT適用于DC電壓600V元ONG成伍及以上的變流系統(tǒng)，如交流電機(jī)，變頻器，開關(guān)電源，照明電路，牽引傳動(dòng)等。

IGBT可分為三種類型:單管產(chǎn)品，模塊和智能功率模塊它們的制造技術(shù)和下游應(yīng)用場(chǎng)景不同:在制造技術(shù)上，單管產(chǎn)品和IPM模塊采用環(huán)氧注塑工藝，標(biāo)準(zhǔn)模塊采用灌膠工藝，在下游應(yīng)用場(chǎng)景中，單管主要用于小功率家電，分布式光伏逆變器和小功率變頻器，標(biāo)準(zhǔn)模塊主要用于大功率工業(yè)變頻器，電焊機(jī)，新能源汽車等領(lǐng)域，IPM模塊主要用于變頻空調(diào)，變頻洗衣機(jī)等白色家電

搭上光伏，風(fēng)電，儲(chǔ)能的快車。

在全投資模式下，COVID—19中地面光伏電站在1800，1500，1200，維1000小時(shí)的年等效利用小時(shí)數(shù)分別為0.28，0.34，0.42，0.51元/千瓦時(shí)，其中1800小時(shí)的發(fā)電成本已經(jīng)低于燃煤電網(wǎng)并網(wǎng)價(jià)格，光伏平價(jià)并網(wǎng)的大幕拉開在太陽(yáng)能發(fā)電中，DC變換器和光伏逆變器都需要IGBT作為功率開關(guān)等功率器件是逆變器實(shí)現(xiàn)逆變功能的核心光伏逆變器將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，并入交流輸電網(wǎng)絡(luò)或接入家用交流負(fù)載

目前主要的逆變器有集中式逆變器和串聯(lián)式逆變器集中式光伏逆變器每瓦成本0.16 Kramp—Karrenbauer 0.17元，串聯(lián)式光伏逆變器每瓦成本約0.2袁媛，光伏逆變器每瓦總成本約0.2袁媛，IGBT組件約占光伏逆變器成本的3%，功率半導(dǎo)體每GW價(jià)值約0.3億元Kramp—Karrenbauer 0.4億元最近幾年來，伴隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，串聯(lián)逆變器的成本迅速下降，逐漸接近集中式逆變器的成本，市場(chǎng)份額進(jìn)一步提高考慮到IGBT單管光伏逆變器的需求，IGBT占20元% Kramp—Karrenbauer占30元%光伏逆變器的價(jià)值伴隨著IGBT單管設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平的不斷提高，它所能承受的電流和電壓也在不斷增加以前一些需要IGBT模塊的大功率工作場(chǎng)景可以勝任，現(xiàn)在IGBT單管也可以運(yùn)行良好

風(fēng)力發(fā)電變流器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部件，也是IGBT的重要應(yīng)用領(lǐng)域風(fēng)力發(fā)電變流器可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換成電壓和頻率穩(wěn)定的電能，并饋入電網(wǎng)光伏，風(fēng)電等新能源發(fā)電具有季節(jié)性，間歇性，波動(dòng)性等不穩(wěn)定因素儲(chǔ)能系統(tǒng)可以穩(wěn)定，吸收和平滑新能源發(fā)電的輸出通過光伏，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的連接，可以合理安排電池的充放電，光伏電池和風(fēng)機(jī)的出力，從而最大限度地延長(zhǎng)并網(wǎng)供電時(shí)間開源證券預(yù)測(cè)，新安裝的風(fēng)電，光伏和儲(chǔ)能市場(chǎng)對(duì)IGBT的需求將從2021年的86.7億美元增加到2025年的182.5億美元

新能源汽車釋放的增量空間

最近幾年來，全球新能源汽車出貨量快速增長(zhǎng)，2021年《捉鬼敢死隊(duì)3》中Kramp—Karrenbauer和675萬輛，2021年，中國(guó)新能源汽車350元銷量突破萬輛，同比增長(zhǎng)157.8%2022年上半年銷量約為248萬輛伴隨著技術(shù)的不斷成熟，新能源汽車的需求得到了釋放IDC預(yù)測(cè)2021年和2025年中國(guó)新能源汽車銷量復(fù)合增長(zhǎng)率將超過30元% Kramp—karren Bauer，以功率半導(dǎo)體為代表的汽車電子有望全面受益

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車的核心，可以理解為傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，主要包括逆變器，減速器和電機(jī)逆變器中的電子功率控制裝置將電池中的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸送給三相電機(jī)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于恒定轉(zhuǎn)矩范圍時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩將會(huì)降低這時(shí)候就需要減速器的介入，減速器通過多級(jí)齒輪的傳動(dòng)，達(dá)到降速增扭矩的效果，以滿足車輛高速行駛時(shí)的扭矩需求

在傳統(tǒng)汽車中，MOSFET主要用于輔助驅(qū)動(dòng)各種電動(dòng)機(jī)，包括通風(fēng)系統(tǒng)，雨刮器和電動(dòng)窗等而新能源汽車中的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，發(fā)動(dòng)機(jī)，電池管理系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的變速箱等電控器件會(huì)大大增加MOSFET的消耗在傳統(tǒng)燃油汽車中，只有少數(shù)IGBT單管用于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器，而對(duì)于電池供電的純電動(dòng)汽車，IGBT模塊成為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中逆變器的標(biāo)準(zhǔn)，車載充電器，DC Kramp—Karrenbauer DC升壓器和電動(dòng)空調(diào)驅(qū)動(dòng)也需要IGBT單管

據(jù)測(cè)算，新能源汽車中功率半導(dǎo)體器件的價(jià)值約為傳統(tǒng)燃油汽車的5倍以上，其中IGBT約占新能源汽車電控系統(tǒng)成本的37元%左右，是電控系統(tǒng)中的核心電子器件之一傳統(tǒng)燃油汽車的功率半導(dǎo)體消耗僅為71美元，48V輕型混合動(dòng)力汽車的功率半導(dǎo)體價(jià)值增加到90美元，純電動(dòng)汽車的功率半導(dǎo)體價(jià)值增加到330美元半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車中的價(jià)值是傳統(tǒng)汽車的近兩倍MOSFET和IGBT是電動(dòng)汽車控制器實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的核心部件高端電動(dòng)車中，MOSFET器件的用量可以達(dá)到250元只

在新能源汽車的發(fā)展中，DC的充電樁也需要大量的IGBT，占總成本的近20%2021年，我國(guó)公共汽車樁數(shù)與私人汽車樁數(shù)之比分別為7.13和5.172026年前，充電樁行業(yè)增速有望保持在30%以上據(jù)中國(guó)工業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測(cè)，2022年全球汽車MOSFET市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到116億元，集邦咨詢預(yù)計(jì)，到2025年，中國(guó)新能源汽車用IGBT的市場(chǎng)規(guī)模將在210年達(dá)到億元，加上充電樁用IGBT，到310年將達(dá)到億元

拓展5G的潛在市場(chǎng)空間

5G時(shí)代，大規(guī)模天線陣列技術(shù)需要增加基站側(cè)和手機(jī)側(cè)的天線數(shù)量，使基站側(cè)數(shù)百根天線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，從而提高頻譜效率和系統(tǒng)容量伴隨著MIMO技術(shù)的采用，5G AAU的輸出功率從Kramp—Karrenbauer的80W，40元，4G到FansiR的更高，200W元與此同時(shí)，數(shù)據(jù)處理量的顯著增加也大大提高了BBU的功率和功率器件的工作溫度據(jù)統(tǒng)計(jì)，5G單站功率器件價(jià)值約100美元，是4傳統(tǒng)天線的兩倍頻段越高，波長(zhǎng)越短，覆蓋半徑越小要達(dá)到4G同樣的覆蓋面積，需要更多的5G基站，應(yīng)該是1.5元的4G，《克拉普—卡倫鮑爾》和《密室逃脫:冠軍聯(lián)賽》的數(shù)倍華創(chuàng)證券估算，700元5G基站數(shù)量需要近萬個(gè)按照100元人民幣中每臺(tái)4美元的功率器件計(jì)算，相應(yīng)的功率器件市場(chǎng)空間為7元人民幣中的10億美元

5G信號(hào)高功率，高數(shù)據(jù)吞吐量的特點(diǎn)，會(huì)讓5G手機(jī)的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G測(cè)試顯示，iPhone12元啟動(dòng)5G后的續(xù)航時(shí)間比4G網(wǎng)絡(luò)的《逃生室:冠軍聯(lián)賽》小時(shí)數(shù)少在電池體積有限的前提下，只有快速充電才能解決續(xù)航問題中國(guó)商業(yè)智能網(wǎng)預(yù)測(cè)，2022年快充市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至986億元，增速超過30%，為MOSFET等功率半導(dǎo)體器件創(chuàng)造了市場(chǎng)空間

2022年在5，工信部表示將適度超前基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)5G，千兆光網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心建設(shè)，提升覆蓋深度和廣度5G的應(yīng)用帶來了數(shù)據(jù)流量的爆炸，帶動(dòng)了數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)容和降耗UPS系統(tǒng)的損耗約占數(shù)據(jù)中心能耗的6元%左右，占Kramp—Karrenbauer的10元%左右選擇性能更好的IGBT設(shè)備可以降低UPS能耗UPS中的IGBT，SCR等器件向大功率升級(jí)，提升降耗性能，功率器件市場(chǎng)有望快速增長(zhǎng)根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，2017年以數(shù)據(jù)中心為代表的計(jì)算和存儲(chǔ)電源設(shè)備的市場(chǎng)空間為13.5億美元，預(yù)計(jì)到2023年將增長(zhǎng)到15.1億美元

國(guó)內(nèi)替代全面展開

國(guó)泰君安證券指出，受新冠疫情影響，全球功率器件整體持續(xù)缺貨，IGBT和MOSFET供需持續(xù)緊張，價(jià)格持續(xù)上漲，交貨周期持續(xù)拉長(zhǎng)為了保證芯片的供應(yīng)，下游客戶開始轉(zhuǎn)向國(guó)內(nèi)廠商，恰逢國(guó)內(nèi)廠商在本輪短缺周期中釋放功率半導(dǎo)體產(chǎn)能產(chǎn)能供應(yīng)充足，最近幾年來國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)水平持續(xù)提升，在中高端市場(chǎng)布局提前功率器件領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代迎來了難得的機(jī)遇

自2015年以來，中國(guó)IGBT自給率已超過10元%，并逐步提高預(yù)計(jì)2024年中國(guó)IGBT行業(yè)產(chǎn)量將達(dá)到7800萬，需求量約為1.96億國(guó)內(nèi)IGBT的供需缺口仍然很大中信建投證券預(yù)測(cè)，2025年國(guó)內(nèi)IGBT市場(chǎng)規(guī)模將增至592億元，《捉鬼敢死隊(duì)3》和《克拉普—卡倫鮑爾》2025年復(fù)合增長(zhǎng)率為27元%

開源證券認(rèn)為，分布式光伏逆變器功率較低，主要采用IGBT單管方案所以在快速增加的需求下，IGBT單管比IGBT模塊更稀缺，國(guó)產(chǎn)替代的迫切性更高，技術(shù)上，IGBT單管的封裝難度低于IGBT模塊，更容易讓廠商掌握單管產(chǎn)品的性能指標(biāo)，產(chǎn)品穩(wěn)定性和一致性，一般來說，我國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)將首先通過IGBT單管供應(yīng)實(shí)現(xiàn)光伏IGBT替代的突破

2022年上半年，a股多家功率半導(dǎo)體器件公司業(yè)績(jī)預(yù)增專注于軌交設(shè)備領(lǐng)域的時(shí)代電氣，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)6.07億元，同比增長(zhǎng)23.27%，主營(yíng)半導(dǎo)體功率器件和硅片的Leon Micro預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)4.35億Kramp—Karrenbauer和4.75億元，同比增長(zhǎng)136.59%至158.35%，主營(yíng)半導(dǎo)體功率器件的楊潔科技，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)5.06億克拉普—卡倫鮑爾和6.09億元，同比增長(zhǎng)51.93%和82.96%以IGBT為主的斯達(dá)半導(dǎo)體，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)Kramp—Karrenbauer凈利潤(rùn)3.25億元，Kramp—Karrenbauer凈利潤(rùn)3.3元，同比增長(zhǎng)129.49%和136.55%

SiC設(shè)備方興未艾

碳化硅具有優(yōu)異的光電性能，其帶隙寬度約為侏羅紀(jì)世界硅的3倍，熱導(dǎo)率約為硅的3.3元倍，寬的帶隙使其在高溫環(huán)境下穩(wěn)定更高的熱導(dǎo)率意味著碳化硅器件可以減少冷卻結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)的重量和體積碳化硅二極管在開通過程中基本可以實(shí)現(xiàn)零正向恢復(fù)電壓，關(guān)斷過程中沒有多余的載流子復(fù)合過程，可以降低逆變器恢復(fù)損耗，提高開關(guān)效率

以碳化硅方案的光伏逆變器為例，1元內(nèi)可提升系統(tǒng)整體效率%左右，逃生室:冠軍錦標(biāo)賽，Kramp—Karrenbauer，50元內(nèi)%體積重量40元內(nèi)% Kramp—karren Bauer，60元內(nèi)%可大幅降低系統(tǒng)電費(fèi)和安裝維護(hù)成本如采用碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET結(jié)合SBD的光伏逆變器，可將轉(zhuǎn)換效率從96元%提高到99元%，降低能量損耗50元%以上，設(shè)備循環(huán)壽命延長(zhǎng)3倍碳化硅器件在軌道交通牽引變流器中的應(yīng)用，可以充分發(fā)揮碳化硅器件高溫，高頻，低損耗的特點(diǎn)，提高牽引變流器裝置的效率

海外企業(yè)對(duì)此研究多年，并加大了量產(chǎn)規(guī)模，國(guó)內(nèi)廠商也有所布局四達(dá)半導(dǎo)體計(jì)劃在5投資1億元用于碳化硅芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目華潤(rùn)微自主研發(fā)的平面1200 vsic—MOSFET Kramp—karren Bauer MOSFET已進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)量產(chǎn)階段最近幾天，斯萊明鎵啟動(dòng)化合物半導(dǎo)體二期建設(shè)，計(jì)劃建設(shè)6元英寸SiC功率器件芯片生產(chǎn)線項(xiàng)目總投資15元1億元，建設(shè)周期《侏羅紀(jì)世界3》五年，最終形成年產(chǎn)14.4萬片6元英寸sic功率器件芯片的生產(chǎn)能力

但是，使用純碳化硅的短期成本仍然很高，大約需要5，克蘭普—卡倫鮑爾和6元的年回報(bào)目前碳化硅的價(jià)格是《侏羅紀(jì)世界3》的兩倍左右，硅基IGBT的Kramp—Karrenbauer和4SiC器件成本高的主要原因之一是制造SiC襯底的困難與傳統(tǒng)的直拉法制備單晶硅不同，目前大規(guī)模生長(zhǎng)SiC單晶主要采用物理氣相傳輸法或籽晶升華法這給SiC晶體的制備帶來了兩個(gè)困難，即生長(zhǎng)條件苛刻和生長(zhǎng)速度慢與傳統(tǒng)硅器件不同，SiC襯底的質(zhì)量和表面特性不能滿足直接制造器件的要求因此，在制造大功率高壓高頻器件時(shí)，不能直接在SiC襯底上制造器件，而要在單晶襯底上額外沉積一層高質(zhì)量的外延材料，在外延層上制造各種器件目前效率比較低