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？-20220928-长城证券-43正式版.doc

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1、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每日免费获取报告1、每日微信群内分享7+最新重磅报告；2、每日分享当日华尔街日报、金融时报；3、每周分享经济学人4、行研报告均为公开版，权利归原作者所有，起点财经仅分发做内部学习。扫一扫二维码关注公号回复：研究报告加入“起点财经”微信群。一张图看懂功率半导体全景梳理半导体分类光电子434亿美元929亿美元传感器分立器件191亿美元D-O-S分立元器件半5559303亿美元导亿美元体模拟IC741亿美元集

2、成电路IC数字IC4630亿美元3889亿美元二极管国外国内威世扬杰科技罗姆华微电子苏州固锝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BJT国外国内英飞凌扬杰科技安森美华微电子士兰微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低压（20V-50V）中压（50V-500V）高压（500V以上）市场规模：136亿美元功二极管晶闸管BJTMOSFETIGBTSiC器件GaN器件+3%55亿美元78亿美元14亿美元2亿美元1亿美元率33亿美元3亿美元分TVSSCRGTRLDMOSTrenchSBDHEMT立SBD

3、TRIACSJFSDMOS器FRDGTOSGTIGBT7件第一代半导体器件第三代半导体器件市场规模：228亿美元市场规模：57亿美元监控、定序器、功线性稳压器开关稳压器开关IC电池管理IC其他功率ICIGBT模块其他模块率LDODC-DC多通道PMICI28亿美元40亿美元50亿美元34亿美元76亿美元47亿美元10亿美元CV+V +V +V +集成开关的多相过压保护电压基准V+V +SiC 功率模块等升降压转换器欠压保护等PFC控制器等及-模块逆变电路整流电路升降压电路电直流交流低压高压路搭建交流交流发电端电力运输用电端风电27亿美元55亿美元航空航天应高压电力运输28亿美元工业应用用通信应

4、用领27亿美元光伏电动汽车及交通域108亿美元176亿美元消费电子产业链上游原材料SiSiCGaN功率芯片制造芯片晶圆器件/模块设计制造封测FablessFablessIDMSiC 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SiC MOSFET国外国内英飞凌华润微Wolfspeed时代电气罗姆三安光电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 圣邦微下游应用国外国内特斯拉华为宝马格力蔚来数据来源：WSTS，Yole，KBV Research，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

5、2产业市场 一级 市场二级 市场市场链环三级分类全球主要厂家国内主要厂家规模 分类 规模分类 规模规模节二极管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、捷捷微电第一晶闸管3意法半导体、恩智浦捷捷微电、华微电子、瑞能半导体、台基股份代半133BJT5英飞凌、安森美华润微、瑞能半导体、银河微电、士兰微导体功率MOSFET78英飞凌、德州仪器、安森美、意法半导体、罗姆、 士兰微、华微电子、新洁能、闻泰科技、华润微、东器件东芝、恩智浦、威世、瑞萨微半导分立 136器件IGBT14英飞凌、三菱电机、富士电机、Semikron、日立、比亚迪半导体、士兰微、

6、华微电子、时代电气、斯达安森美、威科、ABB半导、华润微、宏微科技、新洁能第三SiC 分立器件2Cree、罗姆、英飞凌、STM三安光电、BYD半导、斯达半导、华润微、士兰微、代半时代电气、瑞能半导体3导体GaN 分立器件1Cree、Nitronex、东芝士兰微、华润微、闻泰科技功率器件芯片421IGBT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、华微电制造子、台基股份功率模块57SiC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、华微电子多通道PMIC50英飞凌、德州仪器、瑞萨、MPS

7、圣邦微、矽力杰DC-DC开关稳40英飞凌、德州仪器、意法半导体、安森美、MPS矽力杰、圣邦微压器功率IC228电池管理IC34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、矽力杰消费电子176索尼、Apple、戴尔、三星、LG小米、VIVO、OPPO、联想、美的、格力、海尔电动汽车与交通108特斯拉、宝马、奔驰蔚来、小鹏、比亚迪、理想下游421工业55西门子、ABB、艾默生、罗克韦尔、施耐德、GE汇川技术、英威腾应用信息与通信技术27爱立信、三

8、星华为、中兴、移动、联通、电信、TP-LINK国防与航空航天28波音中国航天、中国商飞其他27Nodex、Eurus Energy、First Solar天合光能数据来源：WSTS，Yole，KBV Research，长城证券研究院整理（本表格中未注明处，其单位均为：亿美元）3zXoZqUpYgVrQpNpMtPqNoQaQcMbRnPrRsQtRfQrQrRfQqRpO8OqRmRwMrQrOvPtOtP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

9、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公司横向对比：各有千秋，时代、斯达、BYD产品优势凸显02 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

10、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SiC MOSFET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。投资建议：IGBT赛道和第三代半导体赛道“龙头低估”&“小而美”03 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

11、，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。4一、功率半导体趋势：围绕性能升级，向更高频高压领域进发一、汽车功能模块功率半导体分类：功率器件产品端演进：功率分立器件+功率模块+功率IC功能集成模块化，更适用高压大电流场景早期二极管 VS 三极管 VS 晶闸管：功率器件材料端演进：开关速度慢，常用于低频领域性能突破硅限，SiC、GaN成未来功率新趋势主流功率器件MOSFET VS IGBT：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

12、，工艺复杂度提升5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功率分立器件136亿美元（占32%）二极管33亿美元晶体管97亿美元晶闸管3亿美元第三代半导体3亿美元BJT5亿美元MOSFET78亿美元IGBT14亿美元SiC器件2亿美元功率半导体421亿美元功率模块57亿美元（占14%）功率ICIGBT模块47亿美元其他模块10亿美元线性稳压器LDO28亿美元GaN器件1亿美元

13、多通道PMIC其他功率IC50亿美元76亿美元228亿美元（占54%）开关稳压器DC-DC40亿美元电池管理IC34亿美元数据来源：WSTS，Yole，KBV Research，华润微，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6早期二极管 VS 晶闸管 VS 三极管：开关速度慢，常用于低频领域早期开发的功率分立器件二极管、三图：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极管、晶闸管，在结构上都由简单的c 集电极c 集电极c 集电极+3V大电流+3V饱和电流Ic+3VPN结组成，开关速度慢，常用于低频- -Ic=Ib- -领域。- -N截止-N-N-

14、-b 基极b 基极-b 基极- - - -+ +P+ + +0.1V+1V-P+5V-P- - 二极管：仅单向导通，是最常见的功- -小电流Ib-大电流Ib- -N- -率分立器件；晶闸管：可正向触发导通，-N -N- -具备开关特性；三极管：依靠小电流控Vbe0.7V时Vbe0.7V时-VbeVce时-0V电流Ie0V电流Ie0V制开关通断，有线性放大功能。e 发射极e 发射极e 发射极（1）截止状态（2）线性放大状态（3）饱和状态图：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（1）正向导通时：PN结导通正极P+- - - - -负极+

15、 + + + +- N+-二极管导通，形成电流I（2）反向关断时：PN结截止正极+ + +- - - -负极+-+P+- - - N-+阳极a+12V+P+J1-N-0V/-5V+P+J2截止+控制极g+J3-N-0V阴极k阳极a导通电流+12V- P-NJ1+5V-PJ2- -控制极g-J3- N- -触发电流-导通电流0V阴极k+5V 控制极g阳极a-12V+ +P + + + +- - N- -+P+-N-0V阴极kJ1截止J2J3截止二极管不导通（1）晶闸管正向阻断（2）晶闸管触发导通（3）晶闸管反向阻断图：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

16、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，但放大器电路，驱动扬声器、电动机存在拖尾电流，限制开关速度较慢数据来源：东芝，KIA，菱端电子，电子工程网，长城证券研究院整理7主流功率器件MOSFET VS IGBT：向更高频领域 VS 更高压领域 目前主流功率器件为M

17、OSFET和IGBT，MOSFET开关频率高，更适用于高频中高压领域（100-1000KHz,20-1200V），IGBT耐压很高，更适用于高压中低频领域（100KHz, 600-6500V）。 MOSFET具有开关速度快的优点，但高耐压下导通电阻会很高。IGBT作为MOSFET+BJT结构的复合型器件，相比MOSFET：(1)串联结构耐压更高，导通电阻低，(2) 能放大电流，(3)但拖尾电流使其开关频率更低。图：MOSFET工作原理示意图：栅极加正电压，形成N型沟道导通(1)关断状态(2)导通状态+ G 栅极导通电流G 栅极-S 源极-+-S 源极+ N + + N +G 栅- - - -

18、- - -G 栅极- - -极-N型NN-DN型-沟道D沟道 -P-P-N-N- - - - - - - - - - - - - - - - - -VgsthVgs0时 +D 漏极VgsVgsth时 +D 漏极图：MOSFET的应用场景：器件开关频率很高，以高频中高压领域为主频率范围（100-1000KHz）20-100V110-500V500-800V800-1000V1000V以上手机LCD显示器车灯风力发电高压变频器数码相机电热水器电源电焊机发电设备电动自行车背投电视电极控制变频器中低压MOSFET高压MOSFET（500V）（500V）图：IGBT工作原理示意图：MOSFET+BJT串

19、联，导通原理相同，但耐压更高(1)关断状态(2)导通状态导通电流G 栅极+ G 栅极- S 源- S 源极-+极-+ N+ + N+ +G 栅极- - -G 栅极- - - -MOSFET- - -MOSFET-N型 N+PN+ N型 -P-沟道沟道 -DD-+N-+-N-N+N+-BJT- - - - - - - - - - - - - - - - - -BJT+ +-P+- -P+-VgsthVgs0时 +D 漏极VgsVgsth时 + D漏极图：IGBT的应用场景：器件耐压很高，以高压中低频领域为主频率范围（100KHz）600V600-1350V1400-2500V2500-6500V

20、内燃机点火器新能源汽车UPS电源轨道牵引数码相机UPS电源地铁、城轨电机驱动智能电网（消费电子领域）白色家电太阳能电池、风电大型工业装备-电焊机、工业变频器-太阳能电池、风电-超低压IGBT低压IGBT中压IGBT高压IGBT数据来源：基业常青，英飞凌官网，Yole，CSDN，长城证券研究院整理8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 从器件内部结构来看，MOSFET从“平面型沟槽型超级结屏蔽栅”的演变，IGBT分别从“穿通非穿通场截止” 和“平面栅沟槽栅”的演变，这些优化都在不断提升器件耐压、降低损耗和导通电阻。双极型管场效应管二极管GTOIGCT晶体管SiC 二极管BJT

21、SiC BJTIGBTGen. 2Gen. 5Gen. 7Max. 600VMax. 6500VMax. 7000VMOSFETSJ MOSFETSiC JFETSiC MOSFETGaN HeMT201719701990MOSFET面世时间1970s1980s1990s2000s电场电场电场电场强度强度强度强度元胞结构简图演（1）平面型MOSFET（2）沟槽型MOSFET（3）超级结MOSFET（4）屏蔽栅MOSFET进耐压范围100-5100V-；500V中低；压中（低低压频）12-250V；低压（高频）500-900V；高压（高频）30-300V；中低压（高频）纵向结构面世时间198819901992工艺尺寸减小Gen2 精细平面栅穿通Gen3 沟槽栅穿通型IGBTGen1 平面栅穿通型场截止