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证券研究报告行业深度报告 监控、定序器、开关IC2捷捷微电华微电子瑞能半导体晶闸管意法半导体恩智浦国外国内新洁能闻泰科技华润微MOSFET英飞凌德州仪器安森美国外国内扬杰科技华微电子士兰微BJT英飞凌安森美国外国内扬杰科技华微电子苏州固锝二极管威世罗姆国外国内时代电气士兰微斯达半导IGBT英飞凌三菱电机富士电机国外国内三安光电时代电气华润微SiC二极管英飞凌意法半导体三菱电机国外国内华为格力蔚来下游应用特斯拉宝马国外国内华润微时代电气三安光电SiCMOSFET英飞凌Wolfspeed罗姆国外国内斯达半导时代电气BYD半导功率模块英飞凌安森美三菱电机国外国内富满电子芯朋微圣邦微功率IC英飞凌德州仪器意法半导体国外国内功率及模块低压（20V-50V）中压（50V-500V）高压（500V以上）中压（50V-500V）应用领域发电端电力运输光伏风电高压电力运输功率分立器件第一代半导体器件第三代半导体器件BJT5亿美元MOSFET78亿美元IGBT14亿美元二极管+3%33亿美元TVSSBDFRD晶闸管53亿美元SCRTRIACGTOGTRLDMOSSJSGTTrenchFSIGBT7SiC器件2亿美元SBDDMOS1亿美元HEMTGaN器件IC传感器模拟IC40亿美元50亿美元34亿美元76亿美元47亿美元10亿美元线性稳压器LDO28亿美元开关稳压器DC-DC多通道PMIC电池管理IC其他功率ICIGBT模块其他模块电路搭建逆变电路直流交流整流电路交流交流升降压电路低压高压市场规模：136亿美元市场规模：228亿美元+V+V+V+V光电子半导体分类半导体分立器件D-O-S分立元器件5559亿美元929亿美元741亿美元3889亿美元303亿美元434亿美元191亿美元Fabless产业链器件/模块封测IDM晶圆制造芯片设计上游原材料功率芯片制造SiSiCGaNFabless数字IC4630亿美元集成电路IC一张图看懂功率半导体全景梳理数据来源：WSTS，Yole，KBV Research，长城证券研究院整理市场规模：57亿美元电压基准PFC控制器等SiC功率模块等-+V-+V电压基准PFC控制器等集成开关的多相升降压转换器过压保护欠压保护等27亿美元通信应用电动汽车及交通消费电子工业应用航空航天用电端55亿美元28亿美元176亿美元108亿美元27亿美元注：图中所示市场规模均为2021年预测数据 3数据来源：WSTS，Yole，KBV Research，长城证券研究院整理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BJT5英飞凌、安森美华润微、瑞能半导体、银河微电、士兰微MOSFET78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IGBT14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3SiC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、时代电气、瑞能半导体GaN 分立器件1Cree、Nitronex、东芝士兰微、华润微、闻泰科技功率模块57IGBT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IC228多通道PMIC50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、矽力杰下游应用421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、英威腾信息与通信技术27爱立信、三星华为、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（本表格中未注明处，其单位均为：亿美元） 目录CONTENTS4功率半导体趋势：围绕性能升级，向更高频高压领域进发010203公司横向对比：各有千秋，时代、斯达、BYD产品优势凸显投资建议：IGBT赛道和第三代半导体赛道“龙头低估”&“小而美”●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。●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。●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 一、汽车功能模块5一、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，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 图：功率半导体分类及市场规模6▶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。功率半导体分类：功率分立器件+功率模块+功率IC数据来源：WSTS，Yole，KBV Research，华润微，长城证券研究院整理421亿美元功率半导体功率分立器件功率模块功率IC136亿美元（占32%）57亿美元（占14%）228亿美元（占54%）二极管晶体管晶闸管97亿美元33亿美元3亿美元BJTMOSFETIGBT第三代半导体1亿美元2亿美元14亿美元3亿美元SiC器件GaN器件5亿美元78亿美元IGBT模块其他模块47亿美元10亿美元线性稳压器LDO开关稳压器DC-DC28亿美元40亿美元多通道PMIC50亿美元电池管理IC34亿美元其他功率IC76亿美元注：图中所示市场规模均为2021年预测数据 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图：二极管原理示意图：仅可单向导通形成电流7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PN正极负极PN结导通---++++++---二极管导通，形成电流I-+（1）正向导通时：-++-PN正极负极PN结截止------++++++二极管不导通-+（2）反向关断时：×----++++（1）截止状态0V+3V+0.1VVbe＜0.7V时NNP截止b 基极e 发射极c 集电极+-----------++++-----------（2）线性放大状态0V+3V小电流Ib+1VVbe＞0.7V时大电流Ic=β·IbNNPb 基极e 发射极c 集电极-----------电流Ie-----（3）饱和状态0V+3V大电流IbVbe＞Vce时饱和电流IcNNPb 基极e 发射极c 集电极电流Ie-+5V------------------------------------J1J3PNNP阳极a阴极k控制极g0V（1）晶闸管正向阻断+12V0V/-5VJ2截止++++++------++++++------J1截止J3截止PNNP阳极a阴极k控制极g0V（3）晶闸管反向阻断-12V+5V-+J2++++++------+++++++-----J1J3PNNP阳极a阴极k控制极g0V（2）晶闸管触发导通+12V+5VJ2------------------导通电流导通电流触发电流图：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，但存在拖尾电流，限制开关速度较慢放大器电路，驱动扬声器、电动机▶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。▶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：MOSFET的应用场景：器件开关频率很高，以高频中高压领域为主图：MOSFET工作原理示意图：栅极加正电压，形成N型沟道导通8数据来源：基业常青，英飞凌官网，Yole，CSDN，长城证券研究院整理主流功率器件MOSFET VS IGBT：向更高频领域VS 更高压领域频率范围（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（＜500V）高压MOSFET（＞500V）图：IGBT工作原理示意图：MOSFET+BJT串联，导通原理相同，但耐压更高图：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-