功率半导体行业专题：铸全球竞争护城河，产品格局看“底部”机遇_新浪财经

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（报告出品方/作者：华金证券，孙远峰、王海维、吴家欢）

国产二极管/IGBT模组全球市占提升，AI服务器贡献MOS新应用

3年进口替代窗口期看IGBT模块供给格局

根据omdia和英飞凌官方数据，2022年全球IGBT产品市场规模约为90亿美元； IGBT模块从供给侧格局看，经过21年缺货替代国产份额提升，2022年海外大厂恢复供应后份额依然继续提升；我们认为，在全球功率半导体不缺货的市场环境下，终端客户不需要引入太多国产供应链企业，在2021年已经切入品牌终端客户的厂商具备极强的先发优势，国产IGBT以及SiC MOS在车规主驱应用中的份额有望逐渐提升，供给侧格局持续优化。

IGBT模组，斯达半导国产之星“冉冉升起”

海外拓展：2023年公司海外新能源汽车市场取得重要进展，车规级IGBT模块在欧洲一线品牌Tier 1开始大批量交付，同时新增IGBT/SiCMOS主电机项目定点，快速增长； SiC MOS：自主研发SiC Mosfet芯片通过多家客户整车验证并开始批量供货；具备极强的“先发优势” ：国产功率替代的机遇存在于“缺芯”，公司抓住替代契机，成为主流IGBT模块供应商，叠加公司供货稳定性及产品先进性，先发优势不断加强与巩固。

车规主驱SiC MOSFET国产放量元年，“器件”环节“性能/产能/可靠性”为重要指标

SiC MOSFET：衬底由Si变SiC

高压SiC MOSFET器件是一种具有输入阻抗高、工作频率高、无拖尾电流等特点的单极型功率器件，相较于其他单/双极型开关器件具有以下优越性：其开关损耗低，易于提高功率模块整体效率；开关频率高，降低了电容电感体积，利于电力电子变换器的整体小型化；工作环境温度理论上可达 600 ℃，远超 Si 基器件，利于在高温环境下的应用。

SiC MOSFET根据栅极工艺可分为平面型MOSFET（VDMOS）和沟槽型MOSFET（TMOS）两种技术路线。多数产品均采用VDMOS结构，其工艺简单、阻断能力强，然而导通电阻较大。TMOS沟道迁移率高，但工艺较为复杂，受栅氧可靠性影响导致阻断能力较差。3.3kV及以下等级的SiCMOSFET 以TMOS结构为主，然而对于3.3 kV以上、特别是10kV及以上的超高压等级SiC MOSFET，只能采用VDMOS结构以避免沟槽底部的栅氧可靠性问题。

SiC助力新能源车实现更高性能

相比硅基器件，SiC器件可使新能源车在加速性能、整车成本、续航里程、轻量化设计等各方面大幅提升。

更快的加速度：汽车加速性能与动力系统输出的最大功率和最大扭矩密切相关，SiC技术可使驱动电机在低转速时承受更大输入功率从而输出更大扭矩，同时无需担忧电流过大导致的热效应和功率损耗。

更低的整车成本：虽然SiC器件成本略高于硅基器件，但采用SiC器件实现了电池成本的大幅下降和续航里程的提升，从而有效降低了整车成本。

更长的续航里程：SiC器件通过导通/开关两个维度降低损耗，从而实现增加电动车续航里程的目的。1）导通：SiC的禁带宽度远高于Si，可实现高浓度掺杂，导致漂移区宽度大幅缩短，导通时正向压降和导通损耗都小于Si基IGBT；2）开关：SiC MOSFET属于单极器件，不存在拖尾电流，且SiC载流子迁移率约是Si的3倍，可提供更快的开关速度，以降低损耗。

轻量化设计：1）SiC材料载流子迁移率高，可提供较高电流密度，相同功率等级下封装尺寸更小；以IPM为例，SiC功率模块体积约为硅功率模块的1/3～2/3。2）SiC可实现高频开关，减少滤波器和无源器件如变压器、电容、电感等的使用，从而减少系统体积和重量。3）SiC禁带宽度宽且具有良好的热导率，可使器件工作于高温环境中，从而减少散热器体积。4）SiC损耗低，同样续航范围内可减少电池容量。

SiC在新能源车的导入路径

导入领域：从OBC导入过渡到电机控制器。SiC功率器件主要用于控制器、OBC（车载充电机）和DC-DC车载电源转换器，其中，电机控制器用SiC功率模块市场空间最大。SiC产品早在2018年就已应用于OBC领域。SiC在OBC和DC-DC中的渗透率正逐步提升，同时通过这些场景应用推动SiC产品技术成熟与成本下降，最终渗透进可靠性要求更高的电机控制器。

导入车型：长续航里程电动车最先导入。800V高压平台是解决里程焦虑与充电慢的主流选择。理论上800V/500A的高压充电可实现5~10min快充目标。与硅基IGBT相比，SiC MOSFET具有高耐压、低导通损耗、低开关损耗等优点，应用于800V高压平台新能源车可大幅提升电驱效率并降低整车能耗。

导入时间：预计2025年开始进入快速增长。国内外主流车企均已布局800V高压平台架构。随着800V高压平台的普及，加之SiC产品性价比与可靠性提升，SiC在新能源车上的应用有望于2025年进入快速增长。

导入产品：从分立器件向全SiC模块过渡。SiC功率器件包括二极管和晶体管。SiC模块则是由多个晶体管、二极管等分立器件合封组成，可使系统在更高开关频率下工作，减少被动器件体积，同时提供更好散热表现；在使用相同尺寸的Die时，模块能够以更大功率运行，有助于小型化设计。

SiC MOSFET渗透率低，逐渐成为中高端主驱主流

从当前终端车企看，目前仅有特斯拉SiC采用比例较高，比亚迪由于成本/供应链等因素考虑2023年SiC渗透率仅为6%。从供应体系来看，目前特斯拉主要采用海外供应商，所以我们认为随着特斯拉更具竞争力与高性价比车型的推出，国产供应链日渐成熟稳定的情况下或迎来发展机遇，关注SiCMOSFET龙头厂商的布局。

SiC MOSFET重要指标之一：比导通电阻

比导通电阻（Ron,sp）是评价单极型功率器件性能的重要指标，其物理意义为导通电阻（Ron）与芯片有源区面积（AActive）的乘积。比导通电阻越小，表明相同导通电阻产品所需的die size越小，成本越低，但同时故障条件下的电流密度亦有所增加，导致可靠性下降。

SiC MOSFET重要指标之二：品质因数FOM和短路耐受时间

品质因数FOM反映器件导通和开关的综合性能，常用指标为RdsON*Qg，即器件导通 IGBT和SiC MOS饱和电流对比电阻与门级电荷的乘积。FOM数值越小，表示器件同时具备低导通电阻和快速开关特性，综合性能越优秀。短路耐受时间tSC：即器件最大允许的短路时间，用于衡量器件抗短路能力。大部分 IGBT短路耐受时间在5~10μs，而SiC MOS几乎没有或仅有较少μs抗短路能力。英飞凌CoolSiC MOS短路耐受时间仅为3μs。然而，短路耐受时间的提升会提高导通电阻，带来更多损耗；因此器件抗短路能力设计需根据目标应用综合考虑多种因素。 SiC MOS短路耐受时间较IGBT低主要系 1）短路电流高：IGBT短路电流一般是额定电流的4~6倍，而SiC MOS的短路电流可达额定电流10倍。2）漂移层薄：由于SiC 临界电场强度约是Si的10倍，同样耐压等级下SiC MOS漂移区仅需Si基IGBT的1/10，意味着SiC MOS短路时热量更集中，温度更高。3）面积小：SiC MOS芯片面积小于同电流等级的IGBT，电流密度更高，热量更集中。

DBC+PCB混合封装/SKiN封装/平面互联封装

DBC+PCB混合封装：将DBC和PCB板进行整合，通过键合线连接芯片和PCB板，实现了直接在PCB层间控制换流回路，缩减换流路径来减小寄生电感。此外，封装PCB 层可采用标准PCB制造工艺，且在单个回流焊工艺中与器件一起焊接到基板上，简化了混合模块的制造工艺。通过增加电路板的铜层和使用通孔、盲孔甚至埋孔通孔，可在PCB上实现更复杂的布线，开关电流路径实现更灵活地控制，同时提供在模块中嵌入栅极驱动器电路的可能性。 SKiN封装：Semikron公司汽车级SiC模块产品eMPack采用SKiN技术，其芯片互连采用双层柔性PCB实现，分别形成功率和栅极回路，降低寄生电感；芯片的上下表面通过银烧结技术分别与PCB、绝缘衬板连接；冷却方式灵活，可采用直接水冷或客户定制的冷却结构（如封闭铝散热器结构）；外壳通过压力结构系统（Direct Pressed Die，DPD）将压力施加于芯片和衬板之上，使PCB与芯片、衬板与散热器紧密接触，从而可以减小导热硅脂厚度，达到减小热阻的效果。平面互联封装：通过消除金属键合线，将电流回路从DBC板平面布局拓展到芯片上下平面的层间布局，显著减小了回路面积，降低杂散电感参数。

需求缓慢复苏，依托本土终端需求市占率或进一步提升

新能源汽车：功率单车价值量/数量&新能源汽车销量提升，注入量价双增逻辑

23年全球电动汽车销量超1,400万辆，中国未来几年市场将稳定增长。根据EV Volumes数据，2023年全球共销售约1,420万辆新型纯电动汽车（BEV）和插电式混合动力汽车（PHEV），同比增长35%；电动汽车升级、财政激励措施持续实施、充电基础设施改善和环保主义继续支持电动汽车增长，叠加OEM制造商在利润允许的范围内降低价格，有望进一步促进新能源汽车销量增长，预计2024年全球电动汽车销量约达到1,776万辆，占全球轻型汽车销量19.6%。根据集微咨询数据，预计未来几年我国新能源汽车市场将保持稳定增长，2025年销量有望达1,246万辆，渗透率达42%。

光伏：逆变器需求增加带动功率需求，半导体器件占其成本约12%

光伏逆变器是将太阳能电池所产生的直流电能转换为交流电能的转换装置。将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路，而实现逆变过程的装置称为逆变器或逆变装置。逆变器主要由半导体功率器件和逆变器驱动、控制电路两大部分组成。根据华经产业研究院数据，光伏逆变器原材料主要由结构件（27.6％）、电感（14.2％）、半导体器件等构成，半导体器件和集成电路材料主要为IGBT元器件、IC半导体，其中以IGBT为主的半导体器件占逆变器成本约11.8％左右。

风电：新增&出口双轮驱动，风电需求带动功率半导体市场增长

风电变流器用于解决风机在变化转速下保证电能的恒频输出。风电变流器可根据风速的大小适应发电机的转速，使风机实现最佳风能捕获，同时实现风电机组的并网控制、有功输出以及对电网无功的支持和高低电压穿越控制，用以提高风能利用率，增加发电效率。风电变流器按适配不同的发电机类型可分为双馈型和全功率型两类。风电变流器主要由控制模块、功率模块、断路器、接触器、滤波器、电抗器、变压器及机柜等组成。其中，功率模块组件主要包括IGBT、驱动板、PCB印制板等。

储能：储能变流器占系统约11%，中国新增规模超过美国占全球比例近50%

储能变流器PCS为储能系统与电网中间实现电能双向流动的核心部件，约占成本11%。储能变流器的工作原理是交、直流侧可控的四象限运行的变流装置，实现对电能的交直流双向转换。根据出海半导体引用起点研究院数据，储能PCS包含逆变器、充放电控制器、电池管理系统（BMS）等多个组成部分，成本占整体储能系统成本约11.4%，其主要功能包括平抑功率、信息交互、保护等，PCS决定了输出电能质量和动态特性，也很大程度影响电池使用寿命。在储能PCS中，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是核心部件，其性能直接影响储能PCS的整体性能。

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