淺談功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展三大趨勢

行業(yè)周知，功率半導(dǎo)體用于所有電力電子領(lǐng)域，市場成熟穩(wěn)定且增速緩慢。不過，隨著新能源汽車、可再生能源發(fā)電、變頻家電等新興行業(yè)的快速發(fā)展，將會帶來的巨大的市場需求。根據(jù)國元證券測算，2025年國內(nèi)新能源汽車、充電樁、光伏和風(fēng)電四個(gè)領(lǐng)域的功率半導(dǎo)體市場純增量規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)200億元。

目前，國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場自給率偏低，中高端功率MOSFET和IGBT自給率不足10%，國產(chǎn)替代空間巨大。從在研項(xiàng)目和產(chǎn)品布局看，國內(nèi)廠商開始向價(jià)值量更高的中高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，通過提升性能和降低成本推動晶片向集成化、小型化發(fā)展。從技術(shù)迭代角度來看，功率半導(dǎo)體不需要追趕摩爾定律，倚重制程工藝、封裝設(shè)計(jì)和新材料迭代，整體趨向集成化、模塊化。

在市場需求、政策、人才、資金和技術(shù)多因素催化下，國內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)未來3-5年有望進(jìn)入黃金發(fā)展期。無論是從技術(shù)追趕難度、產(chǎn)業(yè)化布局進(jìn)度、外部因素沖擊等多角度分析，功率半導(dǎo)體都是未來可預(yù)見的國產(chǎn)替代進(jìn)度最快的細(xì)分領(lǐng)域之一。

為了讓投資者更充分了解目前國內(nèi)功率半導(dǎo)體的發(fā)展情況以及投資思路，11月26日（周四）13:00，集微網(wǎng)邀請到了國元證券電子首席分析師賀茂飛做客第二十二期“開講”，帶來以《功率半導(dǎo)體賽道分析》為主題的精彩演講，與集微直播間的觀眾分享講解功率半導(dǎo)體的投資邏輯，受到眾多行業(yè)人士和投資者的關(guān)注。

千億賽道，成熟市場疊加新興純增量市場

近年來，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域已從工業(yè)控制和消費(fèi)電子拓展至新能源、智能電網(wǎng)、變頻家電等新市場，市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長態(tài)勢。根據(jù)IHS Markit數(shù)據(jù)顯示，2018年全球功率器件市場規(guī)模約為391億美元，預(yù)計(jì)至 2021年增長至441億美元。

目前，國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈正在日趨完善，中國作為全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國，2018年市場需求規(guī)模達(dá)到138億美元，占全球需求比例達(dá) 35%，2021年市場規(guī)模有望達(dá)到159億美元。

根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)顯示，功率半導(dǎo)體細(xì)分市場中功率IC占比超過50%，預(yù)計(jì)未來增速為6.6%；分立器件占比約35%，增速為2.2%；模組占比15%，增速為5.4%。

在功率器件及模組市場中，MOSFET、IGBT和雙極晶體管是最主要的三個(gè)細(xì)分市場，合計(jì)占比超過90%。其中隨著新應(yīng)用的推動，MOSFET和IGBT發(fā)展迅速。我國MOSFET和IGBT行業(yè)增速遠(yuǎn)高于世界水平。全球功率MOSFET市場增速為7.6%，中國增速為15%；全球IGBT市場增速為8.9%，中國增速為 14%。

國元證券首席分析師賀茂飛表示，功率半導(dǎo)體用于所有電力電子領(lǐng)域，市場成熟穩(wěn)定且增速緩慢。而隨著新興領(lǐng)域如新能源汽車、可再生能源發(fā)電、變頻家電等的快速發(fā)展，將會帶來的巨大需求需求。

根據(jù)Yole預(yù)測，目前使用功率半導(dǎo)體最主要的兩個(gè)領(lǐng)域是新能源車和工業(yè)，2023年新能源車領(lǐng)域IGBT和MOSFET市場空間有望達(dá)到37億美元，工業(yè)領(lǐng)域?yàn)?5億美元。

賀茂飛認(rèn)為，得益于工業(yè)自動化中伺服電機(jī)變頻器，可再生能源光伏逆變器和風(fēng)電變流器，以及電動汽車電動機(jī)用逆變器及充電樁相關(guān)設(shè)施的蓬勃發(fā)展，汽車和工業(yè)市場將成為功率半導(dǎo)體行業(yè)增速最快的兩個(gè)領(lǐng)域，年復(fù)合增長率將達(dá)到8.2%和3.8%。

從純增量市場規(guī)模來看，國元證券主要測算了國內(nèi)新能源汽車、充電樁、光伏和風(fēng)電四個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用功率半導(dǎo)體市場空間。其一是新能源汽車領(lǐng)域市場需求到2025年約160億元，2030年約275億元。其二是公共直流充電樁領(lǐng)域2020-2025年累計(jì)市場需求約140億元，2025-2030年累計(jì)需求約400億元。其三是光伏領(lǐng)域2020-2025年累計(jì)市場需求約50億元，隨政策調(diào)整有望進(jìn)一步增長。其四是風(fēng)電領(lǐng)域2020-2024年累計(jì)市場需求約30億元。整體看，國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場2025年四個(gè)領(lǐng)域提供純增量規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)200億元。

功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展三大趨勢

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，賀茂飛認(rèn)為功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要有三大發(fā)展趨勢。首先，功率半導(dǎo)體不需要追趕摩爾定律，倚重制程工藝、封裝設(shè)計(jì)和新材料迭代，整體趨向集成化、模塊化。

功率半導(dǎo)體的核心環(huán)節(jié)不在于設(shè)計(jì)，而是在于材料選擇、晶圓制造、封裝和模組集成。鑒于功率半導(dǎo)體的長壽命、高穩(wěn)定性特點(diǎn)，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)難點(diǎn)更多的是需要結(jié)合材料的物理化學(xué)性質(zhì)對單個(gè)器件進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)、調(diào)整和性能改良。功率器件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的核心技術(shù)壁壘在基于系統(tǒng)know-how能力為客戶開發(fā)定制化產(chǎn)品。

在制造環(huán)節(jié)，功率分立器件前道加工價(jià)值占比40%以上，制造難點(diǎn)在于晶圓減薄、溝槽工藝、應(yīng)力控制、高劑量離子注入和激光退火等。而封裝環(huán)節(jié)可分為分立器件封裝和模塊封裝，由于功率器件對可靠性要求非常高，需采用特殊設(shè)計(jì)和材料，后道加工價(jià)值量占比達(dá)35%以上，遠(yuǎn)高于普通數(shù)字邏輯芯片的10%。

賀茂飛表示，提升性能和降低成本推動晶片向集成化、小型化發(fā)展。根據(jù)Omdia預(yù)測，2020-2024年分立器件市場增速為2.2%，而功率模塊市場增速為5.4%。新興市場使中高端產(chǎn)品如IGBT和功率MOSFET 需求變大。根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球功率MOSFET增速為7.6%，IGBT為8.9%。目前，根據(jù)在研項(xiàng)目和產(chǎn)品布局看，國內(nèi)企業(yè)開始向價(jià)值量更高的中高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。

其次，新能源、5G等新興應(yīng)用加速第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)化需求，我國市場空間巨大且有望在該領(lǐng)域快速縮短和海外龍頭差距。

隨著以SiC和GaN為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料制備、制造工藝與器件物理的迅速發(fā)展，SiC和Si on-GaN電力電子器件逐漸成為功率半導(dǎo)體器件的重要發(fā)展領(lǐng)域。當(dāng)前，硅基半導(dǎo)體材料在其材料特性下已接近物理極限，第三代化合物半導(dǎo)體材料已快速進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

目前，在SiC器件領(lǐng)域，海外公司實(shí)力領(lǐng)先，國內(nèi)自給率較低。Cree、英飛凌和Rohm三家公司占據(jù)了近全球碳化硅市場約70%的份額，而全球碳化硅晶圓市場幾乎由Cree一家主導(dǎo)整個(gè)SiC產(chǎn)業(yè)。我國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈已初具規(guī)模，是國際上為數(shù)不多可在各環(huán)節(jié)均緊隨國際先進(jìn)水平的國家，具備碳化硅產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。比較難做的SiC晶片，國內(nèi)企業(yè)有天科合達(dá)、山東天岳，器件企業(yè)有士蘭微、三安集成等。

而在GaN領(lǐng)域，國內(nèi)企業(yè)在襯底外延和設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域都逐漸開始涉足，如GaN襯底制造廠蘇州納維、東莞中鎵；GaN外延制備商蘇州晶湛；GaN-on-Si制造企業(yè)英諾賽科、賽微電子；GaN 晶圓代工企業(yè)海特高新； IDM企業(yè)三安集成、安世半導(dǎo)體。

同時(shí)，受下游新能源車、5G、快充等新興市場需求以及潛在的硅材替換市場驅(qū)動，目前深入研究和產(chǎn)業(yè)化方向以SiC和GaN為主，國內(nèi)市場空間巨大。另外，第三代半導(dǎo)體核心難點(diǎn)在材料制備，其他環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化程度非常高，加之國家在政策和資金方面大力支持。

賀茂飛認(rèn)為該行業(yè)技術(shù)追趕速度更快、門檻準(zhǔn)入較低、國產(chǎn)化程度更高，中長期給國內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)、襯底材料供應(yīng)商帶來更多發(fā)展空間確定性更強(qiáng)。

其三是，IDM模式更適合功率半導(dǎo)體行業(yè)，代工可以提供產(chǎn)能、工藝技術(shù)補(bǔ)充海外功率半導(dǎo)體龍頭企業(yè)都采用IDM模式，國內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)商業(yè)模式以IDM為主，設(shè)計(jì)+代工為輔。

目前，國內(nèi)IDM企業(yè)（如士蘭微）和代工企業(yè)（如中芯紹興）都在積極擴(kuò)充產(chǎn)能和升級產(chǎn)線，從4/6寸升級到6/8寸甚至更高，整體追趕國際主流水平。產(chǎn)能擴(kuò)充可以認(rèn)為公司技術(shù)儲備和產(chǎn)品性能已經(jīng)達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平，后續(xù)通過開拓客戶和搶占市場份額實(shí)現(xiàn)營收增長。

IDM與代工并行符合國內(nèi)行業(yè)格局現(xiàn)狀，雙模式運(yùn)行并不沖突，有效利用我國產(chǎn)能資源，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。IDM模式可以提高產(chǎn)品毛利并建立技術(shù)壁壘。我國特色工藝和封裝技術(shù)處于國際先進(jìn)水平，工藝技術(shù)和產(chǎn)能部署完善。功率半導(dǎo)體企業(yè)與代工企業(yè)長期合作，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能補(bǔ)充和獲得工藝技術(shù)支持。

國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭格局

由于國際廠商起步更早，并且通過行業(yè)間的相互整合，已發(fā)展成規(guī)模體量巨大的國際巨頭，占據(jù)功率半導(dǎo)體市場主要份額。

在功率分立器件及模塊方面，英飛凌連續(xù)15年獨(dú)占鰲頭，占據(jù)全球近20%的市場份額。功率MOSFET方面，國內(nèi)僅聞泰科技通過收購前恩智浦的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品事業(yè)部安世半導(dǎo)體而入圍前十，占比3.8%。

在IGBT分立器件及模組領(lǐng)域，仍以英飛凌等海外龍頭為首，國內(nèi)斯達(dá)半導(dǎo)在IGBT模塊領(lǐng)域排第八，市場占比2.2%。智能功率模塊IPM廣泛用于驅(qū)動電機(jī)，三菱電機(jī)領(lǐng)先全球，國內(nèi)公司吉林華微電子處在第十的位置，市場占比0.5%。

根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)顯示，2018年全球排名前十功率半導(dǎo)體企業(yè)來自于美國、歐洲和日本，合計(jì)市占率達(dá)60%。國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場自給率偏低，中高端功率MOSFET和IGBT自給率不足10%，國產(chǎn)替代空間巨大。

盡管我國在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域起步較晚，但經(jīng)過多年的布局，已經(jīng)形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在晶圓制造方面有華虹半導(dǎo)體、中芯國際等公司、在設(shè)計(jì)方面有無錫新潔能、斯達(dá)半導(dǎo)體等，在封測方面有長電科技、通富微電、華天科技等，在IDM方面有士蘭微、華微電子、比亞迪、華潤微等公司。

賀茂飛表示，在市場需求、政策、人才、資金和技術(shù)多因素催化下，國內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)未來3-5年有望進(jìn)入黃金發(fā)展期。無論是從技術(shù)追趕難度、產(chǎn)業(yè)化布局進(jìn)度、外部因素沖擊等多角度分析，功率半導(dǎo)體都是未來可預(yù)見的國產(chǎn)替代進(jìn)度最快的細(xì)分領(lǐng)域之一。

在外部環(huán)境沖擊相對較小的情況下，技術(shù)差距縮短+產(chǎn)能擴(kuò)張為進(jìn)口替代趨勢保駕護(hù)航。目前國產(chǎn)功率器件在中低端產(chǎn)品上替代進(jìn)度很快，未來將會持續(xù)向中、高端領(lǐng)域延伸。

互動問答：

1、請問電動車的市場空間怎么看，單車價(jià)值量是多少？

答：2019年全球電動車為300多萬輛，國內(nèi)160多萬輛，市場滲透率為3%左右。 到2030年，滲透率預(yù)計(jì)達(dá)到40%。 根據(jù)之前的數(shù)據(jù)，一輛電動車用到IGBT價(jià)值為450美金左右。

2、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)壁壘有哪些？國內(nèi)在哪些環(huán)節(jié)能率先取得突破與國外龍頭企業(yè)競爭？

答：技術(shù)壁壘主要在于襯底和外延，第三代半導(dǎo)體材料的襯底和外延與硅材料完全不一樣技術(shù)路線，未來，know-how有很大的技術(shù)提升空間。在晶圓制造及設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)方面重疊度較高，目前較強(qiáng)的公司將會率先脫離而出。

3、功率半導(dǎo)體中MOSFET、IGBT、二極管三個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，哪個(gè)賽道更為優(yōu)質(zhì)？哪些公司有望脫穎而出？

答：在三個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，IGBT相對最優(yōu)質(zhì)，其一是技術(shù)壁壘高；其二是市場空間大，電動汽車應(yīng)用中IGBT占比高達(dá)70-80%，而電動車也是未來市場主要增長驅(qū)動力。目前、聞泰科技、斯達(dá)半導(dǎo)體、華潤微、揚(yáng)杰科技等均有布局。

4、這波晶圓產(chǎn)能緊缺，對功率器件供求有什么影響嗎？功率器件漲價(jià)會有受益哪些標(biāo)的？

答：從MOSFET、IGBT、二極管來看，都有收益。從調(diào)研數(shù)據(jù)來看，MOSFET漲價(jià)幅度是最大的，短期市場表現(xiàn)不錯(cuò)。目前國內(nèi)MOSFET廠商中，聞泰科技、富滿電子、華潤微、新潔能四家公司銷售金額相對較大。

5、中車和比亞迪拆分IGBT業(yè)務(wù)對國內(nèi)公司有何影響？

答：這兩家公司拆分IGBT業(yè)務(wù)，主要是看到該領(lǐng)域良好市場前景。該業(yè)務(wù)拆分不會造成行業(yè)同質(zhì)化的競爭，目前，國內(nèi)廠商市場占有率較低，國產(chǎn)替代空間較大，整體上，國內(nèi)廠商還是處于競爭合作的狀態(tài)，這種競爭反而會加快國產(chǎn)廠商的技術(shù)水平，加快國產(chǎn)化替代的進(jìn)程。
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