功率半導(dǎo)體主要起源于1904年第一個(gè)二極管的誕生，而1957年的美國(guó)通用電氣公司發(fā)表的第一個(gè)晶閘管，標(biāo)志著電子電力技術(shù)的誕生；1970年代，功率半導(dǎo)體進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，GTO、BJT和MOSFET的快速發(fā)展，標(biāo)志著第二代電子電力器件的誕生。之后1980年后期，IGBT開始出現(xiàn)，各種功率模組推動(dòng)著功率半導(dǎo)體快速向前發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，以全新寬禁帶材料為襯底的半導(dǎo)體器件開始出現(xiàn)，功率半導(dǎo)體的性能和市場(chǎng)需求進(jìn)入一個(gè)全新的階段。
功率半導(dǎo)體目前主要可以分為功率IC和功率器件兩大類。功率器件按照外界條件控制器件的開通和關(guān)斷的分類標(biāo)準(zhǔn)可分為：不可控型、半控型和全控型功率器件。其中，二極管單向?qū)?，可以?shí)現(xiàn)整流，屬于不可控型；晶閘管只能觸發(fā)導(dǎo)通，不能觸發(fā)關(guān)斷，屬于半控型；晶體管包括 IGBT 和MOSFET等，可以觸發(fā)導(dǎo)通，也可以觸發(fā)關(guān)斷，屬于全控型器件。功率IC指功率類集成電路設(shè)計(jì)，屬于模擬 IC 的一種，主要分為AC/DC、DC/DC、電源管理IC和驅(qū)動(dòng)IC等。
功率器件主要為二極管、三極管、晶閘管、MOSFET和IGBT等，市場(chǎng)主要被國(guó)外廠商壟斷。二極管是基礎(chǔ)性器件，主要用作整流，雖然原理成熟，但受產(chǎn)品穩(wěn)定性及客戶認(rèn)證壁壘影響，國(guó)產(chǎn)化率仍然較低；三極管主要適用于消費(fèi)電子等產(chǎn)品，用于開關(guān)或功率放大，國(guó)外廠商仍占據(jù)市場(chǎng)份額的前列，國(guó)內(nèi)廠商在附加值較低的部分已完成了國(guó)產(chǎn)替代；晶閘管主要用于工業(yè)領(lǐng)域，屬于電流控制型開關(guān)器件，市場(chǎng)整體規(guī)模較小。
MOSFET和IGBT是最主要的功率器件，其中MOSFET適用于消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制、汽車電子等，相較于前三者，適用頻率高，但一般用于功率不超過10kw的電力電子裝置，在中低壓領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)廠商正逐步展開國(guó)產(chǎn)替代；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，高壓下，開關(guān)速度高，電流大，但開關(guān)速度低于MOSFET，前五大企業(yè)的市場(chǎng)份額超過70%，國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外企業(yè)技術(shù)水平存在一定差距。
SiC與GaN由于其性能的優(yōu)越性，可以適用于更廣泛的范圍。SiC與GaN在 5G、電動(dòng)汽車、光伏等各個(gè)領(lǐng)域均表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。其中，特斯拉已經(jīng)將電動(dòng)汽車model3 中的IGBT 器件替換為多個(gè) SiC MOSFET 模塊，取得了更優(yōu)的性能。
在功率半導(dǎo)體的發(fā)展路徑中，功率半導(dǎo)體從結(jié)構(gòu)、制程、技術(shù)、工藝、集成化、材料等各方面進(jìn)行了全面提升，其演進(jìn)的主要方向?yàn)楦叩墓β拭芏?，更小的體積，更低的功耗及損耗。在結(jié)構(gòu)更改方面，從晶閘管到IGBT，功率半導(dǎo)體的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了顯著的升級(jí)和更改，IGBT結(jié)構(gòu)與MOSFET結(jié)構(gòu)就有較大的變化；在制程縮小方面，功率半導(dǎo)體的線寬制程從最初的10μm縮小至如今的0.15-0.35μm；在技術(shù)變化和工藝進(jìn)步方面，超薄圓片結(jié)構(gòu)、背面擴(kuò)散技術(shù)、超級(jí)結(jié)技術(shù)等的優(yōu)化都使產(chǎn)品更加適應(yīng)小功率市場(chǎng)，具備更出色的性能和易用性；在集成調(diào)整方面，成功推出功率模塊，即將多個(gè)功率器件進(jìn)行封裝，使其可以在更高頻率工作的同時(shí)，能夠擁有更小的設(shè)備體積和重量；在材料迭代方面，從Si材料逐漸向GaN、SiC等寬禁帶材料升級(jí)，使得功率器件體積和性能均有顯著提升。
1.2. 市場(chǎng)特征：廣闊應(yīng)用下周期性減弱，市場(chǎng)規(guī)模呈上升趨勢(shì)
從縱向角度看，看細(xì)分品類，根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)，2019年功率半導(dǎo)體全球市場(chǎng)規(guī)模為463億美元。功率IC市場(chǎng)規(guī)模為244億美元，占52.7%，功率器件市場(chǎng)規(guī)模為210億美元，占47.3%。功率器件中的晶體管市場(chǎng)規(guī)模為144.4億美元，占功率器件市場(chǎng)的68.76%。晶體管市場(chǎng)主要由MOSFET和IGBT組成，其中MOSFET市場(chǎng)占56.09%，約81億美元，IGBT市場(chǎng)占43.91%，約63.4億美元。其主要廠商包括英飛凌、意法半導(dǎo)體、德州儀器、安森美、三菱等，其中功率半導(dǎo)體龍頭廠商為英飛凌。
看下游應(yīng)用，功率半導(dǎo)體下游需求主要以車載方向和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等為主。根據(jù)Yole的2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，功率半導(dǎo)體主要下游驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方向分別為車載方向（包括EV、HEV，硅MOSFET）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)（Moto rDrive，IGBT模組）、智能手機(jī)以及無線設(shè)備（硅MOSFET）、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及存儲(chǔ)（硅MOSFET）、工業(yè)方向（硅MOSFET）和EV、HEV方向（IGBT模組）等。
從區(qū)域角度看，中國(guó)是全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國(guó)，且中國(guó)的功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模在全球的占比仍在逐步增加。根據(jù)IH Smarkit的數(shù)據(jù)，2018年，中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模為138億美元，占全球需求比例高達(dá)35%，14-18年市場(chǎng)占比平均每年約增加0.8pct。未來中國(guó)的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)占比仍將加速增加，預(yù)計(jì)2021年中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到159億美元，18-21年CAGR為2.39%，在全球市場(chǎng)的占比增加到36.1%，18-21年市場(chǎng)占比平均每年約增加0.37pct。
從橫向角度看，回溯過去七年：
（1）市場(chǎng)規(guī)模方面，功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模在全球半導(dǎo)體行業(yè)的占比在 8%-10%之間，結(jié)構(gòu)占比基本保持穩(wěn)定，功率半導(dǎo)體的周期性相對(duì)較弱。這主要是因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，下游客戶季節(jié)性需求呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)均衡關(guān)系，致使行業(yè)的季節(jié)性特征 并不非常明顯；
（2）增速方面，功率半導(dǎo)體 14-20 年 CAGR 為 3.41%，略小于半導(dǎo)體行業(yè) 14-20 年 CAGR 的 4.33%。
展望未來，根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)，2023年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到504.66億美元，17-23年CAGR為4.93%。另外根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，從17-23年，細(xì)分市場(chǎng)增速最快的是IGBT與模塊產(chǎn)品和IPM，CAGR分別為7.86%和7.61%，隨著未來電動(dòng)汽車、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新領(lǐng)域的不斷拓展，高密度、能承受高電流和高電壓的IGBT、IPM以及相關(guān)模塊產(chǎn)品的需求量將加速上升。
1.3. 細(xì)分品類：分立器件中MOSFET和IGBT占比最大，寬禁帶進(jìn)入快速發(fā)展期
MOSFET和IGBT是占比最大的分立器件。根據(jù)可控類型分類角度進(jìn)行細(xì)分領(lǐng)域分析，功率半導(dǎo)體除了功率IC以外，主要包括IGBT、MOSFET、晶閘管和二極管等分立器件，其中IGBT和MOSFET市場(chǎng)占比最大，分別占14.51%和18.54%。在IGBT器件中，主要包括分立IGBT、IGBT模塊和IPM模塊，其中主要為IGBT模塊，占52.21%。
① MOSFET是最為成熟的功率器件之一，MOSFET全球市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng)。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球MOSFET市場(chǎng)規(guī)模由2020年的75億美元，預(yù)計(jì)增長(zhǎng)至2026年的94億美元，20-26年CAGR為3.8%，其中汽車、工業(yè)等下游細(xì)分MOSFET需求增速較快。
② IGBT在MOSFET基礎(chǔ)上升級(jí)，市場(chǎng)空間增速快。IGBT作為半導(dǎo)體功率器件中的全控器件，是由BJT（雙極型三極管）和MOSFET（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT的開關(guān)特性可以實(shí)現(xiàn)直流電和交流電之間的轉(zhuǎn)化或者改變電流的頻率，有逆變和變頻的作用，其應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。按電壓分布來看，消費(fèi)電子領(lǐng)域運(yùn)用的IGBT產(chǎn)品為600V以下；太陽能逆變器、白色家電、電動(dòng)汽車所需的IGBT在600-1700V之間；動(dòng)車組常用的IGBT模塊為3300V和6500V，軌道交通所使用的IGBT電壓在1700V-6500V之間。IGBT在電動(dòng)汽車中主要運(yùn)用于電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)和充電樁。
根據(jù) Yole的預(yù)測(cè)，IGBT全球市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)由 2020年的54億美元，增 長(zhǎng)至2026年的 84億美元，2020-2026年 CAGR為 7.5%，或?qū)⑹鞘袌?chǎng)空間增速最快的分立器件。
③ 功率二極管和晶閘管作為傳統(tǒng)的功率器件之一，市場(chǎng)規(guī)?；沮呌诜€(wěn)定。根據(jù)IHSmarkit的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，晶閘管2019年全球市場(chǎng)規(guī)模為4.93億美元，預(yù)計(jì)2024年為4.76億美元，中國(guó)市場(chǎng)2019年為2.05億美元，預(yù)計(jì)2024年為1.91億美元，基本保持不變。二極管2019年全球市場(chǎng)規(guī)模為43.26億美元，預(yù)計(jì)2024年為46.62億美元，19-24年CAGR為1.51%；中國(guó)市場(chǎng)2019年為14.39億美元，預(yù)計(jì)2024年為15.54億美元，19-24年CAGR為1.55%。從變化增速可以看出，兩者市場(chǎng)規(guī)模基本趨于穩(wěn)定。
功率半導(dǎo)體從襯底材料角度的細(xì)分領(lǐng)域分析，Si仍舊占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)位置，SiC和 GaN的市場(chǎng)占比加速增加。SiC 和GaN由于成本和技術(shù)原因，在功率器件中的占比仍較小，2019 年 SiC占總份額的 3.3%，GaN 僅占 0.4%，但是占比在不斷增加。GaN的市場(chǎng)占比2017-2023年平均每年增長(zhǎng) 0.57pct，SiC 的市場(chǎng)占比 17-22 年平均每年增長(zhǎng) 0.88pct。
以SiC和GaN為首的第三代半導(dǎo)體，將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。根據(jù)Omdia的SiC＆GaN Power數(shù)據(jù)，隨著市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到臨界規(guī)模，這一轉(zhuǎn)變即將到來，預(yù)計(jì)到2021年，收入將超過10億美元，這得益于混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車，電源和光伏（PV）逆變器的需求。另外，分立SiC功率器件將占第三代半導(dǎo)體器件的主要份額。未來規(guī)模擴(kuò)張速度將不斷加快，預(yù)計(jì)從2021年到2024年將增加10億美元，年均增加3.3億美元，從2024年到2029年將增加30億美元，年均增加6億美元。
功率半導(dǎo)體行業(yè)有著三個(gè)獨(dú)有的行業(yè)特性，分別為：①非尺寸依賴型工藝，專注于結(jié)構(gòu)和技術(shù)改進(jìn)以及材料迭代；②商業(yè)模式以IDM為主，利于技術(shù)積累和迭代；③細(xì)分需求多樣化，依賴特色工藝平臺(tái)的全面性和深度性。
從功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈流程來看，設(shè)計(jì)、制造工藝和封裝集成均十分重要。功率半導(dǎo)體以晶圓、光刻板、襯底材料等半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、封裝后形成細(xì)分終端產(chǎn)品。其中，除了設(shè)計(jì)之外，功率半導(dǎo)體的制造工藝和封裝工藝亦十分關(guān)鍵：
①在制造工藝中，需要涉及外延工藝、光刻工藝、減薄、背面金屬化等制造工藝，制造工藝是影響器件性能的核心因素之一；
②在封裝工藝中，裸片會(huì)進(jìn)行器件封裝或模組封裝或集成封裝，裸片若經(jīng)過器件封裝會(huì)形成功率分立器件，若經(jīng)過模組封裝會(huì)形成功率模組。由于功率半導(dǎo)體工作環(huán)境極端，對(duì)可靠性和壽命等要求較高，因此封裝技術(shù)同樣是影響器件性能的核心因素之一。
最后成型的功率器件會(huì)用于各類終端，功率分立器件主要用于消費(fèi)電子、家用電器等，功率 IC 多用于電源管理芯片，適用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等，功率模組可承受更高壓環(huán)境，則主要用于軍工航天、軌道 交通等產(chǎn)業(yè)內(nèi)的DC/AC 逆變器、整流器、驅(qū)動(dòng)控制電路方面。
2.1. 行業(yè)特性一：非尺寸依賴型工藝，專注結(jié)構(gòu)與材料特性
集成電路技術(shù)的發(fā)展主要分為三個(gè)技術(shù)方向：尺寸依賴的先進(jìn)工藝，非尺寸依賴的特色工藝以及先進(jìn)封裝工藝。在縱向的先進(jìn)工藝中，業(yè)界追求特征線寬的縮小、工作電壓的降低、開關(guān)頻率的提高等。它主要追趕摩爾定律，不斷實(shí)現(xiàn)更高密度的技術(shù)，從130nm 到3nm 工藝，晶體管的集成度越來越高，成本大幅下降，芯 片的價(jià)格也不斷下降。
在橫向的特色工藝中，強(qiáng)調(diào)器件特征多樣化，專注于芯片如何在不同場(chǎng)景下承受高電壓、輸出高電流，以及如何提高電路線性特征，降低 噪聲。特色工藝追求的不完全是器件的縮小，而是根據(jù)不同的物理特 性，做出不同的產(chǎn)品，比如射頻器件、模擬器件、無源器件、高壓功 率半導(dǎo)體、傳感器等。第三個(gè)方向?yàn)橄冗M(jìn)封裝工藝方向，利用特種的 封裝進(jìn)行高密度的組裝做出更高價(jià)值產(chǎn)品。
功率半導(dǎo)體屬于特色工藝產(chǎn)品，非尺寸依賴型，在制程方面不追求極致的線寬，不遵守摩爾定律。數(shù)字芯片更加注重制程的升級(jí)，目前處 理器等高端數(shù)字芯片的先進(jìn)制程基本在 14 nm 以下，高端產(chǎn)品更是達(dá)到 了 5 nm 制程，算力發(fā)展速度較快。而對(duì)于功率半導(dǎo)體而言，性能發(fā)展 速度較慢，制程基本穩(wěn)定在 90 nm-0.35 μm之間，其發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)主要包 括制造工藝、封裝技術(shù)、基礎(chǔ)材料的升級(jí)。
發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn) 1：制造工藝。功率半導(dǎo)體制造工藝的具體難點(diǎn)在于溝槽工藝以及背面工藝（晶圓減薄、高劑量離子注入）等。以 IGBT 為例，自上世紀(jì) 80 年代被推出后，每一次的性能升級(jí)都離不開表面結(jié)構(gòu)及背面工藝的進(jìn)步。
（1）溝槽工藝：目前中高端的功率器件（MOSFET和IGBT）均使用溝槽工藝。IGBT的表面結(jié)構(gòu)發(fā)展曾歷經(jīng)平面柵工藝到溝槽柵工藝的演變。第一代和第二代的IGBT采用平面柵工藝，由于pbase與擴(kuò)散區(qū)形成球面PN結(jié)，產(chǎn)生JFET效應(yīng)，導(dǎo)致導(dǎo)通壓降較大。英飛凌在第三代IGBT中采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，使得P型發(fā)射區(qū)的反型溝道垂直于硅片表面，有效消除JFET效應(yīng)，增加了表面溝道密度，降低了器件導(dǎo)通損耗。另外，最新的IGBT7對(duì)溝槽工藝進(jìn)一步升級(jí)，采用MPT（Micro Pattern Technology）結(jié)構(gòu)將微溝槽柵和FS組合并應(yīng)用低壓MOS技術(shù)，進(jìn)一步大幅提高了溝道密度，從而實(shí)現(xiàn)更大的器件性能控制范圍。相比于平面柵，溝槽柵結(jié)構(gòu)性能得到了顯著的提升，所以對(duì)于IGBT器件而言，表面結(jié)構(gòu)升級(jí)也是產(chǎn)品高端化的必經(jīng)之路。
制備溝槽型器件工藝壁壘高，設(shè)計(jì)-制造環(huán)節(jié)須歷經(jīng)長(zhǎng)期技術(shù)沉淀。溝槽 IGBT 的溝槽寬度僅有 1-2 μm，而溝槽深度要達(dá)到 4 μm 以上。因此，通過酸腐蝕工藝制備溝槽時(shí)，須對(duì)溝槽的寬度和深度實(shí)現(xiàn)精確控制。此外，溝槽壁亦要盡可能光滑以提升良率。同時(shí)，IGBT 溝槽底部的倒角亦須圓潤(rùn)、均一以免影響器件耐壓。而溝槽形貌與設(shè)備條件、 刻蝕工藝和后處理有著十分緊密的聯(lián)系，須大力協(xié)調(diào)三者之間關(guān)系才 可規(guī)模量產(chǎn)溝槽形貌良好的 IGBT 產(chǎn)品。因此，功率半導(dǎo)體的制造工藝 壁壘較高，需要晶圓廠與芯片設(shè)計(jì)部門長(zhǎng)期合作，對(duì)器件的設(shè)計(jì)及制 造技術(shù)長(zhǎng)期打磨及優(yōu)化。
（2）背面工藝：對(duì)良率、成本影響顯著，減薄和背金是關(guān)鍵。同以IGBT為例，背面工藝主要包括正面貼膜、背面減薄、背面清洗、背面 P 注入、激光退火、背面 B注入、背面金屬化、烘烤等。IGBT 4相較于 3 進(jìn)一步減薄了背面結(jié)構(gòu)，使得開關(guān)損耗進(jìn)一步降低，同時(shí)最高工作結(jié)溫也從 125 ℃提升至 150 ℃，但相應(yīng)的背面工藝復(fù)雜度也顯著提升，主要體現(xiàn)在晶圓減薄、注入及金屬化等工藝中。
在背面工藝易產(chǎn)生碎片。在晶圓被減薄至100-200 μm后，后續(xù)的摻雜以及背面金屬化的過程中，亦會(huì)因?yàn)楣に嚳刂萍鞍徇\(yùn)不慎帶來碎片的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在 wafer 尺寸超過 8 寸后，背面工藝難度提升，對(duì) IGBT 良率影響也顯著放大，目前能夠規(guī)模量產(chǎn) 12英寸 IGBT 的晶圓廠較少。此外，使用場(chǎng)截止技術(shù)時(shí)，亦對(duì)背面摻雜工藝提出更高要求，須綜合考量深度、濃度、分布以及與集電極的匹配等影響因素，涉及的變量 較多，優(yōu)化難度大。
發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn) 2：封裝工藝。由于功率半導(dǎo)體工作環(huán)境極端，對(duì)可靠性和 壽命等要求較高，因此封裝工藝同樣是功率半導(dǎo)體的主要關(guān)注點(diǎn)。封裝工藝主要從三種途徑進(jìn)行改進(jìn)：①提高芯片面積與占用面積之比；②將封裝的電阻和熱阻減至最小；③將寄生電阻和電感減至最小。TOLL可以被應(yīng)用于離散型功率器件封裝。
車規(guī)級(jí) IGBT模塊封裝技術(shù)壁壘更高，封裝質(zhì)量及散熱重要性突出。車 規(guī)級(jí)IGBT 模塊是功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)壁壘最高的產(chǎn)品之一。車規(guī)級(jí)封 裝是保障高溫運(yùn)行、高功率密度、高可靠性的關(guān)鍵因素，不僅僅涉及 到芯片表面互連、貼片互連、端子引出、散熱等關(guān)鍵技術(shù)工藝。
直接液冷是目前車規(guī) IGBT模塊的主流散熱方案。對(duì)于模塊散熱設(shè)計(jì)而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大，需要廠商對(duì)熱力學(xué)及材料體系有較為深入的理解。早期車規(guī) IGBT 模塊采用基于銅基板的三明治結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)散熱性能差且結(jié)構(gòu)笨重，限制模塊功率進(jìn)一步提升。為提升散熱能力，針翅直接水冷散熱結(jié)構(gòu)以及更為先進(jìn)的雙面散熱被提出并廣泛采用，目前日本電裝、日立以及英飛凌的雙面散熱模塊已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn) 3：材料迭代。功率半導(dǎo)體還專注于材料的迭代，現(xiàn)有第三 代半導(dǎo)體材料可有效提升原有硅基材料的性能，突破原有器件性能天 花板。以 SiC、GaN 等第三代半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的功率半導(dǎo)體可在更高 頻、更高壓的環(huán)境下工作，性能上超過原有 Si基 IGBT 和 Si基MOSFET， 且原有的成本問題也不斷得到了優(yōu)化。（報(bào)告來源：未來智庫(kù)）
2.2. 行業(yè)特性二：IDM模式與委外代工共存，技術(shù)迭代與產(chǎn) 能供給齊飛
半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)主要存在 IDM與垂直分工兩種經(jīng)營(yíng)模式。IDM模式即垂 直一體化模式，是指半導(dǎo)體企業(yè)除進(jìn)行半導(dǎo)體設(shè)計(jì)外，業(yè)務(wù)范圍還包 括芯片制造、封裝和測(cè)試等所有環(huán)節(jié)。垂直分工模式則是將各個(gè)環(huán)節(jié) 劃分開來，各家公司只專注經(jīng)營(yíng)一個(gè)環(huán)節(jié)，例如 Fabless 模式則僅專注 于半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和銷售環(huán)節(jié)，而芯片制造和封裝測(cè)試則交給 Foundry 模 式的純代工企業(yè)。
對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)品公司而言，采用IDM模式對(duì)企業(yè)技術(shù)、資金和市場(chǎng)份額要求較高，具有典型的重資產(chǎn)屬性。公司不僅自身需要擁有研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，還需自建芯片制造、封裝和測(cè)試生產(chǎn)線，在完成半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)后銷售給下游客戶。自建芯片制造和封裝測(cè)試生產(chǎn)線就需要巨額的資金投入，如投資建設(shè)一條8英寸芯片制造產(chǎn)線的資金約30億元人民幣，因此采用IDM模式的企業(yè)往往除了擁有較強(qiáng)的研發(fā)技術(shù)實(shí)力外，還必須擁有雄厚的資本實(shí)力。在垂直分工經(jīng)營(yíng)模式下采用Fabless模式僅需專注于從事產(chǎn)業(yè)鏈中的芯片設(shè)計(jì)和銷售環(huán)節(jié)，能夠相對(duì)有效控制投入和成本。垂直分工模式在數(shù)字邏輯集成電路領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。
功率行業(yè)中公司既有 IDM模式，也有垂直分工模式。國(guó)外IDM模式公 司有英飛凌、ON Semi、TI、STMicro、東芝等；國(guó)內(nèi)公司 IDM 模式公司有華微電子、士蘭微、華潤(rùn)微等。垂直分工模式中的 Fabless 包括新 潔能、斯達(dá)等；Foundry 則包括華虹半導(dǎo)體、世界先進(jìn)、中芯國(guó)際等。
功率半導(dǎo)體采用 IDM模式的主要優(yōu)勢(shì)：
（1）IDM模式具有技術(shù)的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)，有利于積累工藝經(jīng)驗(yàn)，形成 核心競(jìng)爭(zhēng)力。其研發(fā)及生產(chǎn)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)活動(dòng)，涉及到產(chǎn)品設(shè) 計(jì)與工藝研發(fā)等多個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，IDM 模式在研發(fā)與生產(chǎn)的綜合環(huán)節(jié) 長(zhǎng)期的積累會(huì)更為深厚，有利于技術(shù)的積淀和產(chǎn)品群的形成，從而有 助于形成更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
（2）IDM模式具備資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)，針對(duì)客戶定制化需求，IDM 模式能協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。因?yàn)楣β拾雽?dǎo) 體屬于對(duì)工藝特色化、定制化要求較高的半導(dǎo)體產(chǎn)品，對(duì)設(shè)計(jì)、制造 以及封裝工藝環(huán)節(jié)結(jié)合的要求更高。在 IDM 企業(yè)內(nèi)部，公司可以通過 構(gòu)建主要產(chǎn)品工藝技術(shù)平臺(tái)，衍生開發(fā)細(xì)分型號(hào)產(chǎn)品，并持續(xù)升級(jí)產(chǎn) 品工藝平臺(tái)，形成了“構(gòu)建-衍生-升級(jí)”的良性發(fā)展模式，從而使得公司 細(xì)分型號(hào)產(chǎn)品能夠快速、“裂變式”產(chǎn)生，滿足下游多個(gè)領(lǐng)域的需求，最 終引致公司經(jīng)營(yíng)規(guī)模迅速增長(zhǎng)。相比 Fabless 模式經(jīng)營(yíng)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，公 司能夠有更快的產(chǎn)品迭代速度和更強(qiáng)的產(chǎn)線配合能力，同時(shí)也可以根 據(jù)客戶需求進(jìn)行高效的特色工藝定制。
（3）制造環(huán)節(jié)重要性高，IDM模式享受更高產(chǎn)品附加值。功率半導(dǎo)體 屬于特色工藝產(chǎn)品，定制化要求較高，且細(xì)分產(chǎn)品出貨量較低。如果 將功率半導(dǎo)體交給晶圓廠進(jìn)行代工，無法達(dá)到足夠的規(guī)模效應(yīng)，成本 較高。更重要在于公司將制造環(huán)節(jié)全部囊入公司業(yè)務(wù)，賺取了本該屬 于晶圓廠的利潤(rùn)，有利于提高公司產(chǎn)品原有的產(chǎn)品附加值。
但 IDM具有明顯的重資產(chǎn)屬性，在擴(kuò)大營(yíng)收，鞏固主要營(yíng)收市場(chǎng)方面 具有較大的約束性。隨著全球新興產(chǎn)品的爆發(fā)以及以中國(guó)為代表的區(qū) 域性需求的快速擴(kuò)張，純 IDM 公司產(chǎn)能供給無法有效跟上終端需求；另外由于半導(dǎo)體行業(yè)的周期性，純 IDM 公司極容易受制于原有固定產(chǎn) 能，陷入被動(dòng)局面。因此 IDM模式+委外代工共存是商業(yè)模式未來的發(fā)展方向，既能隨市場(chǎng)波動(dòng)及時(shí)擴(kuò)大或減少產(chǎn)能，也可以就近滿足區(qū)域 性市場(chǎng)需求。
2.3. 行業(yè)特性三：細(xì)分需求多樣化，依賴特色工藝平臺(tái)的 全面性和深度性
“平臺(tái)化多樣性”是特色工藝企業(yè)構(gòu)筑競(jìng)爭(zhēng)壁壘、打造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的核 心武器，工藝平臺(tái)越強(qiáng)大的企業(yè)，其在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、服務(wù)能力和特殊化 開發(fā)能力方面具有深厚的優(yōu)勢(shì)。
功率半導(dǎo)體行業(yè)細(xì)分需求多樣化，從大類產(chǎn)品平臺(tái)，到不同電壓、不 同面積、不同封裝外形，交叉組合可形成千余種細(xì)分產(chǎn)品。以新潔能 的產(chǎn)品布局為例，公司主要分為四大產(chǎn)品平臺(tái)：溝槽型功率 MOSFET、 超結(jié)功率 MOSFET、屏蔽柵功率 MOSFET 和 IGBT；每個(gè)平臺(tái)下又根據(jù) 不同的電壓、不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類；之后為了滿足客戶的要求，需要 調(diào)整芯片面積、采用多達(dá)三十余種封裝外形以及進(jìn)行單管、功率模塊 或者智能功率模塊的集成封裝，因此近二十個(gè)子工藝平臺(tái)疊加不同電 壓系列、不同面積系列以及不同封裝系列，交叉組合會(huì)得到 1000 余款 細(xì)分型號(hào)的產(chǎn)品。
功率半導(dǎo)體產(chǎn)品由于根據(jù)客戶定制要求所產(chǎn)生的的細(xì)分需求多樣化， 但各細(xì)分類型需求量相對(duì) IC產(chǎn)品較小，因而公司要想在行業(yè)內(nèi)獲得足 夠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于特色化工藝平臺(tái)的全面性和深度性要求極高。
新能源汽車滲透及光伏加速建設(shè)是功率半導(dǎo)體市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的最主要 驅(qū)動(dòng)力。電動(dòng)車：從 ICE（內(nèi)燃車）到 MEV（輕度混合動(dòng)力汽車），再?gòu)?MEV 到 BEV（電池電動(dòng)汽車），單輛電動(dòng)車內(nèi)部的功率器件數(shù)量在不斷增加， 再加上配套設(shè)備充電樁所含有的功率器件數(shù)量，單車驅(qū)動(dòng)的功率器件 規(guī)模大幅增長(zhǎng)。光伏：受益于“碳中和”成為大國(guó)共識(shí)疊加發(fā)電成本下降，全球光伏 裝機(jī)量亦將持續(xù)快速提升，功率半導(dǎo)體作為逆變器核心器件，亦將迎 來量?jī)r(jià)齊升。
3.1. 電車：汽車邁向純電動(dòng)化，功率半導(dǎo)體量?jī)r(jià)齊升
3.1.1. 新能源汽車持續(xù)放量，汽車電動(dòng)化大勢(shì)所趨
電動(dòng)汽車主要分為 MHEV、PHEV與 BEV三種大類。MHEV為輕度混 合動(dòng)力汽車，只是在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝小型電動(dòng)機(jī)，幫助改善發(fā)動(dòng)機(jī)的啟/ 停過程；PHEV 為插電式混合動(dòng)力汽車，同時(shí)利用電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)，且可以利用外接電源進(jìn)行充電；BEV 為純電動(dòng)汽車，利用蓄電 池存儲(chǔ)動(dòng)力，利用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電能驅(qū)動(dòng)。
隨技術(shù)不斷完善及全球政府的大力推進(jìn)，新能源汽車未來有望保持較 高增速：供給端來看。特斯拉等造車新勢(shì)力通過打造全新的用戶體驗(yàn)及產(chǎn)品模 式，倒逼傳統(tǒng)廠商向新能源轉(zhuǎn)型，形成良性循環(huán)，大量?jī)?yōu)質(zhì)新能源車 型被紛紛推向市場(chǎng)。需求端來看：購(gòu)車群體對(duì)新能源車逐步產(chǎn)生認(rèn)識(shí)疊加政府的大力推進(jìn)， 新能源汽車消費(fèi)人群逐步起量。因此，新能源車未來有望逐步替代傳 統(tǒng)能源汽車，成為汽車市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。
2021年全球新能源車出貨量快速增長(zhǎng)。進(jìn)入2021年后，全球出貨量快 速增長(zhǎng)，截至 2021 年上半年，全球新能源車出貨量超過 250 萬輛，預(yù) 計(jì)全年增速將超過50%。從出貨結(jié)構(gòu)看，純電動(dòng)和插混動(dòng)力占據(jù)全球約 99%份額，氫燃料電池汽車占比約為 1%。
分地區(qū)來看，中國(guó)是全球最大市場(chǎng)之一，2021增速較快。2020年，中 國(guó)占據(jù)全球新能源汽車出貨 41.27%，歐洲這一份額為 43.06%，二者是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)。從銷售結(jié)構(gòu)來看，國(guó)內(nèi)純電動(dòng)車占據(jù)新能 源汽車銷量比重為81.6%，混合動(dòng)力車占比為18.60%，氫燃料電池汽車 占比僅為 0.07%。
銷量增長(zhǎng)有望持續(xù)，拉動(dòng)上游汽車電子需求。隨著技術(shù)的不斷成熟與成本的顯著下降，新能源汽車的用戶體驗(yàn)得到了顯著的提升，隨著消費(fèi)者需求不斷釋放，未來中國(guó)乃至全球新能源汽車銷量將維持長(zhǎng)期高速增長(zhǎng)，行業(yè)進(jìn)入高景氣周期，預(yù)計(jì) 2021-2026 年的 CAGR 將接近 30%。隨著下游新能源汽車需求不斷釋放，汽車電子作為新能源車產(chǎn)業(yè)鏈的上游有望充分受益。
3.1.2. 汽車電動(dòng)化核心元件，功率半導(dǎo)體量?jī)r(jià)齊升
功率半導(dǎo)體在汽車中主要負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換，電動(dòng)車功率半導(dǎo)體用量提升。燃油車的功率半導(dǎo)體應(yīng)用場(chǎng)景主要包括啟停模塊、車燈、引擎、車身、音響控制、防盜以及動(dòng)力傳輸系統(tǒng)等。而對(duì)于電動(dòng)車而言，功率半導(dǎo)體用量在燃油車的基礎(chǔ)上顯著提升，主要增量體現(xiàn)在車載充電系統(tǒng) （OBC）、電池管理（BMS）、高壓負(fù)載、高壓轉(zhuǎn)低壓 DCDC、主驅(qū)動(dòng) 等，用量相比于傳統(tǒng)燃油車顯著提升，將成為電動(dòng)車核心元件之一。
相比燃油車，電動(dòng)車功率半導(dǎo)體復(fù)雜度亦顯著提升。燃油車功率器件電壓等級(jí)低，40V的功率MOSFET即可滿足EPS(電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng))和EPB(電子駐車制動(dòng)系統(tǒng))等核心安全系統(tǒng)要求。此外，燃油車動(dòng)力總成電壓往往在30V左右，電助力制動(dòng)器電壓70V左右，單車平均電氣功率不超過20kW，因此高性能車規(guī)低壓MOSFET即可滿足車輛低功耗需求。
而對(duì)于新能源汽車而言，相比于傳統(tǒng)能源車多出了主電機(jī)驅(qū)動(dòng)、DCDC、OBC、車載電動(dòng)空調(diào)、電池管理（BMS）等部件，其中純電動(dòng)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率往往可超過100kW，發(fā)電機(jī)功率平均達(dá)到30kW，單車平均功率要遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)燃油汽車。此外，與傳統(tǒng)汽車不同的是，由于較高的驅(qū)動(dòng)功率、電壓以及高能耗敏感度，電動(dòng)車廠往往會(huì)采用導(dǎo)通壓降小、工作電壓高的IGBT模塊，而非在傳統(tǒng)燃油車中采用的MOSFET，單車功率半導(dǎo)體復(fù)雜度亦將呈現(xiàn)顯著提升。
隨著電動(dòng)車加速滲透，功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量上升趨勢(shì)明顯。根據(jù)英飛凌、strategyanalytics和IHSMarkit的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，ICE（內(nèi)燃車）內(nèi)功率半導(dǎo)體價(jià)值71美元，總成本占比不足10%；而PHEV和BEV二者平均功率半導(dǎo)體價(jià)值量為330美元，占總成本的39.56%，相比ICE的功率半導(dǎo)體價(jià)值量增加了約240美元。
3.1.3. 車規(guī)級(jí)功率空間廣闊，IGBT和MOSFET增速快
IGBT及MOSFET是汽車功率半導(dǎo)體價(jià)值量提升的主要推力。傳統(tǒng)汽車中蓄電池電壓主要為12V或24V，分立功率器件主要被應(yīng)用于調(diào)節(jié)各低壓工作單元的通斷，因此最常用的分立器件是MOSFET，用以控制車燈、天窗、雨刷等模塊。而對(duì)于電動(dòng)車來說，動(dòng)力電池電壓往往要大于300V，且平均功率亦顯著提升（這意味著流經(jīng)功率模塊電流顯著提升），因而往往在關(guān)鍵環(huán)節(jié)會(huì)使用能夠適應(yīng)高電壓、大電流的IGBT模塊，同時(shí)MOSFET的用量及價(jià)值量亦顯著上升。在下文中，我們主要對(duì)新能源汽車的5大增量模塊進(jìn)行梳理。
對(duì)大多數(shù)車型而言，電驅(qū)逆變器核心部件是IGBT和FRD。逆變器可選的方案主要為硅MOSFET、IGBT以及SiC方案，MOSFET主要應(yīng)用于A00級(jí)車型，市場(chǎng)占有率較低，且未來有望被IGBT所取代。SiC目前受限于高成本及產(chǎn)能釋放，3-5年維度來看難以大規(guī)模放量，因此IGBT是電驅(qū)逆變器最為主流的方案。
以典型主控功率逆變器為例，IGBT和FRD用量大。以單驅(qū)為例，旺材電機(jī)與電控披露，英飛凌的部分產(chǎn)品由六橋臂單元（內(nèi)含6組IGBT、6組FRD）構(gòu)成，其中每個(gè)橋臂包含3顆IGBT芯片、3顆FRD芯片，共計(jì)18顆IGBT和18顆FRD。
高壓轉(zhuǎn)低壓DC-DC：開關(guān)元件主要是MOSFET，功率二極管用量多。該模塊幾乎被應(yīng)用于所有新能源車型中，功率范圍在2kW左右，其主要作用是取代傳統(tǒng)汽車中的12V發(fā)電機(jī)，將動(dòng)力電池的高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電，隨后被低壓蓄電池收集。此外，部分方案可能會(huì)采用IGBT作為開關(guān)器件。OBC：中高端產(chǎn)品采用IGBT，中低端為MOSFET方案。OBC的主要作用是將充電樁交流電轉(zhuǎn)換為動(dòng)力電池所需要的直流電，并依據(jù)BMS提供的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流等參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。IGBT單管或者高壓MOSFET等開關(guān)器件則是OBC中實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換模塊的核心開關(guān)器件。
電池管理（BMS）：核心分立器件為MOSFET。BMS主要用來可監(jiān)控并調(diào)節(jié)電動(dòng)車電池的充放電過程，通過對(duì)電池的電壓、溫度、容量、荷電狀態(tài)等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余電量的有效利用并避免電池的過充損耗。在電動(dòng)車中，每一電池組往往都有其獨(dú)立的BMS系統(tǒng)，用以確保行車安全。
新能源汽車MOSFET、IGBT單車價(jià)值量提升，市場(chǎng)空間快速增長(zhǎng)。MOSFET來看，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)及我們的測(cè)算，新能源汽車（EV/HEV）的MOSFET單車價(jià)值量有望達(dá)到31美金，相比于傳統(tǒng)燃油汽車的19美金，增長(zhǎng)約12美金。IGBT來看，結(jié)合全球汽車銷量和Yole，我們預(yù)估2020年新能源汽車（包括EV和HEV）單車IGBT價(jià)值量約為204美金。進(jìn)一步，在新能源汽車?yán)瓌?dòng)下，國(guó)內(nèi)電動(dòng)車IGBT市場(chǎng)空間從2020年的2.0億美金成長(zhǎng)至2026年的22.3億美金，CAGR為49.9%。MOSFET市場(chǎng)來看，由于燃油車亦采用MOSFET功率器件，我們測(cè)算2020年國(guó)內(nèi)車規(guī)MOSFET市場(chǎng)空間為5.0億美金，2026年將達(dá)到6.5億美金，2020-2026年CAGR為4.6%。
核心假設(shè)：假設(shè)國(guó)內(nèi)汽車出貨量平均每年2500萬輛，采用Si-MOSFET逆變器車型2020-2026出貨量預(yù)估為20/28/32/35/40/42/44萬輛，SiCMOSFET逆變器車型在2020-2026年出貨量占比分別為
15.0%/11.4%/12.4%/15.4%/18.4%/20.4%/22.4%。此外，綜合考慮新能源汽車逐步在中端及高端車型滲透，以及IGBT廠商的降價(jià)，假設(shè)2020-2026年新能源汽車IGBT價(jià)值量保持穩(wěn)定。
此外，充電基礎(chǔ)設(shè)施是電動(dòng)車必不可少的配套設(shè)施，其內(nèi)部也含有較大數(shù)量的功率器件。以典型的直流充電樁為例，三相交流380V輸入電壓經(jīng)過兩路AC/DC電路并聯(lián)后，得到800V直流母線電壓，然后經(jīng)過兩路全橋LLCDC/DC電路，輸出250V到950V（或750V）高壓給電動(dòng)汽車充電使用，從拓?fù)潆娐穪砜?，充電樁包含的功率器件較多。
充電基礎(chǔ)設(shè)施的充電效率越高，則對(duì)充電功率要求越高，繼而需要的功率器件也越多。根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)，隨著DC充電系統(tǒng)的功率的增大， 充電時(shí)間不斷減小，但每個(gè) DC 充電系統(tǒng)所含的功率器件價(jià)值處于上升 趨勢(shì)。20 kW 充電系統(tǒng)所含功率器件主要為 Si 基，價(jià)值 40 美元；150 kW 充電系統(tǒng)所含功率器件也主要為 Si基，價(jià)值 300 美元；而 350 kW 充電系統(tǒng)所含功率器件變?yōu)?SiC 基，價(jià)值3500 美元，價(jià)值相較于20 kW 充電系統(tǒng)提升明顯。因此整個(gè)電動(dòng)車系統(tǒng)所需的功率器件不僅包含電 動(dòng)車本身所擁有的，也包含充電樁內(nèi)所必需的，因此電動(dòng)汽車的發(fā)展 所帶動(dòng)的功率器件市場(chǎng)，超過我們單純依據(jù)電動(dòng)車內(nèi)功率器件價(jià)值量 所算出的增量市場(chǎng)。
3.2. 光伏：全球光伏裝機(jī)量提升，推動(dòng)功率半導(dǎo)體需求增長(zhǎng)
3.2.1. 光伏裝機(jī)量快速提升，逆變器需求將迎爆發(fā)
光伏逆變器是太陽能光伏系統(tǒng)的心臟。光伏逆變器主要由輸入濾波電 器、DC/DC MPPT 電路、DC/AC 逆變器、輸出濾波電路、核心控制單 元電路組成。逆變器在光伏電站中占據(jù)核心地位，是連接電網(wǎng)和光伏 系統(tǒng)的關(guān)鍵樞紐，其主要功能是將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為 交流電，并入電網(wǎng)或供負(fù)載使用。逆變器的性能對(duì)電站運(yùn)行平穩(wěn)性、 發(fā)電效率和使用年限都會(huì)產(chǎn)生直接影響。此外，逆變器還負(fù)責(zé)整個(gè)光 伏系統(tǒng)的智能化控制，能夠通過最大功率電追蹤（MPPT）顯著提升系 統(tǒng)發(fā)電效率，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)節(jié)和保護(hù)。
集中式逆變器和組串式逆變器占據(jù)裝機(jī)規(guī)模近90%的份額，是當(dāng)前行 業(yè)主流。光伏逆變器的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了集中式逆變器、集散式逆 變器、組串式逆變器和微型逆變器四大類，當(dāng)前集中式和組串式逆變 器占據(jù)近 90%的裝機(jī)規(guī)模。
集中式逆變器體積大、功率高，通常功率在500kW以上，只適用于大型地面集成式光伏電站。組串式逆變器體積小、易安裝、功率小，功率略小于集中式逆變器，可調(diào)節(jié)多塊光伏組件的電流輸出，適用于分布式光伏系統(tǒng)。隨著技術(shù)發(fā)展，組串式逆變器逐漸也可用于大功率電站場(chǎng)景，疊加其安裝方便等優(yōu)勢(shì)，滲透率迅速提升。2020年國(guó)內(nèi)組串式逆變器出貨量已占據(jù)市場(chǎng)65%以上的份額。
乘政策之東風(fēng)，全球光伏市場(chǎng)方興未艾。隨著全球多個(gè)國(guó)家陸續(xù)提出碳中和的相關(guān)政策，光伏發(fā)電在全球的能源占比未來將不斷提升。全球來看，光伏發(fā)電不僅在歐美日等發(fā)達(dá)地區(qū)蓬勃發(fā)展，在中東、南美等地區(qū)也在快速起量，目前已經(jīng)成為清潔、低碳并具備一定價(jià)格優(yōu)勢(shì)的發(fā)電形式。2021年，在光伏發(fā)電成本持續(xù)下降及全球政府大力支持等有利因素的推動(dòng)下，全球光伏新增裝機(jī)量有望快速增長(zhǎng)。
國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)空間廣闊。2020年，國(guó)內(nèi)光伏新增裝機(jī)48.2GW，創(chuàng)歷史 第二高，同比增加 60.1%。2020 年由于受到疫情影響，20H1 新增光伏 裝機(jī)規(guī)模較少的情況下，下半年光伏裝機(jī)快速發(fā)展，12 月單月新增光 伏裝機(jī)規(guī)模達(dá)到 29.5 GW，創(chuàng)歷史新高。
光伏新增裝機(jī)放量疊加存量替代空間擴(kuò)大，逆變器滲透率提升。光伏 新增裝機(jī)速度逐年提升，市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，作為光伏電站系統(tǒng)核心 的逆變器有望迎來量?jī)r(jià)齊升。此外，存量市場(chǎng)方面，考慮到光伏逆變 器壽命一般在 10 年左右，當(dāng)前存量替換需求主要來自 2010 年前后分布于歐洲地區(qū)的光伏裝機(jī)。國(guó)內(nèi)光伏裝機(jī)于 2013 年起騰飛，因此預(yù)計(jì)未 來 2-3 年國(guó)內(nèi)存量替換市場(chǎng)也將不斷擴(kuò)大。如果假設(shè)存量替代為 10 年 前的新增規(guī)模，則未來存量替代亦將顯著拉動(dòng)光伏逆變器的需求。綜 上，光伏裝機(jī)增量與存量的相互作用，將帶動(dòng)光伏逆變器滲透率不斷 提升、市場(chǎng)空間顯著擴(kuò)大。
3.2.2. IGBT是逆變器核心，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間廣闊
IGBT等功率半導(dǎo)體是逆變器實(shí)現(xiàn)直流轉(zhuǎn)交流的關(guān)鍵所在，在逆變器成 本中約占據(jù) 13%的價(jià)值。IGBT 和MOSFET 等電力電子開關(guān)器件的高頻 率開合特性是逆變器實(shí)現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)交流電這一基礎(chǔ)功能的基礎(chǔ)。逆變 器生產(chǎn)所需原材料主要包括電子元器件、機(jī)構(gòu)件以及輔助材料，其中 電子元器件包括功率半導(dǎo)體、集成電路、電感磁性元器件、PCB 線路 板、電容、開關(guān)器件、連接器等，機(jī)構(gòu)件主要為壓鑄件、鈑金件等， 輔助材料主要包括塑膠件等絕緣材料。根據(jù)固德威招股說明書披露， 機(jī)構(gòu)件、電感、IGBT 功率器件為 3 大核心耗材，占據(jù)近 60%的成本， 其中 IGBT 功率器件占據(jù)約 13%，位列第三。
全球逆變器 IGBT市場(chǎng)擴(kuò)容，國(guó)內(nèi)逆變器廠商市占率高。我國(guó)逆變器產(chǎn)業(yè)經(jīng)過大量的研發(fā)積累，近年來不斷從海外品牌 ABB、SMA、TMEIC 等手中搶奪市場(chǎng)份額，形成了華為、陽光電源、錦浪、固德威等諸多 逆變器全球龍頭企業(yè)，當(dāng)前中國(guó)逆變器出貨全球市占率已經(jīng)超過65%。
2026 年國(guó)內(nèi)光伏逆變器 IGBT需求有望超過 40 億人民幣。根據(jù)測(cè)算， 我們預(yù)估 2026 年全球光伏 IGBT 市場(chǎng)需求將從 2020 年的 28.3億元提升 至 63.5 億元。若假設(shè)國(guó)內(nèi)廠商能拿到 65%的市場(chǎng)份額，則國(guó)內(nèi)光伏 IGBT 需求將從 2020 年的 18.4 億元提升至 2026 年的 41.3 億元，CAGR 達(dá)到 14.4%。由此可見，光伏放量驅(qū)動(dòng)逆變器市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，逆變器進(jìn)一步為光伏 IGBT 帶來巨大的增長(zhǎng)潛力，光伏 IGBT 有望迎來量?jī)r(jià)齊升。
對(duì)于功率半導(dǎo)體企業(yè)而言，想實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)份額及營(yíng)收規(guī)模的快速提升， 關(guān)鍵有二：
1、能力：國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)和平臺(tái)化（產(chǎn)品覆蓋度）是核心要素。全球功 率器件市場(chǎng)基本為英飛凌等國(guó)際大廠壟斷，國(guó)內(nèi)廠商目前仍主要集中 在二極管、低壓 MOSFET 等低端功率器件市場(chǎng)。短時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)廠商 要想增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，最主要是在產(chǎn)品技術(shù)和平臺(tái)化 建設(shè)上做出足夠的投入。
產(chǎn)品技術(shù)方面：設(shè)計(jì)、制造及封裝工藝加速研發(fā)追趕。盡管功率半導(dǎo) 體對(duì)設(shè)計(jì)、制造、模塊封裝乃至材料等技術(shù)都有較高的要求，但技術(shù) 迭代速度較慢，國(guó)內(nèi)廠商通過產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同有望突破壁壘，強(qiáng)化技術(shù)和 產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。平臺(tái)化建設(shè)方面：“平臺(tái)化多樣性”是特色工藝企業(yè)構(gòu)筑競(jìng)爭(zhēng)壁壘、打 造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的核心武器，工藝平臺(tái)越強(qiáng)大的企業(yè)，其在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、服 務(wù)能力和特殊化開發(fā)能力方面具有深厚的優(yōu)勢(shì)，因此足夠全面性和深 度性的特色化工藝平臺(tái)有助于增強(qiáng)公司的競(jìng)爭(zhēng)力。
2、機(jī)遇：缺貨周期恰逢產(chǎn)能釋放，是實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入的重要契機(jī)。功率 半導(dǎo)體平均價(jià)值量低、在產(chǎn)品及系統(tǒng)效能中重要性高，下游客戶通常不會(huì)輕易更換供應(yīng)商，新進(jìn)入者實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入難度大。通過復(fù)盤過往 半導(dǎo)體景氣周期，我們發(fā)現(xiàn)在缺貨時(shí)期恰逢產(chǎn)能釋放是實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入 的重要契機(jī)，公司有望借機(jī)獲得長(zhǎng)期成長(zhǎng)機(jī)遇。
4.1. 英飛凌市占率領(lǐng)先，行業(yè)格局相對(duì)分散
功率半導(dǎo)體市場(chǎng)以英飛凌為龍頭廠商，整體市場(chǎng)份額相對(duì)分散。根據(jù) IHS markit 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019 年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)龍頭廠商英飛凌市場(chǎng)份 額為 19%，其次為安森美公司，占 8%，之后各公司的市場(chǎng)份額均不超 過 6%，整體市場(chǎng)份額相對(duì)分散。
從橫向角度看，2015年后市場(chǎng)集中度整體有所下降，行業(yè)集中度水平 CR10 下降 5.9%，CR5 下降 2.8%。根據(jù) IHS markit 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自 2009 年后，市場(chǎng)集中度整體處于上升趨勢(shì)，行業(yè)整合增多，頭部效應(yīng) 不斷加強(qiáng)，且 top1 廠商始終為英飛凌，所占份額不斷增多，從 2009 年 的 11%增加到 2019 年的 19%；但是 2015年后，市場(chǎng)集中度整體有所下 降，市場(chǎng)份額相對(duì)分散。從長(zhǎng)周期角度看，功率半導(dǎo)體行業(yè)集中度水 平 CR1將維持在 20%左右，CR5將維持在 40%左右，CR10將維持在 60%左右。
頭部功率半導(dǎo)體廠商均為 IDM模式，行業(yè)格局較為穩(wěn)定。根據(jù) IHS markit 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2009 年，功率半導(dǎo)體前五廠商分別為英飛凌、 Toshiba、Fairchild、Mitsubishi 和 STMicro；2019 年功率半導(dǎo)體前五廠 商分別為英飛凌、ON Semi、STMicro、Mitsubishi 和 Toshiba。其中 Fairchild 在 2016 年被 ON Semi 收購(gòu)，ON Semi從而代替 Fairchild 出現(xiàn) 在榜單上?？傮w來看，排除份額的變化，功率半導(dǎo)體前 5 廠商位序變動(dòng) 不大。
從 2019年數(shù)據(jù)來看，功率半導(dǎo)體前十廠商基本為歐美日功率大廠，中 國(guó)廠商暫時(shí)處于弱勢(shì)地位。從 2019 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，英飛凌、 STMicro 為 歐洲 廠商 ，ONSemi、Vishay 和 ROHM 為美 國(guó)廠 商 ， Mitsubishi、Toshiba、Fuji Electric 和 Renesas 為日本廠商，Nexperia 本為 歐洲廠商，現(xiàn)已被聞泰科技收購(gòu)。整體而言，中國(guó)功率半導(dǎo)體廠商暫 時(shí)處于弱勢(shì)地位，市場(chǎng)份額較低。
4.2. 國(guó)內(nèi)廠商快速發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力不斷強(qiáng)化
中國(guó)是最大的功率半導(dǎo)體需求國(guó)之一，占據(jù)全球功率半導(dǎo)體30%的需求。但國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后。歷經(jīng)多年追趕，隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo) 體行業(yè)整體的崛起，功率半導(dǎo)體行業(yè)亦迎來新轉(zhuǎn)機(jī)。新能源汽車、光 伏帶來功率器件新應(yīng)用場(chǎng)景，國(guó)產(chǎn)廠商有望抓住機(jī)遇，打破國(guó)外壟斷 市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)部分功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)替代，主要依據(jù)有三：
一、 技術(shù)研發(fā)層面，與國(guó)外廠商差距不斷縮小。經(jīng)過多年的積累， 國(guó)內(nèi)廠商如士蘭微、時(shí)代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪、華虹等廠商 已取得很大的技術(shù)進(jìn)步，與海外巨頭之前的技術(shù)差距正在縮小， 國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程正加速進(jìn)行。
二、 客戶服務(wù)層面，本土廠商有更強(qiáng)配套優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)新能源汽車、 光伏逆變器等新興需求增速領(lǐng)先全球，是最大的市場(chǎng)之一，本土 廠商有望憑借更積極的響應(yīng)和定制化的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)份額的提升。
三、 供應(yīng)鏈層面，疫情證明國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈實(shí)力。疫情在運(yùn)輸及生產(chǎn) 方面影響全球供給，而國(guó)內(nèi)強(qiáng)大的疫情控制能力使得供應(yīng)鏈得以 第一時(shí)間保障，證明了國(guó)內(nèi)制造業(yè)供應(yīng)鏈的實(shí)力。未來更多國(guó)內(nèi) 的廠商愿意去嘗試引入本土供應(yīng)商，保障供應(yīng)鏈安全。
因此，我們認(rèn)為未來國(guó)內(nèi)的功率半導(dǎo)體無論是二極管/晶閘管，還是 MOSFET，乃至難度更高的 IGBT，市場(chǎng)份額均有望顯著提升，實(shí)現(xiàn)功 率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)替代。
4.2.1. 二極管/晶閘管
對(duì)于二極管和晶閘管而言，由于技術(shù)壁壘較低，國(guó)內(nèi)廠商市占率較高：
1、 晶閘管國(guó)內(nèi)廠商份額領(lǐng)先。在晶閘管的市場(chǎng)格局方面，根據(jù) IHS Markit 和 WSTS 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019 年度瑞能半導(dǎo)體晶閘管產(chǎn)品的全 球市場(chǎng)占有率為 21.8%，全球排名第二，中國(guó)市場(chǎng)占有率達(dá) 36.2%， 國(guó)內(nèi)排名第一。此外，根據(jù)捷捷微電披露，公司部分晶閘管產(chǎn)品占 據(jù)國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品 50%左右份額，部分產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)媲美進(jìn)口同類 產(chǎn)品。
2、 二極管市場(chǎng)較為分散，國(guó)內(nèi)出口金額大于進(jìn)口。二極管技術(shù)簡(jiǎn)單， 中國(guó)大陸廠商憑借低成本及政府的大力扶持快速崛起。從今年來的 進(jìn)、出口金額來看，二極管國(guó)產(chǎn)替代率較高，并遠(yuǎn)銷海外。
4.2.2. MOSFET
中國(guó)占全球 MOSFET 需求 38%，國(guó)內(nèi)廠商份額較低。就 MOSFET 競(jìng)爭(zhēng)格局而言，英飛凌為分立 MOSFET 全球龍頭廠商，市場(chǎng)份額占 24.6%，中國(guó)廠商主要有 Nexperia 和華潤(rùn)微（China Resources）， 分別占 4%和 3%的市場(chǎng)份額。我們將從國(guó)內(nèi)廠商 MOSFET產(chǎn)品下游覆蓋的廣度以及技術(shù)深度兩個(gè)角 度出發(fā)，探討國(guó)產(chǎn) MOSFET供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)力：
1、通過 MOSFET電壓等級(jí)來看產(chǎn)品覆蓋廣度。從下游應(yīng)用來看，不 同電壓等級(jí)對(duì)應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景。其中，低壓 MOSFET 應(yīng)用十分廣 泛，2021 年上半年受益于消費(fèi)電子的旺盛需求，拉動(dòng)低壓 MOSFET 出 貨快速增長(zhǎng)，有望達(dá)到 36 億美金。此外，中電壓和高電壓的 MOSFET 主要被應(yīng)用于電網(wǎng)、汽車、基站以及工控中，市場(chǎng)需求亦穩(wěn)步增長(zhǎng)。
國(guó)內(nèi) MOSFET產(chǎn)品覆蓋大多數(shù)電壓等級(jí)，市場(chǎng)覆蓋范圍廣。通過梳理 國(guó)內(nèi)主要上市公司 MOSFET 的主要電壓等級(jí)（包括 P型和 N型溝道）， 我們發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)公司產(chǎn)品覆蓋廣度已經(jīng)可滿足大部分的下游應(yīng)用需求。其中從電壓范圍 來看，華潤(rùn)微 、士蘭微、新潔 能、捷捷微電 的MOSFET 產(chǎn)品覆蓋面較廣。
2、從器件結(jié)構(gòu)來國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)進(jìn)步。
目前國(guó)內(nèi)廠商大部分已掌握超結(jié)及溝槽 MOSFET工藝。目前來看，國(guó) 內(nèi)廠商華潤(rùn)微、士蘭微等廠商均已掌握平面、溝槽及超結(jié) MOSFET 產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力，在器件結(jié)構(gòu)技術(shù)方面已和國(guó)外廠商并駕齊驅(qū)， 技術(shù)實(shí)力有望不斷提升。
技術(shù)進(jìn)步疊加產(chǎn)品線逐漸豐富，大陸 MOSFET 廠商有望崛起。從 MOSFET 產(chǎn)品種類 來看，新潔 能 MOSFET 產(chǎn)品種類已經(jīng)達(dá)到 1300 種以上，雖然與英飛凌（超 2500 種 MOSFET 產(chǎn)品）尚有一定差距，但亦能說明國(guó)內(nèi) MOSFET 廠商已形成了豐富的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可為下游應(yīng)用領(lǐng)域提供綜合解決方案。隨著技術(shù) 的不斷突破，對(duì)于中高端的 MOSFET 市場(chǎng)而言，下游客戶對(duì)器件性能 及客戶匹配的重視程度要高于低端 MOSFET，國(guó)內(nèi)廠商有望憑借技術(shù) 突破及本土化優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)客戶的快速導(dǎo)入。
4.2.3. IGBT
就 IGBT競(jìng)爭(zhēng)格局而言，在分立 IGBT方面，全球龍頭供應(yīng)商為英飛凌， 市場(chǎng)份額占 32.5%，中國(guó)廠商士蘭微進(jìn)入前十，市場(chǎng)份額占 2.2%；在 IPM方面（下游主要是消費(fèi)和工業(yè)），全球龍頭供應(yīng)商為三菱電機(jī)， 市場(chǎng)份額占 37%，中國(guó)廠商士蘭微再次進(jìn)入前十，市場(chǎng)份額占1%（在 IPM領(lǐng)域份額較高）。
在 IGBT模組方面，英飛凌為全球絕對(duì)龍頭，市場(chǎng)份額占35.6%，中國(guó)廠商斯達(dá)排名第八，市場(chǎng)份額 2.4%。中國(guó)廠商進(jìn)入 IGBT 行業(yè)較晚， 但是通過研發(fā)交流，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，中國(guó)廠商目前已經(jīng)研發(fā)出第六代 FSTrench IGBT，并在第七代 RC IGBT 上具備相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備，同時(shí)隨著 政府對(duì)中國(guó) IGBT 企業(yè)的政策支持，疊加中國(guó)下游市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的大量需 求，中國(guó)企業(yè)有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的國(guó)產(chǎn)替代，后來居上與國(guó)際巨頭正面 競(jìng)爭(zhēng)。
我們同樣從國(guó)內(nèi)廠商 IGBT產(chǎn)品下游覆蓋的廣度以及技術(shù)能力兩個(gè)角度 出發(fā)，探討國(guó)產(chǎn) IGBT供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)力：
1、覆蓋廣度來看：國(guó)內(nèi)廠商 IGBT產(chǎn)品電壓范圍內(nèi)覆蓋主要應(yīng)用。車規(guī)級(jí) IGBT 模塊和分立器件電壓范圍主要涵蓋 750 V-1400 V，工業(yè)應(yīng)用 IGBT 模塊電壓范圍往往在 1200 V以上。國(guó)內(nèi) 廠商的產(chǎn)品電壓規(guī)格目前大部分已經(jīng)涵蓋 500-1400 V，卡位下游最主要 的車規(guī)及工業(yè)分立器件應(yīng)用，成長(zhǎng)性較高。此外，斯達(dá)半導(dǎo)等公司的 產(chǎn)品電壓范圍已經(jīng)覆蓋 3300 V 以上，在高端工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域具備較強(qiáng) 競(jìng)爭(zhēng)力。
2、電學(xué)參數(shù)來看：部分國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí) IGBT模塊性能已與國(guó)外廠商相當(dāng)。英飛凌是 IGBT 模塊的主流廠商，尤其是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，其 Hybrid PACK 產(chǎn)品客戶覆蓋寶馬新能源以及國(guó)內(nèi)的精進(jìn)電機(jī)、上海電驅(qū)動(dòng)、匯 川等供應(yīng)商。此外英飛凌還推出可用于重型卡車、客車的 Econodual、 Prime PACK系列模塊，產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先且應(yīng)用廣泛。通過與英飛凌 Econodual 1200 V/600 A電 動(dòng)汽車 IGBT 模塊的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)其電學(xué)性能與國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)， 部分性能如飽和壓降 VCE(sat)等相較于國(guó)外產(chǎn)品性能更加優(yōu)異。
3、模塊散熱來看：目前國(guó)內(nèi)廠商在直接液冷方案已實(shí)現(xiàn)突破。盡管雙面冷卻更為先進(jìn)，但我們預(yù)計(jì)單面液冷仍在一段時(shí)間是下游電動(dòng)車模 塊的主要散熱方案。此外，對(duì)于雙面冷卻模塊方案（主要用于高端 新能源車型如雷克薩斯等），國(guó)內(nèi)廠商也在加速突破。隨著國(guó)內(nèi) IGBT 廠商已突破下游應(yīng)用較為廣泛的直接液冷方案，以及在雙面冷卻封裝 領(lǐng)域的持續(xù)研發(fā)投入，IGBT 模塊封裝能力在電動(dòng)車等下游新興領(lǐng)域已 經(jīng)有了較高競(jìng)爭(zhēng)力。
技術(shù)進(jìn)步疊加下游需求放量，國(guó)內(nèi) IGBT廠商有望崛起。通過上文對(duì)國(guó) 內(nèi)廠商 IGBT 產(chǎn)品的梳理，在器件電壓覆蓋范圍及技術(shù)指標(biāo)均滿足電動(dòng) 車等新興下游領(lǐng)域的需求。
國(guó)內(nèi)廠商在車規(guī) IGBT領(lǐng)域滲透率有望持續(xù)提升。根據(jù)斯達(dá)半導(dǎo)的招股書披露，隨著 IGBT 電學(xué)性能的不斷 提升，公司 IGBT 模塊已進(jìn)入到匯川、上海電驅(qū)動(dòng)等國(guó)產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)供應(yīng)商。此外，在中低端 IGBT 領(lǐng)域，如家電 IPM、 工業(yè)單管及模塊等應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)廠商有望通過性價(jià)比優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)份額的穩(wěn)步增長(zhǎng)。
4.3. 缺貨加速國(guó)產(chǎn)替代，國(guó)內(nèi)廠商獲得良機(jī)
4.3.1. 終端需求不斷釋放，功率器件缺貨持續(xù)
終端需求不斷上漲，8寸產(chǎn)品缺貨漲價(jià)成共識(shí)。2020年以來終端需求不 斷上漲的關(guān)鍵原因主要分為三個(gè)：①5G 商用需求量?jī)r(jià)齊升，帶動(dòng)原材 料硅含量增加以及功率管理應(yīng)用成長(zhǎng)；②年初“防疫停工”導(dǎo)致晶圓 產(chǎn)能被拖后 2-3 月，同時(shí)“宅經(jīng)濟(jì)”需求暢旺，帶動(dòng)平板等消費(fèi)電子的 需求上升；③“華為禁令”、“中芯遭禁”的國(guó)際貿(mào)易摩擦加重市場(chǎng)擔(dān) 憂帶動(dòng)囤貨。另外，智能手機(jī)發(fā)布會(huì)的追單效應(yīng)、車用芯片訂單的大 幅釋放，都加劇了 8寸產(chǎn)能的緊缺，2021 年 8寸產(chǎn)品缺貨漲價(jià)幾乎成市 場(chǎng)共識(shí)。
功率器件主要依賴于 8寸產(chǎn)線，受影響程度嚴(yán)重。雖然12英寸晶圓廠 已經(jīng)逐漸成為主流，但是 8 英寸晶圓更加適配功率器件。首先，8 英寸 晶圓具備更加成熟的特色工藝，而功率器件對(duì)特種工藝的要求較高；其次，8 英寸晶圓產(chǎn)線相對(duì)于 12 英寸晶圓產(chǎn)線具有成本優(yōu)勢(shì)，大多數(shù) 8 英寸設(shè)備已經(jīng)完成折舊，剩余折舊額較低，在市場(chǎng)產(chǎn)能緊缺及漲價(jià)效 應(yīng)下，更具經(jīng)濟(jì)效益。因而在 8 寸線產(chǎn)品供不應(yīng)求的形勢(shì)下，功率器件 受影響程度同樣嚴(yán)重。
功率器件產(chǎn)能吃緊，各類供應(yīng)商紛紛加入漲價(jià)浪潮。2021 年 Q3新一輪已 調(diào)價(jià)產(chǎn)品涵蓋了 IPM、IGBT、二極管、LED 驅(qū)動(dòng)芯片等產(chǎn)品類別，涉 及 LED 照明、家電、汽車等細(xì)分市場(chǎng)。
國(guó)內(nèi)主要功率器件供應(yīng)商仍然是 Infineon、ON Semi、STMicro等國(guó)際大 廠。根據(jù) IHS 的統(tǒng)計(jì)，就 MOSFET 市場(chǎng)而言，英飛凌、安森美、東芝、 ST 以及瑞薩合計(jì)占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主要份額，國(guó)際大廠供應(yīng)不足，必 然導(dǎo)致當(dāng)下國(guó)內(nèi)功率器件需求的進(jìn)一步緊缺。
4.3.2. 復(fù)盤歷史缺貨周期，國(guó)產(chǎn)替代有望加速
行業(yè)缺貨是國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商完成客戶導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展的重要 契機(jī)。因 此，對(duì)于國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)而言，下游需求放量或者上游供給短缺 導(dǎo)致的產(chǎn)品缺貨階段，是其實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入的重要窗口期。復(fù)盤過往兩 次功率半導(dǎo)體的景氣周期（2009-2011,2016-2018）可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)行業(yè)缺 貨時(shí)，若恰逢細(xì)分產(chǎn)品技術(shù)成熟及產(chǎn)能釋放，國(guó)內(nèi)廠商有望獲得重要 發(fā)展機(jī)遇。
1、2009-2011 年的功率景氣周期。2008 年經(jīng)濟(jì)危機(jī)使得各大廠商縮減 制造產(chǎn)能，隨著 2009 年年末全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，市場(chǎng)對(duì)功率器件的需求大 幅上升，導(dǎo)致功率器件開始供不應(yīng)求。根據(jù) Vishay 披露的二極管 book to bill數(shù)據(jù)，2010 年第一季度 book to bill達(dá)到了 1.63。隨著供給的不斷 釋放，功率行業(yè)景氣度隨后開始逐漸下滑。
士蘭微功率 MOSFET、二極管等產(chǎn)品出貨提升。在缺貨的背景下，國(guó) 內(nèi)廠商如士蘭微憑借其產(chǎn)能不斷釋放（2010 年擴(kuò)產(chǎn)后的士蘭集成產(chǎn)能 達(dá)到 12.5 萬片每月，2011 年達(dá)到 15.8 萬片每月）以及技術(shù)的發(fā)展 （2009 年開始具備高壓 VDMOS 和低壓 VDMOS 等產(chǎn)品量產(chǎn)能力），實(shí) 現(xiàn)了在 MOSFET 以及二極管等產(chǎn)品領(lǐng)域的出貨提升。2010 年全年公司 分立器件業(yè)務(wù)營(yíng)收達(dá)到了 5.13 億，同比增長(zhǎng) 60%以上。
2、2016-2018年的功率景氣周期。2016年末美國(guó)二極管和三極管制造商Diodes密蘇里州工廠KFAB因火災(zāi)停工（后于2017年Q3正式關(guān)閉），導(dǎo)致供給下滑。同時(shí)由于指紋識(shí)別芯片、CIS芯片占用了大量的8寸產(chǎn)能，導(dǎo)致全球功率半導(dǎo)體供給雪上加霜。2016年末起，功率半導(dǎo)體器件行情回暖，部分MOSFET、二極管、晶閘管交期出現(xiàn)延長(zhǎng)。2017年，隨長(zhǎng)電科技大漲MOSFET價(jià)格，臺(tái)廠富鼎、尼克森的供貨商開始全面漲價(jià)，鑄就2016-2018兩年的功率半導(dǎo)體景氣周期。最終，2018年Q3，臺(tái)廠商營(yíng)收到達(dá)高點(diǎn)，隨后開始逐月回落，景氣度逐漸下滑。
士蘭微IPM產(chǎn)品受益缺貨實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入。士蘭微自2007年發(fā)力高壓驅(qū)動(dòng)電路HVIC設(shè)計(jì)，2010年進(jìn)軍高壓功率模塊IPM封裝。2012年起，公司IPM產(chǎn)品開始在白電工業(yè)領(lǐng)域推廣。在2016-2018年功率半導(dǎo)體缺貨的背景下，士蘭微IPM在國(guó)內(nèi)白電客戶中持續(xù)取得突破（其8寸產(chǎn)線亦在2017年開始貢獻(xiàn)產(chǎn)能，年末實(shí)現(xiàn)1.5萬片月產(chǎn)能），完成了客戶導(dǎo)入并取得在國(guó)內(nèi)廠商中的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，其白電核心客戶目前已經(jīng)包括海信、海爾、長(zhǎng)虹、美的、格力等知名廠商。2020年，士蘭微在白電客戶IPM的出貨量超過1800萬顆（2016年IPM出貨數(shù)僅為100萬顆左右），實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。
本次缺貨亦將成為國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商發(fā)展的重要機(jī)遇，無論IDM還是 Fabless 都有機(jī)會(huì)，理由有二：
1、大陸功率產(chǎn)能恰在本輪缺貨周期中釋放，功率半導(dǎo)體廠商產(chǎn)品供給 較為充沛。其中英飛凌、意法半導(dǎo)體以及國(guó)內(nèi)的華虹 （代工廠）、士蘭微將領(lǐng)先增長(zhǎng)，合計(jì)將增加 70萬片/月等效 8寸產(chǎn)能。
國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體代工產(chǎn)能在缺貨周期不斷釋放。IDM廠商士蘭微12寸特色工藝產(chǎn)線于2020年年末投產(chǎn)，21年底產(chǎn)能有望達(dá)到3.5萬片/月，2022年有望爬坡至6萬片/月。華虹無錫12寸代工產(chǎn)能自2019年Q3投產(chǎn)后持續(xù)釋放，預(yù)期2021年底會(huì)達(dá)到6.5萬片/月的產(chǎn)能，且目前已經(jīng)具備量產(chǎn)IGBT能力。中芯紹興8寸產(chǎn)能自2019年年末量產(chǎn)后，2021年8月月產(chǎn)能已爬坡至7萬片/月。此外，IDM廠商華潤(rùn)微規(guī)劃3萬片/月的12寸產(chǎn)線亦預(yù)計(jì)在2022年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能貢獻(xiàn)。在本輪缺貨周期中，國(guó)內(nèi)功率新增產(chǎn)能占全球比重較高。因此，在本輪景氣周期中，國(guó)內(nèi)廠商代工供給較為充沛，新客戶的導(dǎo)入預(yù)計(jì)將較為順利。
2、國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品力持續(xù)升級(jí)，有望在中高端市場(chǎng)快速滲透。與上兩輪周期比，當(dāng)下國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商已具備更高的產(chǎn)品力，有望向中高端市場(chǎng)快速滲透，相關(guān)公司有望獲得長(zhǎng)期持續(xù)成長(zhǎng)。IPM來看，如士蘭微在IPM領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，恰逢其12寸線產(chǎn)能釋放，有望在缺貨周期進(jìn)一步提升IPM市場(chǎng)份額。車規(guī)IGBT來看，斯達(dá)半導(dǎo)IGBT產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入到國(guó)內(nèi)新能源汽車tier1中，隨華虹12寸產(chǎn)能不斷爬坡、釋放，IGBT模塊在國(guó)內(nèi)新能源車型中份額或?qū)@著提升。光伏IGBT來看，根據(jù)宏微科技披露，其光伏產(chǎn)品亦在逐步放量。（報(bào)告來源：未來智庫(kù)）
前文論述過關(guān)于功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)替代問題，而碳化硅產(chǎn)業(yè)仍處于起 步階段，國(guó)內(nèi)、外廠商有望同臺(tái)競(jìng)技。
5.1. 碳化硅材料高性能，市場(chǎng)快速持續(xù)增長(zhǎng)
5.1.1. 碳化硅性能較優(yōu)異，下游需求快速擴(kuò)張
區(qū)別于傳統(tǒng)硅基襯底，碳化硅半導(dǎo)體材料具有耐高壓、耐高溫、低損 耗等優(yōu)良性質(zhì)。相比于傳統(tǒng)單晶硅，碳化硅的擊穿電壓約為硅基材料 的 10 倍（更高的擊穿電壓有利于器件承受高壓）。此外，碳化硅具備熱 導(dǎo)率是硅材料的 2-3 倍，使得碳化硅散熱更加迅速，有助于提高器件功 率密度，在相同電流下，設(shè)備尺寸可以做得更小。同時(shí)，碳化硅材料 具有相比于硅約 2 倍的飽和電子漂移速率、3 倍的禁帶寬度，使得碳化 硅導(dǎo)通電阻率更低、功率損耗更小。另外，碳化硅器件在關(guān)斷過程中 不存在電流拖尾現(xiàn)象，可以大幅提高實(shí)際應(yīng)用的開關(guān)頻率，降低開關(guān) 損耗。
根據(jù)電阻率不同，碳化硅襯底可以分為導(dǎo)電型和半絕緣型兩類，分別 外延 SiC 和 GaN后，適用于不同的場(chǎng)景，下游需求正持續(xù)擴(kuò)張。
1）導(dǎo)電型襯底電阻率在 15-30 mΩ·cm，主要適用于耐高溫、耐高壓的 功率器件。通過化學(xué)氣相沉淀生長(zhǎng)碳化硅外延層后，可制得碳化硅基 碳化硅外延片（SiC-on-SiC），進(jìn)一步可制成肖特基二極管、MOSFET、 IGBT 等，應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空 航天等領(lǐng)域。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2020 年 SiC 電子電力市場(chǎng)規(guī)模約 5.4億美 元，到 2025 年這一規(guī)模有望超過 25 億美金。
2）半絕緣型襯底電阻率約在 105Ω·cm以上，外延生長(zhǎng) GaN材料，形成 碳化硅基氮化鎵外延片（GaN-on-SiC），主要應(yīng)用于微波射頻領(lǐng)域，在 5G 驅(qū)動(dòng)的通訊變革中，GaN 外延片需求有望得到提升。2020 年底， GaN 電子電力市場(chǎng)約 1.51 億美元，預(yù)計(jì) 2025 年將超過 6.8 億美元。
5.1.2. 技術(shù)資金壁壘限制，目前供需仍存缺口
因此，盡管碳化硅材料性質(zhì)優(yōu)異，但受到技術(shù)、資金雙重壁壘限制， 當(dāng)前碳化硅襯底供需仍存缺口。
1）技術(shù)：熔點(diǎn)高、硬度強(qiáng)、晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成碳化硅制備工藝難。碳化硅襯底制備采用物理氣相傳輸法（PVT），區(qū)別于傳統(tǒng)單晶 1600 ℃的 生長(zhǎng)環(huán)境，碳化硅生長(zhǎng)溫度需高達(dá) 2000 ℃、壓強(qiáng)近 350 MPa，以使其 升華，這對(duì)長(zhǎng)晶爐、熱場(chǎng)等設(shè)備都提出了更高的要求。此外，碳化硅 硬度強(qiáng)，是僅次于金剛石硬度的材料，為消除表面的損傷，后續(xù)切片、 打磨、拋光的材料要求比傳統(tǒng)工藝更加苛刻。碳化硅本身晶形多樣， 有超過 200 種近似的晶形，但只有零缺陷、全為 4H 晶形的襯底才算制 備成功，而為達(dá)到這一目的，則需要更精確的材料配比、溫度控制， 以及豐富的經(jīng)驗(yàn)積累。
2）資金：投資門檻不高但回報(bào)期長(zhǎng)。對(duì)于襯底而言，廠商需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行較為復(fù)雜的工藝調(diào)試從而提升良率，耗時(shí)較大。對(duì)于器件而言，碳化硅器件與傳統(tǒng)硅工藝有一定差異，部分工藝需要高溫處理（離子注入和退火）。國(guó)內(nèi)部分碳化硅產(chǎn)線采用舊6寸硅生產(chǎn)線搭配部分專用設(shè)備，盡管初始投資規(guī)模不大，但需要對(duì)制造工藝進(jìn)行長(zhǎng)期打磨和調(diào)試。為在技術(shù)上取得突破，行業(yè)新進(jìn)入者需要長(zhǎng)期持續(xù)的資本投入，導(dǎo)致器件出貨價(jià)也較高。但隨著工藝不斷成熟，單位成本降低，碳化硅半導(dǎo)體價(jià)格逐漸下降，有望部分替代IGBT，同時(shí)持續(xù)帶動(dòng)需求放量，反過來進(jìn)一步助推制造商形成規(guī)模效應(yīng)、降低成本，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。
國(guó)內(nèi)供需仍存缺口，有效產(chǎn)能不足。我國(guó)2020年碳化硅導(dǎo)電型襯底產(chǎn)能約40萬片/年（約當(dāng)4英寸）、外延片折合6英寸22萬片/年、器件26萬片/年；半絕緣型襯底折算4英寸產(chǎn)能近18萬片/年。隨著新能源汽車、5G等下游應(yīng)用市場(chǎng)的快速起量，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品供給無法滿足需求，目前第三代半導(dǎo)體主要環(huán)節(jié)國(guó)產(chǎn)化率仍然較低，超過80%的產(chǎn)品要靠進(jìn)口。
5.2. 國(guó)內(nèi)廠商發(fā)力布局，行業(yè)格局尚未固化
5.2.1. 市場(chǎng)份額美日領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)技術(shù)不斷發(fā)展
當(dāng)前碳化硅市場(chǎng)呈現(xiàn)美國(guó)一家獨(dú)大，日本、歐洲緊隨其后的格局，國(guó) 內(nèi)廠商正在加速追趕，有望實(shí)現(xiàn)彎道超車，在全球市場(chǎng)占據(jù)一定份額。
1）從襯底來看，美、日廠商占據(jù)市場(chǎng)主要份額。美國(guó)CREE、II-VI和 日本 ROHM 旗下子公司 SiCrystal已成功研制并規(guī)?；a(chǎn) 4 英寸、6英寸襯底，2019 年 CREE 和 II-VI 同時(shí)宣布 8 英寸產(chǎn)線建設(shè)計(jì)劃，預(yù)計(jì) 2022 年有望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。國(guó)內(nèi)廠商中，山東天岳在 2019 年開始建設(shè) 6 英 寸產(chǎn)線；天科合達(dá)在 2014 年成功研制 6 英寸產(chǎn)線，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)小批量生 產(chǎn)，于 2020 年成為國(guó)內(nèi)首家啟動(dòng)研發(fā) 8 英寸襯底的廠商。
國(guó)內(nèi)襯底廠商雖在產(chǎn)品規(guī)格和技術(shù)成熟度上有差距，但存在較大追趕可能。國(guó)內(nèi)廠商目前雖無法規(guī)模化生產(chǎn)高質(zhì)量、大規(guī)模的6英寸的碳化硅晶片，但是在高質(zhì)量的4英寸晶片方面，天科合達(dá)等中國(guó)廠商有足夠的競(jìng)爭(zhēng)能力。目前國(guó)產(chǎn)SiC襯底已經(jīng)實(shí)現(xiàn)微管密度小于1個(gè)/cm2，襯底面積95%可用，位錯(cuò)約在103/cm2；雖然在單晶一致性、成品率方面與國(guó)際先進(jìn)水平仍有差距，但未來可期。
2）從器件來看，相比器件設(shè)計(jì)，制造附加值更高。
市場(chǎng)和技術(shù)主要掌握在英飛凌、ROHM、CREE和意法半導(dǎo)體等國(guó)際龍頭手中。2020年，國(guó)際上共有10余家公司推出211款SiC MOSFET系列產(chǎn)品。CREE推出第三代SiCMOSFET，擊穿電壓650V，導(dǎo)通電阻降低至15mΩ，開關(guān)損耗降低20%；ROHM推出1200V第四代SiC MOSFET。此外，國(guó)際廠商CREE、ROHM和英飛凌均已推出車規(guī)級(jí)SiC MOSFET，比國(guó)內(nèi)產(chǎn)品元胞尺寸更小、導(dǎo)通電阻更低、閾值電壓更高。
國(guó)內(nèi)廠商積極研發(fā)布局碳化硅器件項(xiàng)目。現(xiàn)在已經(jīng)商業(yè)化的SiC產(chǎn)品主要集中在650V-1700V電壓等級(jí)，主要產(chǎn)品為二極管和晶體管，3000V以上電壓及SiC IGBT尚在研發(fā)當(dāng)中。國(guó)內(nèi)廠商如泰科天潤(rùn)已發(fā)布3300V/0.6A-50 ASiC二極管系列產(chǎn)品；三安集成、基本半導(dǎo)體等公司已實(shí)現(xiàn)650V、1200V、1700VSiC MOSFET的小規(guī)模量產(chǎn)；功率模塊方面，國(guó)內(nèi)上市企業(yè)士蘭微、斯達(dá)半導(dǎo)等公司積極布局，目前比亞迪漢已經(jīng)成功搭載了自主研發(fā)的SiC MOSFET控制模塊。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)低端產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)替代化，高端產(chǎn)品依然依賴進(jìn)口。
3）資金來看，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體投資力度高企，力爭(zhēng)追趕國(guó)際廠商。根據(jù)CASAResearch披露，2018年至今，國(guó)內(nèi)廠商始終加強(qiáng)布局第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，2020年一共有24筆投資擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目（2019年17筆），增產(chǎn)投資金額超過694億元，同比增長(zhǎng)161%，其中SiC領(lǐng)域共17筆、投資550億元，GaN領(lǐng)域共7比、涉及資金144億元。
根據(jù)CASA數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)電力電子和射頻電子總產(chǎn)值超過100億元，同比增長(zhǎng)了69.5%。其中，SiC、GaN兩種材料的電力電子產(chǎn)值合計(jì)達(dá)44.7億元，同增54%。其中，襯底材料2.2億元，外延及芯片5億元，器件及模組約7.2億元，裝置約30億元。
報(bào)告來源：未來智庫(kù)
