功率半導(dǎo)體行業(yè)深度報告_乘風(fēng)新能源汽車_國產(chǎn)替

（報告出品方/感謝分享：東亞前海證券，王剛，趙翼）

功率半導(dǎo)體是電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制得核心。功率半導(dǎo)體是一種廣泛用于電力電子裝置和電能轉(zhuǎn)換和控制電路得半導(dǎo)體元件，可通過半導(dǎo)體得單向?qū)щ娦詫崿F(xiàn)電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換得功能。功率半導(dǎo)體具有能夠支持高電壓、大電流得特性，主要用途包括變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制等。除保障電路正常運(yùn)行外，因其能夠減少電能浪費(fèi)，功率半導(dǎo)體還能起到節(jié)能、省電得作用。

功率半導(dǎo)體按器件集成度可以分為功率分立器件和功率IC兩大類。

功率分立器件包括二極管、晶體管和晶閘管三大類，其中晶體管市場規(guī)模蕞大，常見得晶體管主要包括IGBT、MOSFET、BJT（雙極結(jié)型晶體管）。

功率IC是指將高壓功率器件與其控制電路、外圍接口電路及保護(hù)電路等集成在同一芯片得集成電路，是系統(tǒng)信號處理部分和執(zhí)行部分得橋梁。

IGBT、MOSFET等全控器件主要用于汽車、逆變器、軌交等結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜得應(yīng)用領(lǐng)域。功率半導(dǎo)體種類較多，根據(jù)可控性分類可以將功率半導(dǎo)體分為不可控型（二極管）、半可控型（晶閘管為主）及全控型（IGBT、MOSFET為主）。

二極管、晶閘管等傳統(tǒng)器件在較復(fù)雜得高頻率下應(yīng)用較為困難，但優(yōu)勢在于成本較低，生產(chǎn)工藝相對簡單，主要適用于結(jié)構(gòu)相對簡單得產(chǎn)品領(lǐng)域。IGBT、MOSFET等器件更多應(yīng)用于高壓、高可靠性領(lǐng)域，工藝結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜且生產(chǎn)工藝難度較高，成本也相對較高，在汽車、逆變器、軌交等領(lǐng)域廣泛使用。

功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用廣泛，新能源汽車、可再生能源發(fā)電貢獻(xiàn)增量市場空間。功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用主要包括消費(fèi)電子、白色家電、工業(yè)控制、新能源汽車等。針對不同應(yīng)用場景對應(yīng)得功率和頻率，各領(lǐng)域產(chǎn)品選擇使用相應(yīng)得功率器件。功率MOSFET因其開關(guān)高頻、低損耗特性，主要應(yīng)用于手機(jī)、相機(jī)、PC、車載、照明、TV等領(lǐng)域。IGBT因其耐壓高、開關(guān)速度快特性，主要應(yīng)用于變頻家電、新能源汽車、工業(yè)領(lǐng)域。

高速、微型化得集成模塊逐漸成為制造商更好得選擇。早期得功率半導(dǎo)體主要以結(jié)構(gòu)相對簡單得二極管為主；60-70年代各類型晶閘管有了很大得發(fā)展；20世紀(jì)80年代以后，功率半導(dǎo)體器件變?yōu)橐怨β式饘傺趸锇雽?dǎo)體場效應(yīng)晶體管(功率MOSFET，常簡寫為功率MOS)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及功率集成電路為主。伴隨功率半導(dǎo)體得發(fā)展，設(shè)計工藝不斷進(jìn)步，高速、微型化得集成模塊成為制造商更好得選擇。根據(jù)目前國內(nèi)在研項目和產(chǎn)品布局看，國內(nèi)企業(yè)開始向價值量更高得中高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。

2024年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)553億美元，功率IC占比保持在50%以上。隨著下游應(yīng)用領(lǐng)域得不管拓寬，功率半導(dǎo)體市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長得態(tài)勢。根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2019年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)到455億美元，預(yù)計到2024年將達(dá)到553億美元，2019-2024年CAGR達(dá)到4%。功率半導(dǎo)體細(xì)分市場中功率IC占比常年保持在功率半導(dǎo)體總規(guī)模得50%以上，2020年功率IC市場占比54%，功率器件占比近34%，功率模組占比近12%。

2021年華夏功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)159億美元，2015-2021年CAGR達(dá)6.3%。國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場發(fā)展日益成熟，華夏作為全球蕞大得功率半導(dǎo)體消費(fèi)國，市場規(guī)模穩(wěn)步增長。根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，2018年市場需求規(guī)模達(dá)到138億美元，占全球需求比例得35%，2021年市場規(guī)模將達(dá)到159億美元，2015-2021年CAGR達(dá)到6.3%。目前國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場產(chǎn)品需求主要以電源管理IC、MOSFET及IGBT為主，根據(jù)IHS統(tǒng)計，華夏功率半導(dǎo)體市場中前三大產(chǎn)品電源管理IC、MOSFET、IGBT三者市場規(guī)模占 2018年華夏功率半導(dǎo)體市場規(guī)模比例分別為61%，20.2%與13.9%。

全球功率半導(dǎo)體市場集中度較高，主要由海外發(fā)布者會員賬號M巨頭占據(jù)。海外企業(yè)布局功率半導(dǎo)體市場時間較早，行業(yè)內(nèi)具備先發(fā)優(yōu)勢，同時借助收購整合得方式快速搶占市場份額，目前功率半導(dǎo)體市場集中度較高，主要被海外發(fā)布者會員賬號M巨頭占據(jù)。根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2020年，全球功率器件與模塊市場，CR5達(dá)到44%，其中英飛凌占據(jù)20%市場份額。高居第壹。全球功率IC市場，CR5達(dá)到43%，其中德州儀器占據(jù)16%市場份額。

華夏功率半導(dǎo)體龍頭企業(yè)營收規(guī)模仍較小。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院得統(tǒng)計，2020年，華夏功率分立器件企業(yè)產(chǎn)值占全球份額仍較低，其中聞泰科技（安世半導(dǎo)體）占比蕞高，為2.82%，士蘭微占比1.07%，華潤微占比0.73%，揚(yáng)杰科技占比0.67%。

華夏功率半導(dǎo)體龍頭2020年營收增速均達(dá)20%以上。2020年，聞泰科技實現(xiàn)營收517億元，同比增長24.36%；華潤微實現(xiàn)營收69.77億元，同比增長21.5%；士蘭微實現(xiàn)營收42.81億元，同比增長37.61%；揚(yáng)杰科技實現(xiàn)營收26.17億元，同比增長30.39%。

四季度MOSFET、IGBT交貨周期維持25周以上，交期持續(xù)拉長，供不應(yīng)求局面短期仍難以緩解。從交期趨勢上來看，2021年三季度受東南亞新一輪疫情影響，功率半導(dǎo)體各大廠商出貨受阻，市場缺貨加劇，交期進(jìn)一步拉長。進(jìn)入到2021年四季度，各類型MOSFET（低壓、高壓、寬帶隙）及IGBT交期均維持在25周以上，且貨期維持拉長得趨勢，可見市場對各類功率半導(dǎo)體產(chǎn)品需求依舊維持高漲，供不應(yīng)求局面短期仍難以緩解。從價格趨勢上來看，大部分制造商產(chǎn)品價格持續(xù)上行，市場短期內(nèi)未看到下行風(fēng)險，行業(yè)景氣度持續(xù)高漲。

二極管具有相對簡單得結(jié)構(gòu)，具備性能穩(wěn)定且易于使用得優(yōu)點(diǎn)。二極管是一種具有不對稱電導(dǎo)得雙電極電子元件。理想得二極管在正向?qū)〞r兩個電極（陽極和陰極）間擁有零電阻，而反向時則有無窮大電阻，即電流只允許由單一方向流過二極管。常見得二極管有整流二極管、開關(guān)二極管、肖特基二極管、齊納二極管、TVS二極管、高頻二極管等。

技術(shù)壁壘較低，市場規(guī)模穩(wěn)定。與其他功率半導(dǎo)體相比，二極管得技術(shù)壁壘較低，制造技術(shù)相對成熟，海外大廠有逐步退出該類市場得趨勢，華夏企業(yè)有望憑借低成本及政策優(yōu)勢逐步占據(jù)市場，成為功率器件中率先實現(xiàn)國產(chǎn)替代突破得領(lǐng)域。根據(jù)IHS預(yù)測，2021年全球及華夏二極管市場規(guī)模將分別達(dá)到40.47和13.44億美元。

2021年，華夏二極管月度出口數(shù)量回升到近700億個/月。就國內(nèi)市場規(guī)模（按不錯）而言，自2014年起，國內(nèi)二極管月度出口數(shù)量逐漸超過進(jìn)口數(shù)量，2015年底國內(nèi)二極管月度出口量達(dá)到峰值，接近900億個/月。近幾年由于中美貿(mào)易摩擦嚴(yán)重影響了華夏電子產(chǎn)品出口。2021年，華夏二極管月度出口數(shù)量回升到近700億個/月。（報告近日：未來智庫）

晶體管功能豐富，主要產(chǎn)品包括MOSFET、IGBT等。晶體管又稱半導(dǎo)體三極管，內(nèi)部含有兩個PN結(jié)，外部通常為三個引出電極，具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能，應(yīng)用十分廣泛。晶體管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET），場效應(yīng)晶體管包括MOSFET、IGBT等類型。

晶體管得導(dǎo)通原理，以雙極性晶體管為例，當(dāng)集電極C有電流輸入，同時基極B導(dǎo)通電壓大于或等于導(dǎo)通電壓時（硅管為0.7V，鍺管為0.3V)，集電極C和發(fā)射極E形成導(dǎo)電溝道，進(jìn)而導(dǎo)通。場效應(yīng)晶體管得三個端，柵極（Gate）、漏極（Drain）、源極（Source），分別大致對應(yīng)雙極性晶體管得基極（base）、集電極（Collector）和發(fā)射極（Emitter）。

MOSFET具有開關(guān)速度快，工作頻率高等優(yōu)勢，被稱為蕞理想得功率器件。MOSFET（metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）即金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。因其具有驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢被稱為蕞理想得功率器件。

MOSFET是四端器件，所以除了柵極（G）、源極（S）、漏極（D）外，還有基極（B）。柵極G與漏極D及源極S是絕緣得，D與S之間有兩個PN結(jié)。一般情況下，襯底與源極在內(nèi)部連接在一起，這樣，相當(dāng)于D與S之間有一個PN結(jié)。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，MOSFET可分為溝槽型（Trench）、平面型（Planer）以及超級結(jié)型（SJ）。

功率半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域主要聚焦于工業(yè)、汽車及消費(fèi)電子領(lǐng)域。功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用極為廣泛，傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域包括消費(fèi)電子、工業(yè)、電氣設(shè)備等，同時新能源汽車、充電樁、可再生能源等新興領(lǐng)域得不斷發(fā)展，已經(jīng)逐漸成為功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用中蕞為重要得領(lǐng)域。伴隨新興領(lǐng)域得快速發(fā)展，功率半導(dǎo)體需求將持續(xù)增長。

新能源汽車功率器件用量數(shù)倍于傳統(tǒng)燃油車，汽車電動化趨勢帶動功率半導(dǎo)體市場需求高速增長 。對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，電氣系統(tǒng)為12V蓄電池，功率轉(zhuǎn)換需求在10kW以下，主要采用低價值量得低壓功率器件，單車功率半導(dǎo)體總成本不足50美元。到了純電動車BEV，單車功率器件成本超過300美元。

xEV（純電動車+混合動力汽車） 中功率半導(dǎo)體價值量達(dá)330美元，占全車半導(dǎo)體價值量40%。48V輕混車輛得驅(qū)動動力仍然為內(nèi)燃機(jī)，電機(jī)僅作幫助輸出扭矩得作用。然而在插混和純電車型中，電動機(jī)成為了主要得動力輸出近日。根據(jù)英飛凌年報，在48V輕混車輛中半導(dǎo)體總價值為572美元，功率半導(dǎo)體為90美元，占比16%；在xEV（純電動車+混合動力汽車）中半導(dǎo)體總價值為834美元，功率半導(dǎo)體為330美元，占比40%。

政策驅(qū)動新能源汽車行業(yè)迎來快速發(fā)展期。目前全球主要地區(qū)China出臺各類政策，加速推進(jìn)新能源汽車發(fā)展。根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，2020年美國碳排放量為125克每平方公里，日本為122克，華夏為117克，碳排放量蕞低得地區(qū)為歐洲。在歐盟ACEA汽車溫室氣體排放協(xié)議規(guī)定，到2030年前汽車二氧化碳排放量需要低于每公里59克，排放量需要減少37.5%。預(yù)計到2030年歐盟新能源汽車滲透率將達(dá)到40%。

各國相繼出臺碳中和目標(biāo)，全球碳排放限制加速新能源汽車市場發(fā)展。 2020 年歐盟開始執(zhí)行“雙95 碳排放標(biāo)準(zhǔn)”，即95%得新登記乘用車平均二氧化碳排放量降至95g/km，對于企業(yè)得處罰力度也全部按照蕞高標(biāo)準(zhǔn)。面對如此嚴(yán)苛得降幅目標(biāo)，電氣化是唯一出路，歐洲各國車企加快新能源汽車布局，加速開發(fā)電動平臺。同時歐洲各國逐步出臺燃油車禁售時間表，荷蘭、挪威2025年禁售燃油車，德國、英國2030年禁售燃油車，美國未公布確切時間，預(yù)計2035年或2040年開始。

2025年華夏新能源汽車不錯或?qū)⑦_(dá)到900萬輛，新能源汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模有望達(dá)193億元。根據(jù)預(yù)測，2021年華夏新能源汽車不錯將達(dá)到300萬輛，同比增長約120%，2016-2021年CAGR達(dá)到42.7%。根據(jù)中汽協(xié)發(fā)布得《華夏汽車市場中長期預(yù)測（2020-2035）》報告，預(yù)計2025年華夏汽車不錯有望達(dá)到3000萬輛，2025年規(guī)劃得新能源汽車滲透率目標(biāo)為20%，目前來看新能源汽車滲透率進(jìn)展超預(yù)期，市場預(yù)期普遍在20%-35%之間。我們假設(shè)2025年新能源汽車滲透率將達(dá)到30%，屆時，2025年華夏新能源汽車不錯將達(dá)到900萬輛。

若按照英飛凌數(shù)據(jù)xEV（純電動車+混合動力汽車）中功率半導(dǎo)體價值量330美元計算，不考慮輕混及燃料電池等占比較小得新能源車型，預(yù)計2025年華夏新能源汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)?；?qū)⑦_(dá)到193億元，2021-2025年CAGR達(dá)到32%。

半導(dǎo)體材料歷經(jīng)三代，第三代半導(dǎo)體性能優(yōu)勢明顯。第壹代半導(dǎo)體材料于上世紀(jì)50年代出現(xiàn)，以硅（Si）和鍺（Ge）為代表，其中硅材料因其高絕緣性能、成本較低等優(yōu)勢，至今為止仍是大多數(shù)電子應(yīng)用中得關(guān)鍵材料。第二代半導(dǎo)體材料于上世紀(jì)80年代出現(xiàn)，以砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）為代表。第三代半導(dǎo)體材料又名寬禁帶半導(dǎo)體材料，以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表。

與硅基功率半導(dǎo)體相比，第三代半導(dǎo)體主要擁有三點(diǎn)優(yōu)勢：（1）導(dǎo)通電阻降至硅基得1/1000：SiC與GaN擁有更高得絕緣擊穿電場，電流在器件內(nèi)通過時間縮短疊加載流子數(shù)量得大幅提升使得導(dǎo)通電阻實現(xiàn)降低；（2）更高得開關(guān)頻率：SiC與GaN得飽和漂移速度比硅基快2-3倍，飽和漂移速度得加快可以使提高開關(guān)頻率；（3）更高得導(dǎo)熱率：更高得導(dǎo)熱率可以使器件內(nèi)產(chǎn)生得熱量更容易得釋放到外部，這樣一來散熱片等冷卻部件可以采用更小型得產(chǎn)品。

2021年SiC和GaN市場規(guī)模有望突破10億美元，應(yīng)用已拓展至新能源汽車、光伏、5G等新興領(lǐng)域。SiC功率半導(dǎo)體因其高耐壓特性，主要瞄準(zhǔn)得方向是600V以上得高耐壓區(qū)域，導(dǎo)通電阻和開關(guān)速度都優(yōu)于硅基IGBT，適用于新能源汽車、光伏等行業(yè)。GaN功率半導(dǎo)體主要瞄準(zhǔn)幾十伏到幾百伏得區(qū)域，由于其高頻率及高轉(zhuǎn)換效率得優(yōu)勢，GaN適用于5G、射頻等行業(yè)。

SiC主要適用于高溫、高壓、大功率得應(yīng)用場景，未來將由新能源汽車逐步滲透至軌交、工業(yè)等領(lǐng)域。作為第三代半導(dǎo)體材料得典型代表，SiC具有寬禁帶寬度，高擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速率及更高得抗輻射能力，是高溫、高壓、大功率應(yīng)用場合下極為理想得半導(dǎo)體材料。以新能源汽車為例，SiC功率半導(dǎo)體主要用于驅(qū)動和控制電機(jī)得逆變器、車載DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器（OBC）等。車載充電器和充電樁使用SiC器件后將充分發(fā)揮高頻、高溫和高壓三方面得優(yōu)勢，可實現(xiàn)充電系統(tǒng)高效化、小型化和高可靠性。未來SiC將憑借其高壓、大功率得優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域逐步由新能源汽車到軌交、工業(yè)等大功率應(yīng)用領(lǐng)域。

（感謝僅供參考，不代表我們得任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請參閱報告原文。）

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