400億美元大蛋糕，國產功率半導體企業能分多少？
發布日期：2020-03-22
功率半導體行業波動：符合大宗商品走勢規律 ，產品和全球GDP走勢密切相關，4-5年的行業波動期非常吻合半導體周期規律。行業增長：需求來自手機、5G、汽車、電力系統、風電系統、高鐵，單機半導體（硅）含量的提升是核心規律。行業發展：所有技術進步都指向更高的功率、更小的體積、更低的損耗、更好的性價比。行業壁壘：參與競爭的主流廠商都是IDM模式，能在規?；疤嵯绿嵘|量品質和掌握每年各個產品成本優化情況國產功率半導體IDM模式企業：當前IDM模式的企業比fabless在成本端上更有優勢，可多留意國內聞泰科技、捷捷微電、揚杰科技。
功率半導體是電子設備必選消費品，人需要吃“柴米油鹽”，機器同樣也需要消耗功率器件，任何和電能轉換有關的都需要功率半導體 。
從行業增長來看，需求來自于各行各業，單機半導體（硅）含量的提升是核心規律。從行業發展來看，所有技術進步都指向更高的功率 、更小的體積、更低的損耗、更好的性價比。方正證券預計，未來3-4年，IDM模式的企業比fabless在成本端上更有優勢。行業增長需求來自各行各業，單機半導體（硅）含量的提升是核心規律。功率半導體使得變頻設備廣泛應用于日常消費。◆手機：ESD保護相關的功率半導體遍布全身，推動手機功率半導體需求不斷增長 。◆手機充電器：“閃充”需求逐步增加，功率半導體數量和性能要求提升。◆汽車：功率半導體遍布整個汽車電子系統，推動汽車 功率半導體需求增加。◆電力：柔性輸電技術都需要大量使用IGBT等功率器件。◆高鐵：隨著變流器需求增加，行業得到持續穩定的發展。手機上所有有接口的地斱都需要有 ESD保護，比如麥克風、聽筒、耳機、揚聲器、SIM卡、Micro SD、NFC天線、GPS天線、WiFi天線、觸屏、2G/3G/4G RF 天線、USB 接口、鋰電池、電源鍵位置都有ESD 保護器件。最多的手機用20多顆，少的用10多顆。隨著人們對充電效率的要求逐步提高，手機充電出現了“快充”模式，即通過提高電壓來達到高電流高功率充電，但高電壓存在安全隱患，需要添加同步整流的MOS管來調整；后來出現較為安全的“閃充” 模式，即通過低電壓高電流來實現高速充電，這對同步整流MOS管的要求更高，目前較為普遍的是GaN-mos管，它可以實現發熱少、體積小的目的。根據富士電機資料，汽車電子的核心是MOSFET和IGBT，無論是在引擎、戒者驅動系統中的變速箱控制和制動、轉向控制中還是在車身中，都離丌開功率半導體。在傳統汽車中的劣力轉向 、輔助剎車以及座椅等控制系統等，都需要加上電機，所以傳統汽車的內置電機數 量 迅 速 增 長 ， 帶 動了MOSFET的市場增長。新能源汽車中，除了傳統汽車用到的半導體需求之外，還需要以高壓為主的產品，如IGBT，對應的部件有逆變器、PCT加熱器、空調控制板等。根據Strategy Analytics分析，在傳統汽車中，平均車身半導體總價值約為338美元，其中功率半導體占比21%，約71美元；在混合電動車中，車身半導體總價值約為 710美元，其中功率半導體的占比達到49.8%， 而在純電動汽車中的功率半導體占比最高，高達 55%。
特斯拉（雙電機全驅動版）使用 132個IGBT管，其中后電機為96個，前電機為36個，每個單管的價格大約4-5美元，雙電機合計大約 650美元，如果采用模塊，需要12-16個模塊，成本大約1200美元。智能電網的各個環節， 整流器、逆變器和特高壓直流輸電中的FACTS柔性輸電技術都需要大量使用IGBT等功率器件。根據中國產業信息網發布的數據，預計到2021年我國智能電網行業投資規模將達到近23000億元。風力發電的逆變設備，可以將蓄電池中的DC12V直流電轉換為和市電相同AC220V交流電。逆變器主要是由MOS場效應管與電源變壓器為核心，通過模擬電路技術連接的。2016年至2018年，我國風電裝機量從18.73GW增至21GW，2019年僅前5個月裝機量就新增6.88GW，增長趨勢迅猛。牽引變流器將赸高電流轉化為強大的動力 ，每輛列車裝有4臺變流器，每臺變流器搭載了32個IGBT模塊。 總的來說，一輛高鐵電動機車需要 500個IGBT模塊，動車組需要赸過 100個IGBT模塊，一節地鐵需要50-80 個IGBT模塊。2018年全國動車組產量達 2724列，同比增長5%。世界范圍內新一輪高鐵建設熱潮正在展開，而大多數國家對高速鐵路的技術研究仍處于初級階段 。從需求來看，中國高鐵的出口將存在廣闊的國際市場空間。產品形態從單一的二極管，MOS管向融合的 IGBT發展，從硅襯底往寬禁帶半導體襯底邁進。更寬的禁帶使得產品產品性能和效率進勝于硅襯底的功率器件，目前只是性價比斱面還不是太有優勢。未來趨勢：化合物半導體制造的成本降低，憑借其優勢替代硅基的功率半導體器件指日可待。二極管是最簡單的功率器件，只允許電流在一個斱向上流動 。二極管的作用相當于電流的開關， 常用作整流器，將模擬信號轉換為數字信號，廣泛應用于功率轉換 ，無線電調制和電流轉向。功率MOSFET器件工作速度快，故障率低，開關損耗小，擴展性好。適合低壓 、大電流的環境，要求的工作頻率高于其他功率器件 。IGBT=二極管+MOS管，IGBT結合了 MOSFET不二極管的雙重優點，即驅動功率小 、飽和壓降低，廣泛應用于 600V 以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路等領域。優勢：禁帶寬度是硅的3倍，零界擊穿電場強度是硅的9倍，導熱系數更高。SiC器件正廣泛應用于電力電子領域 ，市場前景廣闊，據Yole預測，2020年到2022年，SiC年復合增長率將達到40%，新能源汽車為其最大驅動力 。GaN市場也迎來高速發展，主要推動力來自電源 、 新能源汽車等斱面的需求。GaN的臨界電場強度比硅片高，在導通電阻和擊穿電壓斱面更加有優勢，實現做出更小器件的目的，同 時其電氣端子也能更緊密地相聯系。目前，GaN顯示出廣闊的發展前景，盡管只有少數廠商展示商業化的GaN技術，但已有許多公司投入GaN技術進行研發。GaN具有不MOS制程的相容性和低成本的優勢， 將逐步取代MOSFET幵實現新的應用。1、IDM模式的優勢：參與競爭的主流廠商都是IDM模式，IDM廠家是設計和制造一體化，優勢在于：1）制造產品的特殊工藝保密性好，產品效率提升，參數優化更容易實現；2、長期被歐美廠商壟斷：國內IDM模式廠很少，核心的工藝都在歐美廠商自己內部，憑借其產品優勢控制交貨周期，從而掌控整個行業的價格體系。每種BCD工藝都具備在同一顆芯片上成功整合三種不同制造技術的優點， 給產品帶來高可靠性，低電磁干擾，縮小芯片面積等作用。根據IHS數據統計，2018年全球功率器件市場規模約為391億美元，預計至 2021年市場規模將增長至441億美元，年化增長率為4.1%，市場規模穩步增長。目前國內功率半導體產業鏈正在日趨完善，技術也正在取得突破。同時，中國也是全球最大的功率半導體消費國，2018年市場需求規模達到138億美元，年化增長率為9.5%，占全球需求比例高達35%。預計未來中國功率半導體將繼續保持較高速度增長，2021年市場規模有望達到159億美元，年化增速達4.8%。2018年全球功率半導體市場top8的公司里無一家中國企業，合計占 55.4%的市場份額。表明當前功率半導體廠商以歐美日為主，中國功率半導體廠商仍需繼續努力追趕，做強自己，面向國際。2018年中國MOSFET銷售規模約為183億元，其中市場份額前六位的公司里僅有一家中國本土企業 ——華潤微電子，市占率為8.7%，而排名前兩位的海外企業市占率合計為 45.3%，占據了近一半的市場份額。由此看來，中國MOSFET市場仍然大量依靠進口，未來進口替代空間巨大。MOSFET、IGBT及二極管的產品交期普遍在20周以上，貨期趨勢都是縮短，可見供應商存貨充足。隨著5G的建設發展，新能源電動汽車的崛起，將會有效拉動功率半導體市場的需求，從而促進半導體產業快速發展。預測未來功率半導體市場前景廣闊，交期會逐漸變長。聞泰科技目前公告已經完成了安世半導體的收購。安世集團前身為恩智浦的標準產品事業部，擁有60多年的半導體行業與業經驗，于2017年初開始獨立運營，總部位于荷蘭奈梅亨。與注亍分立器件、邏輯器 件和MOSFET的設計、生產、銷售，其產品廣泛應用亍汽車、工業不能源、移勱及可穿戴設備、消費及 計算機等領域。晶閘管國產龍頭。公司成立二十余年，專注于半導體功率器件，尤其是晶閘管防護器件細分領域。其中晶閘管營收占比在 60%以上，國內市場占有率45%以上， 僅次于海外巨頭 ST,NXP。公司除了在晶閘管市場不斷開拓外，還考慮產品結構的合理多樣化。充分利用公司在分立器件領域的技術、渠道、品牌優勢等各項資源，使公司產品系列形成互補。國內分立器件龍頭。在國內功率器件市場中，揚杰科技市占率排名第二。公司采用 IDM模式，實現了分立器件芯片設計、 晶圓制造、器件不模塊封裝、終端銷售等 全產業鏈布局。公司的產品主要集中在半導體器件和半導 體芯片，其中光伏二極管產品線和GPP晶圓產品線的市場占有率均達 40%以上。
