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需求爆发供给紧缺，功率半导体景气上行
耕樵牧渔
/ 2021-08-17 19:38 发布一、市场：前景广阔，但长期被国外龙头垄断
风口：比亚迪半导体即将IPO，功率半导体掀起涨价潮
比亚迪半导体即将IPO：6月16日，比亚迪股份发布公告称，股东大会高票表决通过分拆所属子公司比亚迪半导体至深圳交易所创业板. 上市；6 月30日，比亚迪股份公布称，深交所依据相关规定对比亚迪半导体报送的首次公开发行股票并在创业板上市的申请报告及文件进行核对，认为 文件齐备，决定予以受理. 功率半导体龙头公司纷纷宣布提价：5月中旬，安森美宣布上调部分产品型号价格，定价周期于7月10日生效；比亚迪半导体宣布从7月1日起对 IPM、IGBT单管产品进行价格调整，提涨幅度不低于5%；闻泰科技并购的安世半导体也发布通知，宣布于6月7日提高产品价格。 概述：功率半导体是电力电子核心，用于电能转换和控制 功率半导体是电子电力核心，主要用于电能转换和控制：功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心，其本质是利用半导体的单向导电 性实现电源开关和电力转换的功能，具体用途包括变压、逆变、整流、斩波、变频、变相等，可以提高能量转换效率，减少功率损失。 功率半导体主要分为功率分立器件和功率IC两大类，其中功率分立器件主要包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等产品。根据IHS Markit的预 测，MOSFET和IGBT将成为近5年增长最强劲的半导体功率器件。 发展路径：从二极管到MOSFET、IGBT，可控性逐渐增强 功率半导体器件的分类：功率半导体器件按照可控制的程度，可分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件三类。 发展路径清晰：功率半导体器件为了满足更广泛和复杂的应用场景和环境，种类从二极管逐渐拓展到BJT、GTO，再到MOSFET、IGBT，向高可控、 高功率密度、高工作温度、高开关频率、低损耗、集成化、结构复杂化方向发展，而相应的器件设计及制造难度也随之不断提高。 
功率半导体产业链及主要代表企业
市场空间：2021年中国功率半导体市场有望达到159亿美元
全球功率半导体市场规模：据IHS Markit数据显示，2018年全球功率半导体市场规模约391亿美元。根据IHS Markit的预测，2021年全球功率 半导体市场规模将达到441亿美元，相比2020年将增长4.5%。中国功率半导体市场规模：据IHS Markit数据显示，2018年中国功率半导体市场规模为138亿美元，约占全球市场份额的35.3%，是全球最大 的功率半导体消费国，预计2021年中国功率半导体市场规模将达到159亿美元。 竞争格局：功率半导体市场被国外垄断，英飞凌占据领先地位 根据英飞凌的数据统计，2019年功率半导体器件与模块全球市场规模为210亿美元，英飞凌以19%的市场占有率占据领先地位，其次是安森美和 意法半导体，市占率分别为8.4%和5.8%。除了闻泰科技收购的荷兰安世半导体（Nexperia），全球前十大功率半导体厂商均为国外公司，CR10 接近60%。 在IGBT领域，英飞凌以绝对优势稳居第一。IGBT模块市场的CR5约68.8%，IGBT分立器件市场的CR5约63.9%，市场被国外垄断，集中度较高。我 国只有少数企业如IGBT龙头斯达半导位列IGBT模块市场并列第七（2.5%），功率器件IDM龙头杭州士兰微位列IGBT分立器件市场第十（2.2%）， 具备一定的竞争优势。 背景及政策|国家高度重视，国产替代是长期主旋律
国家高度重视半导体产业发展：半导体行业作为信息技术产业的基石，对于国家安全和经济发展具有举足轻重的意义，是国家高度重视的战略性产业。近年来，国家出台了多项产业和财税政策推动半导体产业发展，为功率半导体提供了良好的产业发展环境和可靠保障，从而为国产化铺平道路，降低我国对于半导体进口的依赖程度，国产替代将成为我国半导体市场长期的主旋律。
二、需求端：下游需求旺盛，行业天花板不断上调 下游多重需求旺盛，行业天花板不断上调 功率半导体几乎用于所有需要电能处理和转换的场景，下游应用领域广泛，包括消费电子、通信、计算机等。近年来，随着新能源汽车、工 业自动化、新能源发电、变频家电、轨道交通等新兴应用领域的兴起和快速发展，多重需求的迅速崛起共同推动功率半导体市场空间持续增 长，驱动行业天花板不断上调。 根据智研咨询的统计，2019年全球功率半导体市场下游应用领域最大的是汽车（35.4%），其次是工业（26.8%）和消费电子（13.2%）；而 中国市场下游应用领域最大的是汽车（27.4%），其次分别是工业电源（23.1%）、消费电子（18.6%）和电力（15.3%）。 功率半导体在新能源汽车中价值量大幅提升：根据Strategy Analytics的统计数据，2019年传统内燃汽车中的半导体成本合计金额为338美元， 其中功率半导体价值量为71美元，占比约21%；而纯电动汽车中的半导体成本合计金额为704美元，其中功率半导体价值量高达387美元，占比 显著提升至55%，相比传统内燃汽车，其单车价值量提升了近5.5倍。 新能源汽车有望成为未来主要增量市场 中国新能源汽车市场景气度上行：受益于汽车电动化的发展趋势，以及“碳中和”目标、《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》等政 策的提出，我国新能源汽车市场蓬勃发展。中国汽车工业协会的数据显示，2020年中国新能源汽车销量达136.7万辆，而2021年上半年中国新 能源汽车销量已达120.6万辆，刷新了历史记录，行业明显进入高景气周期，量价齐升促使新能源汽车有望成为未来市场增长的主要动力。 IGBT模块是新能源汽车动力系统的“CPU”：IGBT模块作为新能源汽车电机控制器的核心元件，被称为汽车动力系统的“CPU”。根据Omdia的 预测，2024年中国新能源汽车IGBT模块的市场规模将达到8.8亿美元。未来，随着新能源汽车渗透率的提升，IGBT模块的市场需求将持续放量。 工业自动化水平提升逐步放大需求
功率半导体是工业控制及自动化的核心元器件，二极管、IGBT等可广泛用于交流电动机、逆变焊机、变频器、伺服器、UPS等，以实现精密控制，提高能量功率转换的效率和可靠性，节约能源的目标。工业领域是电力电子器件应用最早期的领域，也是功率半导体在汽车之外的第二大应用领域，作为功率半导体应用的基本盘，需求一直稳健增长。
工业领域同时也是IGBT最大的应用市场，未来随着《中国制造2025》和“工业4.0”战略的不断推进，工业自动化的水平将不断提升，工业机器人、数控机床等的持续升温将促使对IGBT等功率器件的需求逐步放大。
新能源发电装机量快速增长拉动需求 由于需要输出符合电网要求的交流电，新能源发电增加了大量对于整流器、逆变器及变压器的需求，二极管、MOSFET、IGBT等功率半导体因此应用广泛。在光伏逆变器和风力发电逆变器中，功率半导体分立器件和模组作为电力转换和控制的核心器件，能起到提高转换效率和电流密度的作用。 随着节能减排需求的提升以及可再生能源发电成本的降低，我国的太阳能光伏、风能等新能源发电行业快速发展。根据国家能源局的数据统计，截止2020年底，我国光伏发电累计装机容量254GW，新增装机49.3GW；风力发电累计装机容量282GW，新增装机72.4GW。新能源装机容量的快速提升，将持续拉动对功率半导体器件的市场需求。 变频家电渗透率提升支撑市场持续扩张
变频家电相比普通家电具备节能、高效、降噪、智能控制的优势，目前主要用于空调、冰箱、洗衣机等耗电较多的家电。英飞凌的资料显示，功率半导体作为家电变频的核心器件，在变频家电中的单机价值量为9.5欧元，相比普通家电中的0.7欧元提升了十倍以上。
根据IHS Markit预测，全球变频家电销量占比将从2017年的34%增长到2022年的65%。以家用空调为例，根据产业在线的数据，2020年我国家用空调产量达14490.6万台，其中变频空调达8336.3万台，渗透率达57.5%，而2021年上半年渗透率进一步提升至66.1%。随着节能环保提效意识的普及和增强，预计变频家电渗透率将继续稳中有升，支撑功率半导体市场持续扩张。
三、供给端：技术进步叠加产能扩张，进口替代趋势明显 行业特点：产品技术迭代周期长，对工艺制程要求不高 功率半导体产品种类众多，产品开发设计不仅取决于器件自身特性，还与应用场景密切相关，因此经验积累即行业know-how至关重要。 虽然功率半导体的技术发展是由应用领域的不断扩展和需求的不断变化而驱动的，但是其产品的生命周期却可达5-10年，并且市场价格不像存 储芯片等那样剧烈波动，价格坚挺，这给了国内厂商可观的追赶时间。 相比而言，功率半导体对工艺制程的要求并不高，例如士兰微预计投资100 亿元新建的第二条12英寸生产线线宽65nm-90nm，可与意法半导体最先进的65nmBCD工艺相比肩。较低资金成本的投资门槛使得功率半导体有望 率先成为国内厂商追赶国际先进水平，实现进口替代的重要赛道之一。 供给端 上游产能紧缺，交期延长，功率半导体价格上涨 上游晶圆代工产能紧缺，产能利用率维持高位：从供给端来看，目前功率半导体主要在8英寸晶圆上加工制造。当前各大晶圆代工厂的8 英寸订单饱满，产能已经接近满载运转，国内8英寸代工厂如华虹、中芯国际产能利用率均已超过100%。晶圆供给不足导致功率半导体供需失衡， 而新建一座晶圆代工厂从规划到投产需要约一至两年时间，由此预计短期内8英寸产能紧张仍将持续。 交期延长，价格上涨：由于受到东南亚疫情持续蔓延的影响，近期英飞凌、安世半导体等IDM大厂产能遭到严重冲击，预期供货 量能仅剩下原先的三分之二，供货期也相应延长。部分MOSFET产品的交期延长至4-5个月，甚至无限延长，价格也随之水涨船高。 产能为王，设计厂和IDM纷纷采取措施保证产能供给 设计厂采取措施保证产能供应：在全球晶圆制造产能紧缺的背景下，设计厂斯达半导与华虹达成了战略合作，携手打造的高功率车规级12英寸IGBT芯片已通过终端车企产品验证，同时拟定增募集35亿元建厂旨在转向IDM模式；新洁能则是在华虹之外寻求海外厂商作为二供，与国内外头部8寸晶圆厂和封测厂紧密合作开展业务，旨在获得产能保障，以减少供应链风险。 IDM厂商纷纷兴建12寸晶圆厂扩建产能：2020年底，士兰微与厦门半导体投资集团共同投资的第一条12英寸生产线正式投产，预计今年四季度将实现月产3万片的目标；2021年1月，闻泰科技位于上海临港的12寸晶圆厂动工，预计2022年7月投产，年产能约为40万片；2021年6月，华润微与大基金联合投资75.5亿新建12英寸晶圆生产线，建成后预计将形成月产3万片12寸中高端功率半导体晶圆生产能力。 国内晶圆制造产能加速扩张，产能有望持续释放
国内以华虹半导体、中芯国际、华润微为代表的晶圆制造厂商也在加大资本开支扩充产能，代工产能有望持续释放。扩建充沛的量产能力将成为国内厂商在行业景气周期契机中争夺市场份额、崭露头角的有力支撑，从而为国产替代奠定良好的基础。
以华虹半导体为例，华虹在产业聚集的长三角区域采取本土化战略，将近二十年的功率器件研发经验和产能供给当地的设计厂商，联合研发、分工配合、协同共进，成为长三角区域设计厂背后的中流砥柱，已经连续四十一个季度实现盈利。无锡新建的12英寸晶圆厂产能在加速爬坡，月产能已超4万片，预计年底可达6.5万片。
国内技术进步，布局中高端，国产份额有望提升
国内公司深耕产品研发和技术创新升级：国内公司坚持自主研发与技术创新，凭借持续的研发投入、强大的研发团队和长期的行业经验积累，持续实现技术迭代与产品创新升级，提升核心竞争力，为参与和国际巨头的竞逐打下坚实基础。例如，比亚迪半导体IGBT芯片的开通损耗优于国际主流厂商，关断损耗与国际主流厂商相近，产品具备低损耗、高效率等特征。
国内厂商纷纷布局中高端产品：国内具备核心竞争优势的厂商已着手布局附加值更高的高压MOSFET、IGBT等中高端产品，产品相继量产并带来毛利率的提升。随着国内企业品牌知名度的不断提升以及产品的不断创新升级，国内产品的市场占有率将得到提高，国内厂商在中高端市场的市场份额也有望得以提升。
国内厂商迎来发展黄金时期，进口替代趋势明显 国内厂商迎来发展黄金时期：在各项国家和产业政策利好的背景下，在技术进步叠加产能扩张的前提下，以及在、中兴华为事件的 警钟下，产业链下游相关行业客户充分意识到供应链安全和自主可控的重要性，从而愿意给予国内厂商更多的机会。国内功率半导体厂商迎来 发展的黄金时期，其营收和利润不断增长。 进口替代趋势明显：根据Yole的数据统计，中国IGBT市场的自给率在2015年首次超过了10%，并逐渐增长至2018年的14.1%。根据智研咨询的预 测，2024年中国IGBT市场自给率将达到40%，国产替代趋势明显。
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