400亿美元大蛋糕，国产功率半导体企业能分多少？
2020-03-22
功率半导体行业波动：符合大宗商品走势规律 ，产品和全球GDP走势密切相关，4-5年的行业波动期非常吻合半导体周期规律。行业增长：需求来自手机、5G、汽车、电力系统、风电系统、高铁，单机半导体（硅）含量的提升是核心规律。行业发展：所有技术进步都指向更高的功率、更小的体积、更低的损耗、更好的性价比。行业壁垒：参与竞争的主流厂商都是IDM模式，能在规模化前提下提升质量品质和掌握每年各个产品成本优化情况国产功率半导体IDM模式企业：当前IDM模式的企业比fabless在成本端上更有优势，可多留意国内闻泰科技、捷捷微电、扬杰科技。
功率半导体是电子设备必选消费品，人需要吃“柴米油盐”，机器同样也需要消耗功率器件，任何和电能转换有关的都需要功率半导体 。
从行业增长来看，需求来自于各行各业，单机半导体（硅）含量的提升是核心规律。从行业发展来看，所有技术进步都指向更高的功率 、更小的体积、更低的损耗、更好的性价比。方正证券预计，未来3-4年，IDM模式的企业比fabless在成本端上更有优势。行业增长需求来自各行各业，单机半导体（硅）含量的提升是核心规律。功率半导体使得变频设备广泛应用于日常消费。◆手机：ESD保护相关的功率半导体遍布全身，推动手机功率半导体需求不断增长 。◆手机充电器：“闪充”需求逐步增加，功率半导体数量和性能要求提升。◆汽车：功率半导体遍布整个汽车电子系统，推动汽车 功率半导体需求增加。◆电力：柔性输电技术都需要大量使用IGBT等功率器件。◆高铁：随着变流器需求增加，行业得到持续稳定的发展。手机上所有有接口的地斱都需要有 ESD保护，比如麦克风、听筒、耳机、扬声器、SIM卡、Micro SD、NFC天线、GPS天线、WiFi天线、触屏、2G/3G/4G RF 天线、USB 接口、锂电池、电源键位置都有ESD 保护器件。最多的手机用20多颗，少的用10多颗。随着人们对充电效率的要求逐步提高，手机充电出现了“快充”模式，即通过提高电压来达到高电流高功率充电，但高电压存在安全隐患，需要添加同步整流的MOS管来调整；后来出现较为安全的“闪充” 模式，即通过低电压高电流来实现高速充电，这对同步整流MOS管的要求更高，目前较为普遍的是GaN-mos管，它可以实现发热少、体积小的目的。根据富士电机资料，汽车电子的核心是MOSFET和IGBT，无论是在引擎、戒者驱动系统中的变速箱控制和制动、转向控制中还是在车身中，都离丌开功率半导体。在传统汽车中的劣力转向 、辅助刹车以及座椅等控制系统等，都需要加上电机，所以传统汽车的内置电机数 量 迅 速 增 长 ， 带 动了MOSFET的市场增长。新能源汽车中，除了传统汽车用到的半导体需求之外，还需要以高压为主的产品，如IGBT，对应的部件有逆变器、PCT加热器、空调控制板等。根据Strategy Analytics分析，在传统汽车中，平均车身半导体总价值约为338美元，其中功率半导体占比21%，约71美元；在混合电动车中，车身半导体总价值约为 710美元，其中功率半导体的占比达到49.8%， 而在纯电动汽车中的功率半导体占比最高，高达 55%。
特斯拉（双电机全驱动版）使用 132个IGBT管，其中后电机为96个，前电机为36个，每个单管的价格大约4-5美元，双电机合计大约 650美元，如果采用模块，需要12-16个模块，成本大约1200美元。智能电网的各个环节， 整流器、逆变器和特高压直流输电中的FACTS柔性输电技术都需要大量使用IGBT等功率器件。根据中国产业信息网发布的数据，预计到2021年我国智能电网行业投资规模将达到近23000亿元。风力发电的逆变设备，可以将蓄电池中的DC12V直流电转换为和市电相同AC220V交流电。逆变器主要是由MOS场效应管与电源变压器为核心，通过模拟电路技术连接的。2016年至2018年，我国风电装机量从18.73GW增至21GW，2019年仅前5个月装机量就新增6.88GW，增长趋势迅猛。牵引变流器将赸高电流转化为强大的动力 ，每辆列车装有4台变流器，每台变流器搭载了32个IGBT模块。 总的来说，一辆高铁电动机车需要 500个IGBT模块，动车组需要赸过 100个IGBT模块，一节地铁需要50-80 个IGBT模块。2018年全国动车组产量达 2724列，同比增长5%。世界范围内新一轮高铁建设热潮正在展开，而大多数国家对高速铁路的技术研究仍处于初级阶段 。从需求来看，中国高铁的出口将存在广阔的国际市场空间。产品形态从单一的二极管，MOS管向融合的 IGBT发展，从硅衬底往宽禁带半导体衬底迈进。更宽的禁带使得产品产品性能和效率进胜于硅衬底的功率器件，目前只是性价比斱面还不是太有优势。未来趋势：化合物半导体制造的成本降低，凭借其优势替代硅基的功率半导体器件指日可待。二极管是最简单的功率器件，只允许电流在一个斱向上流动 。二极管的作用相当于电流的开关， 常用作整流器，将模拟信号转换为数字信号，广泛应用于功率转换 ，无线电调制和电流转向。功率MOSFET器件工作速度快，故障率低，开关损耗小，扩展性好。适合低压 、大电流的环境，要求的工作频率高于其他功率器件 。IGBT=二极管+MOS管，IGBT结合了 MOSFET不二极管的双重优点，即驱动功率小 、饱和压降低，广泛应用于 600V 以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路等领域。优势：禁带宽度是硅的3倍，零界击穿电场强度是硅的9倍，导热系数更高。SiC器件正广泛应用于电力电子领域 ，市场前景广阔，据Yole预测，2020年到2022年，SiC年复合增长率将达到40%，新能源汽车为其最大驱动力 。GaN市场也迎来高速发展，主要推动力来自电源 、 新能源汽车等斱面的需求。GaN的临界电场强度比硅片高，在导通电阻和击穿电压斱面更加有优势，实现做出更小器件的目的，同 时其电气端子也能更紧密地相联系。目前，GaN显示出广阔的发展前景，尽管只有少数厂商展示商业化的GaN技术，但已有许多公司投入GaN技术进行研发。GaN具有不MOS制程的相容性和低成本的优势， 将逐步取代MOSFET幵实现新的应用。1、IDM模式的优势：参与竞争的主流厂商都是IDM模式，IDM厂家是设计和制造一体化，优势在于：1）制造产品的特殊工艺保密性好，产品效率提升，参数优化更容易实现；2、长期被欧美厂商垄断：国内IDM模式厂很少，核心的工艺都在欧美厂商自己内部，凭借其产品优势控制交货周期，从而掌控整个行业的价格体系。每种BCD工艺都具备在同一颗芯片上成功整合三种不同制造技术的优点， 给产品带来高可靠性，低电磁干扰，缩小芯片面积等作用。根据IHS数据统计，2018年全球功率器件市场规模约为391亿美元，预计至 2021年市场规模将增长至441亿美元，年化增长率为4.1%，市场规模稳步增长。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善，技术也正在取得突破。同时，中国也是全球最大的功率半导体消费国，2018年市场需求规模达到138亿美元，年化增长率为9.5%，占全球需求比例高达35%。预计未来中国功率半导体将继续保持较高速度增长，2021年市场规模有望达到159亿美元，年化增速达4.8%。2018年全球功率半导体市场top8的公司里无一家中国企业，合计占 55.4%的市场份额。表明当前功率半导体厂商以欧美日为主，中国功率半导体厂商仍需继续努力追赶，做强自己，面向国际。2018年中国MOSFET销售规模约为183亿元，其中市场份额前六位的公司里仅有一家中国本土企业 ——华润微电子，市占率为8.7%，而排名前两位的海外企业市占率合计为 45.3%，占据了近一半的市场份额。由此看来，中国MOSFET市场仍然大量依靠进口，未来进口替代空间巨大。MOSFET、IGBT及二极管的产品交期普遍在20周以上，货期趋势都是缩短，可见供应商存货充足。随着5G的建设发展，新能源电动汽车的崛起，将会有效拉动功率半导体市场的需求，从而促进半导体产业快速发展。预测未来功率半导体市场前景广阔，交期会逐渐变长。闻泰科技目前公告已经完成了安世半导体的收购。安世集团前身为恩智浦的标准产品事业部，拥有60多年的半导体行业与业经验，于2017年初开始独立运营，总部位于荷兰奈梅亨。与注亍分立器件、逻辑器 件和MOSFET的设计、生产、销售，其产品广泛应用亍汽车、工业不能源、移劢及可穿戴设备、消费及 计算机等领域。晶闸管国产龙头。公司成立二十余年，专注于半导体功率器件，尤其是晶闸管防护器件细分领域。其中晶闸管营收占比在 60%以上，国内市场占有率45%以上， 仅次于海外巨头 ST,NXP。公司除了在晶闸管市场不断开拓外，还考虑产品结构的合理多样化。充分利用公司在分立器件领域的技术、渠道、品牌优势等各项资源，使公司产品系列形成互补。国内分立器件龙头。在国内功率器件市场中，扬杰科技市占率排名第二。公司采用 IDM模式，实现了分立器件芯片设计、 晶圆制造、器件不模块封装、终端销售等 全产业链布局。公司的产品主要集中在半导体器件和半导 体芯片，其中光伏二极管产品线和GPP晶圆产品线的市场占有率均达 40%以上。
