深度报告-20221215-国信证券-功率半导体行业深度_新能源引发行业变革_Fabless与IDM齐头并进_36页_4mb

功率半导体行业深度总结

核心内容

功率半导体是实现电能转换的核心载体，主要由功率分立器件（如二极管、MOSFET、IGBT等）和电源管理IC组成。2022年全球功率器件市场约为281亿美元，预计2022-2025年CAGR为8.2%。功率半导体广泛应用于新能源、工业、消费电子等领域，是电子系统运行的基础。

主要观点

• 技术核心：功率半导体的制造工艺是其技术核心，与集成电路不同，功率器件的性能和差异化主要来源于器件结构和制造工艺，因此IDM模式（集成器件制造）是长期发展趋势。
• 产品分类：功率半导体产品包括单管和模块，单管产品偏标准化，模块产品偏定制化，以满足不同应用场景的可靠性、热管理和集成度要求。
• 发展趋势：功率半导体将向高效率、高可靠性、低成本及新材料（如碳化硅、氮化镓）方向发展，其中碳化硅市场增速最快，预计2025年全球市场规模将超过43亿美元。
• 行业格局：全球功率半导体市场集中度不高，第一大厂商市占率不足20%。新能源、汽车、工控等应用推动行业增长，预计2025年市场规模将达357亿美元。
• 中国崛起：中国企业在功率半导体领域迅速崛起，尤其在IGBT、MOSFET等产品上，部分已实现50%以上的国产化率。Fabless与IDM模式在中短期界限模糊，差异化竞争不显著。

关键信息

功率器件制造流程

1. 衬底：通过区熔（CZ）和直拉（FZ）法获得单晶硅，用于功率器件的制造。
2. 前道工艺：包括外延、光刻、刻蚀、离子注入等，决定了芯片的性能表现。
3. 封装：根据应用需求进行定制化封装，以提升产品可靠性。封装成本在高可靠性IGBT模块中可占30%以上。

材料与技术

• 硅基：主流技术，适用于25V-6.5kV的中低压场景。
• 碳化硅（SiC）：具有高击穿场强、高热导率、高电子饱和速度等优势，适用于高功率、高频率场景，市场增速最快（2021-2025年CAGR为42%）。
• 氮化镓（GaN）：适用于中功率场景，具备高开关频率，提升电源效率。

应用场景

• 新能源汽车：主逆变器、车载充电器、BMS等应用，功率器件单车价值量预计2025年将超700美元。
• 工业自动化：包括电机、UPS等，推动中功率器件发展。
• 电网与新能源发电：如光伏、风电、储能等，推动中高功率器件需求。
• 家电变频化：提升半导体单机价值量，IPM模块国产化率仍有较大提升空间。

全球市场预测

• 市场规模：预计2025年全球功率器件市场将达357亿美元，年复合增速约8.4%。
• 细分市场：
  • IGBT：市场规模将从2021年的9.7亿美元增至2025年的136亿美元，年复合增速约12.8%。
  • MOSFET：市场规模稳定在约104亿美元。
  • 碳化硅：预计2025年全球市场规模将超43亿美元，占整个市场约12%。
  • 新能源汽车：预计2025年碳化硅市场将达34亿美元，占整体碳化硅市场的80%。

中国企业分析

• 士兰微：国内最早IDM厂商之一，2021年全球IGBT模块市占率3.0%（排名第6），MOSFET市占率3.0%（排名第10），IPM市占率2.2%（排名第8）。公司布局12英寸产线，产能持续释放。
• 斯达半导：国内IGBT模块龙头，2021年全球市占率3.0%（排名第6），产品广泛应用于新能源、光伏、储能等领域，预计2023年新能源汽车市场份额将进一步提升。
• 时代电气：以轨道交通起家，拓展至新能源、工业等新兴领域，2022年前三季度新兴装备业务营收同比增长137%，其中新能源汽车电驱系统和功率半导体业务增长显著。
• 扬杰科技、闻泰科技、华虹半导体：在不同细分领域均有布局，如扬杰科技在功率器件封装方面具备优势，华虹半导体在特色工艺代工方面领先。

投资建议

• 推荐IDM公司：士兰微、时代电气、闻泰科技、扬杰科技、BYD半导（未上市）、华润微。
• 推荐Fabless公司：斯达半导、宏微科技、东微半导、新洁能。
• 代工龙头：华虹半导体、中芯集成（未上市）。

风险提示

• 新能源行业增速不及预期。
• 行业竞争加剧，面临产能过剩风险。

重点图表与数据

• 图1：半导体分类及市场规模（2022E）。
• 图2：功率半导体-快速的电力电子“开关”待优化。
• 图3：功率分立器件的分类。
• 图4：功率器件的应用场景及价值量区间。
• 图5：功率半导体的制造流程。
• 图6：功率器件与集成电路的产品附加值比较。
• 图7：功率半导体应用思路。
• 图8：单管与模块的核心要素。
• 图9：器件制造商与集成商的考量。
• 图10：英飞凌IGBT产品。
• 图11：功率器件封装技术演进。
• 图12：12英寸工艺适用产品及应用。
• 图13：12英寸线建设过程及成本优势。
• 图14：不同半导体材料对应的应用领域。
• 图15：2006-2022年功率半导体代表公司营收增长动因复盘（增速，%）。
• 图16：2010-2020功率半导体行业集中度变化情况。
• 图17：2021-2025全球功率器件市场规模及增速（按器件类型分，亿美元，%）。
• 图18：2021-2025全球功率器件市场空间及增速（按应用分，亿美元，%）。
• 图19：汽车电动化框架。
• 图20：21-27年汽车半导体单车价值量变化及市场情况。
• 图21：全球工业驱动市场情况与应用。
• 图22：新能源发电带来的电网变革。
• 图23：新能源发电功率半导体单位价值量与每年发电量。
• 图24：家电变频化半导体单机价值量提升。
• 图25：2017-2021年我国白电IPM模块国产化率。
• 图26：碳化硅应用优势及市场空间。
• 图27：全球功率半导体主要参与者及各细分领域市占率情况。
• 图28：中国功率半导体发展的产品层次。
• 图29：2022年1-9月我国新能源上险乘用车主驱IGBT模块供应商情况。
• 图30：中国功率半导体代工与IDM的产能扩张与中短期格局。
• 图31-34：功率半导体行业公司营收与净利润变化。
• 图35-36：功率半导体行业公司毛利率、净利率及存货、应收账款周转天数。
• 图37：全球功率器件销售情况（单位：十亿美元）。

总结

功率半导体行业正处于技术升级与市场扩张的关键阶段，新能源、汽车、工控等应用推动行业快速发展。中国企业在全球市场份额逐步提升，尤其在IGBT、MOSFET等产品领域表现突出。行业发展趋势包括高效率、高可靠性、低成本及新材料的应用。随着12英寸产线的扩展和宽禁带半导体的渗透，行业竞争格局将更加清晰，企业需在技术与市场之间寻求平衡，以实现持续增长。