功率半導(dǎo)體行業(yè)深度報(bào)告：新能源需求引領(lǐng)-行業(yè)快速發(fā)展

功率半導(dǎo)體行業(yè)深度報(bào)告：新能源需求引領(lǐng)_行業(yè)快速發(fā)展

1.功率半導(dǎo)體：市場(chǎng)空間大，細(xì)分品類多

1.1.簡(jiǎn)介：能源轉(zhuǎn)換的核心器件，細(xì)分品類眾多

功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要指能夠耐受高電壓或承受大電流的半導(dǎo)體分立器件，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等。

功率半導(dǎo)體主要起源于1904年第一個(gè)二極管的誕生，而1957年的美國(guó)通用電氣公司發(fā)表的第一個(gè)晶閘管，標(biāo)志著電子電力技術(shù)的誕生；1970年代，功率半導(dǎo)體進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，GTO、BJT和MOSFET的快速發(fā)展，標(biāo)志著第二代電子電力器件的誕生。之后1980年后期，IGBT開始出現(xiàn)，各種功率模組推動(dòng)著功率半導(dǎo)體快速向前發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，以全新寬禁帶材料為襯底的半導(dǎo)體器件開始出現(xiàn)，功率半導(dǎo)體的性能和市場(chǎng)需求進(jìn)入一個(gè)全新的階段。

功率半導(dǎo)體目前主要可以分為功率IC和功率器件兩大類。功率器件按照外界條件控制器件的開通和關(guān)斷的分類標(biāo)準(zhǔn)可分為：不可控型、半控型和全控型功率器件。其中，二極管單向?qū)ǎ梢詫?shí)現(xiàn)整流，屬于不可控型；晶閘管只能觸發(fā)導(dǎo)通，不能觸發(fā)關(guān)斷，屬于半控型；晶體管包括IGBT和MOSFET等，可以觸發(fā)導(dǎo)通，也可以觸發(fā)關(guān)斷，屬于全控型器件。功率IC指功率類集成電路設(shè)計(jì)，屬于模擬IC的一種，主要分為AC/DC、DC/DC、電源管理IC和驅(qū)動(dòng)IC等。

功率器件主要為二極管、三極管、晶閘管、MOSFET和IGBT等，市場(chǎng)主要被國(guó)外廠商壟斷。二極管是基礎(chǔ)性器件，主要用作整流，雖然原理成熟，但受產(chǎn)品穩(wěn)定性及客戶認(rèn)證壁壘影響，國(guó)產(chǎn)化率仍然較低；三極管主要適用于消費(fèi)電子等產(chǎn)品，用于開關(guān)或功率放大，國(guó)外廠商仍占據(jù)市場(chǎng)份額的前列，國(guó)內(nèi)廠商在附加值較低的部分已完成了國(guó)產(chǎn)替代；晶閘管主要用于工業(yè)領(lǐng)域，屬于電流控制型開關(guān)器件，市場(chǎng)整體規(guī)模較小。

MOSFET和IGBT是最主要的功率器件，其中MOSFET適用于消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制、汽車電子等，相較于前三者，適用頻率高，但一般用于功率不超過(guò)10kw的電力電子裝置，在中低壓領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)廠商正逐步展開國(guó)產(chǎn)替代；IGBT可用于電機(jī)節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子等高壓高頻領(lǐng)域，高壓下，開關(guān)速度高，電流大，但開關(guān)速度低于MOSFET，前五大企業(yè)的市場(chǎng)份額超過(guò)70%，國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外企業(yè)技術(shù)水平存在一定差距。

SiC與GaN由于其性能的優(yōu)越性，可以適用于更廣泛的范圍。SiC與GaN在5G、電動(dòng)汽車、光伏等各個(gè)領(lǐng)域均表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。其中，特斯拉已經(jīng)將電動(dòng)汽車model3中的IGBT器件替換為多個(gè)SiCMOSFET模塊，取得了更優(yōu)的性能。

在功率半導(dǎo)體的發(fā)展路徑中，功率半導(dǎo)體從結(jié)構(gòu)、制程、技術(shù)、工藝、集成化、材料等各方面進(jìn)行了全面提升，其演進(jìn)的主要方向?yàn)楦叩墓β拭芏?，更小的體積，更低的功耗及損耗。在結(jié)構(gòu)更改方面，從晶閘管到IGBT，功率半導(dǎo)體的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了顯著的升級(jí)和更改，IGBT結(jié)構(gòu)與MOSFET結(jié)構(gòu)就有較大的變化；在制程縮小方面，功率半導(dǎo)體的線寬制程從最初的10μm縮小至如今的0.15-0.35μm；在技術(shù)變化和工藝進(jìn)步方面，超薄圓片結(jié)構(gòu)、背面擴(kuò)散技術(shù)、超級(jí)結(jié)技術(shù)等的優(yōu)化都使產(chǎn)品更加適應(yīng)小功率市場(chǎng)，具備更出色的性能和易用性；在集成調(diào)整方面，成功推出功率模塊，即將多個(gè)功率器件進(jìn)行封裝，使其可以在更高頻率工作的同時(shí)，能夠擁有更小的設(shè)備體積和重量；在材料迭代方面，從Si材料逐漸向GaN、SiC等寬禁帶材料升級(jí)，使得功率器件體積和性能均有顯著提升。

1.2.市場(chǎng)特征：廣闊應(yīng)用下周期性減弱，市場(chǎng)規(guī)模呈上升趨勢(shì)

從縱向角度看，看細(xì)分品類，根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)，2019年功率半導(dǎo)體全球市場(chǎng)規(guī)模為463億美元。功率IC市場(chǎng)規(guī)模為244億美元，占52.7%，功率器件市場(chǎng)規(guī)模為210億美元，占47.3%。功率器件中的晶體管市場(chǎng)規(guī)模為144.4億美元，占功率器件市場(chǎng)的68.76%。晶體管市場(chǎng)主要由MOSFET和IGBT組成，其中MOSFET市場(chǎng)占56.09%，約81億美元，IGBT市場(chǎng)占43.91%，約63.4億美元。其主要廠商包括英飛凌、意法半導(dǎo)體、德州儀器、安森美、三菱等，其中功率半導(dǎo)體龍頭廠商為英飛凌。

看下游應(yīng)用，功率半導(dǎo)體下游需求主要以車載方向和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等為主。根據(jù)Yole的2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，功率半導(dǎo)體主要下游驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方向分別為車載方向（包括EV、HEV，硅MOSFET）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)（MotorDrive，IGBT模組）、智能手機(jī)以及無(wú)線設(shè)備（硅MOSFET）、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及存儲(chǔ)（硅MOSFET）、工業(yè)方向（硅MOSFET）和EV、HEV方向（IGBT模組）等。

從區(qū)域角度看，中國(guó)是全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國(guó)，且中國(guó)的功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模在全球的占比仍在逐步增加。根據(jù)IHSmarkit的數(shù)據(jù)，2018年，中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模為138億美元，占全球需求比例高達(dá)35%，14-18年市場(chǎng)占比平均每年約增加0.8pct。未來(lái)中國(guó)的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)占比仍將加速增加，預(yù)計(jì)2021年中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到159億美元，18-21年CAGR為2.39%，在全球市場(chǎng)的占比增加到36.1%，18-21年市場(chǎng)占比平均每年約增加0.37pct。

從橫向角度看，回溯過(guò)去七年：

（1）市場(chǎng)規(guī)模方面，功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模在全球半導(dǎo)體行業(yè)的占比在8%-10%之間，結(jié)構(gòu)占比基本保持穩(wěn)定，功率半導(dǎo)體的周期性相對(duì)較弱。這主要是因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，下游客戶季節(jié)性需求呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)均衡關(guān)系，致使行業(yè)的季節(jié)性特征并不非常明顯；

（2）增速方面，功率半導(dǎo)體14-20年CAGR為3.41%，略小于半導(dǎo)體行業(yè)14-20年CAGR的4.33%。

展望未來(lái)，根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)，2023年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到504.66億美元，17-23年CAGR為4.93%。另外根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，從17-23年，細(xì)分市場(chǎng)增速最快的是IGBT與模塊產(chǎn)品和IPM，CAGR分別為7.86%和7.61%，隨著未來(lái)電動(dòng)汽車、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新領(lǐng)域的不斷拓展，高密度、能承受高電流和高電壓的IGBT、IPM以及相關(guān)模塊產(chǎn)品的需求量將加速上升。

1.3.細(xì)分品類：分立器件中MOSFET和IGBT占比最大，寬禁帶進(jìn)入快速發(fā)展期

MOSFET和IGBT是占比最大的分立器件。根據(jù)可控類型分類角度進(jìn)行細(xì)分領(lǐng)域分析，功率半導(dǎo)體除了功率IC以外，主要包括IGBT、MOSFET、晶閘管和二極管等分立器件，其中IGBT和MOSFET市場(chǎng)占比最大，分別占14.51%和18.54%。在IGBT器件中，主要包括分立IGBT、IGBT模塊和IPM模塊，其中主要為IGBT模塊，占52.21%。

①M(fèi)OSFET是最為成熟的功率器件之一，MOSFET全球市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng)。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球MOSFET市場(chǎng)規(guī)模由2020年的75億美元，預(yù)計(jì)增長(zhǎng)至2026年的94億美元，20-26年CAGR為3.8%，其中汽車、工業(yè)等下游細(xì)分MOSFET需求增速較快。

②IGBT在MOSFET基礎(chǔ)上升級(jí)，市場(chǎng)空間增速快。IGBT作為半導(dǎo)體功率器件中的全控器件，是由BJT（雙極型三極管）和MOSFET（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT的開關(guān)特性可以實(shí)現(xiàn)直流電和交流電之間的轉(zhuǎn)化或者改變電流的頻率，有逆變和變頻的作用，其應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。按電壓分布來(lái)看，消費(fèi)電子領(lǐng)域運(yùn)用的IGBT產(chǎn)品為600V以下；太陽(yáng)能逆變器、白色家電、電動(dòng)汽車所需的IGBT在600-1700V之間；動(dòng)車組常用的IGBT模塊為3300V和6500V，軌道交通所使用的IGBT電壓在1700V-6500V之間。IGBT在電動(dòng)汽車中主要運(yùn)用于電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)和充電樁。

根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，IGBT全球市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)由2020年的54億美元，增長(zhǎng)至2026年的84億美元，2020-2026年CAGR為7.5%，或?qū)⑹鞘袌?chǎng)空間增速最快的分立器件。

③功率二極管和晶閘管作為傳統(tǒng)的功率器件之一，市場(chǎng)規(guī)模基本趨于穩(wěn)定。根據(jù)IHSmarkit的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，晶閘管2019年全球市場(chǎng)規(guī)模為4.93億美元，預(yù)計(jì)2024年為4.76億美元，中國(guó)市場(chǎng)2019年為2.05億美元，預(yù)計(jì)2024年為1.91億美元，基本保持不變。二極管2019年全球市場(chǎng)規(guī)模為43.26億美元，預(yù)計(jì)2024年為46.62億美元，19-24年CAGR為1.51%；中國(guó)市場(chǎng)2019年為14.39億美元，預(yù)計(jì)2024年為15.54億美元，19-24年CAGR為1.55%。從變化增速可以看出，兩者市場(chǎng)規(guī)?；沮呌诜€(wěn)定。

功率半導(dǎo)體從襯底材料角度的細(xì)分領(lǐng)域分析，Si仍舊占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)位置，SiC和GaN的市場(chǎng)占比加速增加。SiC和GaN由于成本和技術(shù)原因，在功率器件中的占比仍較小，2019年SiC占總份額的3.3%，GaN僅占0.4%，但是占比在不斷增加。GaN的市場(chǎng)占比2017-2023年平均每年增長(zhǎng)0.57pct，SiC的市場(chǎng)占比17-22年平均每年增長(zhǎng)0.88pct

以SiC和GaN為首的第三代半導(dǎo)體，將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。根據(jù)Omdia的SiC＆GaNPower數(shù)據(jù)，隨著市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到臨界規(guī)模，這一轉(zhuǎn)變即將到來(lái)，預(yù)計(jì)到2021年，收入將超過(guò)10億美元，這得益于混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車，電源和光伏（PV）逆變器的需求。另外，分立SiC功率器件將占第三代半導(dǎo)體器件的主要份額。未來(lái)規(guī)模擴(kuò)張速度將不斷加快，預(yù)計(jì)從2021年到2024年將增加10億美元，年均增加3.3億美元，從2024年到2029年將增加30億美元，年均增加6億美元。

2.細(xì)說(shuō)功率半導(dǎo)體三大行業(yè)特性

功率半導(dǎo)體行業(yè)有著三個(gè)獨(dú)有的行業(yè)特性，分別為：①非尺寸依賴型工藝，專注于結(jié)構(gòu)和技術(shù)改進(jìn)以及材料迭代；②商業(yè)模式以IDM為主，利于技術(shù)積累和迭代；③細(xì)分需求多樣化，依賴特色工藝平臺(tái)的全面性和深度性。

從功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈流程來(lái)看，設(shè)計(jì)、制造工藝和封裝集成均十分重要。功率半導(dǎo)體以晶圓、光刻板、襯底材料等半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造、封裝后形成細(xì)分終端產(chǎn)品。其中，除了設(shè)計(jì)之外，功率半導(dǎo)體的制造工藝和封裝工藝亦十分關(guān)鍵：

①在制造工藝中，需要涉及外延工藝、光刻工藝、減薄、背面金屬化等制造工藝，制造工藝是影響器件性能的核心因素之一；

②在封裝工藝中，裸片會(huì)進(jìn)行器件封裝或模組封裝或集成封裝，裸片若經(jīng)過(guò)器件封裝會(huì)形成功率分立器件，若經(jīng)過(guò)模組封裝會(huì)形成功率模組。由于功率半導(dǎo)體工作環(huán)境極端，對(duì)可靠性和壽命等要求較高，因此封裝技術(shù)同樣是影響器件性能的核心因素之一。

最后成型的功率器件會(huì)用于各類終端，功率分立器件主要用于消費(fèi)電子、家用電器等，功率IC多用于電源管理芯片，適用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等，功率模組可承受更高壓環(huán)境，則主要用于軍工航天、軌道交通等產(chǎn)業(yè)內(nèi)的DC/AC逆變器、整流器、驅(qū)動(dòng)控制電路方面。

2.1.行業(yè)特性一：非尺寸依賴型工藝，專注結(jié)構(gòu)與材料特性

集成電路技術(shù)的發(fā)展主要分為三個(gè)技術(shù)方向：尺寸依賴的先進(jìn)工藝，非尺寸依賴的特色工藝以及先進(jìn)封裝工藝。在縱向的先進(jìn)工藝中，業(yè)界追求特征線寬的縮小、工作電壓的降低、開關(guān)頻率的提高等。它主要追趕摩爾定律，不斷實(shí)現(xiàn)更高密度的技術(shù)，從130nm到3nm工藝，晶體管的集成度越來(lái)越高，成本大幅下降，芯片的價(jià)格也不斷下降。

在橫向的特色工藝中，強(qiáng)調(diào)器件特征多樣化，專注于芯片如何在不同場(chǎng)景下承受高電壓、輸出高電流，以及如何提高電路線性特征，降低噪聲。特色工藝追求的不完全是器件的縮小，而是根據(jù)不同的物理特性，做出不同的產(chǎn)品，比如射頻器件、模擬器件、無(wú)源器件、高壓功率半導(dǎo)體、傳感器等。第三個(gè)方向?yàn)橄冗M(jìn)封裝工藝方向，利用特種的封裝進(jìn)行高密度的組裝做出更高價(jià)值產(chǎn)品。

功率半導(dǎo)體屬于特色工藝產(chǎn)品，非尺寸依賴型，在制程方面不追求極致的線寬，不遵守摩爾定律。數(shù)字芯片更加注重制程的升級(jí)，目前處理器等高端數(shù)字芯片的先進(jìn)制程基本在14nm以下，高端產(chǎn)品更是達(dá)到了5nm制程，算力發(fā)展速度較快。而對(duì)于功率半導(dǎo)體而言，性能發(fā)展速度較慢，制程基本穩(wěn)定在90nm-0.35μm之間，其發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)主要包括制造工藝、封裝技術(shù)、基礎(chǔ)材料的升級(jí)。

發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)1：制造工藝。功率半導(dǎo)體制造工藝的具體難點(diǎn)在于溝槽工藝以及背面工藝（晶圓減薄、高劑量離子注入）等。以IGBT為例，自上世紀(jì)80年代被推出后，每一次的性能升級(jí)都離不開表面結(jié)構(gòu)及背面工藝的進(jìn)步。

（1）溝槽工藝：目前中高端的功率器件（MOSFET和IGBT）均使用溝槽工藝。IGBT的表面結(jié)構(gòu)發(fā)展曾歷經(jīng)平面柵工藝到溝槽柵工藝的演變。第一代和第二代的IGBT采用平面柵工藝，由于pbase與擴(kuò)散區(qū)形成球面PN結(jié)，產(chǎn)生JFET效應(yīng)，導(dǎo)致導(dǎo)通壓降較大。英飛凌在第三代IGBT中采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，使得P型發(fā)射區(qū)的反型溝道垂直于硅片表面，有效消除JFET效應(yīng)，增加了表面溝道密度，降低了器件導(dǎo)通損耗。另外，最新的IGBT7對(duì)溝槽工藝進(jìn)一步升級(jí)，采用MPT（MicroPatternTechnology）結(jié)構(gòu)將微溝槽柵和FS組合并應(yīng)用低壓MOS技術(shù)，進(jìn)一步大幅提高了溝道密度，從而實(shí)現(xiàn)更大的器件性能控制范圍。相比于平面柵，溝槽柵結(jié)構(gòu)性能得到了顯著的提升，所以對(duì)于IGBT器件而言，表面結(jié)構(gòu)升級(jí)也是產(chǎn)品高端化的必經(jīng)之路。

制備溝槽型器件工藝壁壘高，設(shè)計(jì)-制造環(huán)節(jié)須歷經(jīng)長(zhǎng)期技術(shù)沉淀。溝槽柵IGBT的溝槽寬度僅有1-2μm，而溝槽深度要達(dá)到4μm以上。因此，通過(guò)酸腐蝕工藝制備溝槽時(shí)，須對(duì)溝槽的寬度和深度實(shí)現(xiàn)精確控制。此外，溝槽壁亦要盡可能光滑以提升良率。同時(shí)，IGBT溝槽底部的倒角亦須圓潤(rùn)、均一以免影響器件耐壓。而溝槽形貌與設(shè)備條件、刻蝕工藝和后處理有著十分緊密的聯(lián)系，須大力協(xié)調(diào)三者之間關(guān)系才可規(guī)模量產(chǎn)溝槽形貌良好的IGBT產(chǎn)品。因此，功率半導(dǎo)體的制造工藝壁壘較高，需要晶圓廠與芯片設(shè)計(jì)部門長(zhǎng)期合作，對(duì)器件的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)長(zhǎng)期打磨及優(yōu)化。

（2）背面工藝：對(duì)良率、成本影響顯著，減薄和背金是關(guān)鍵。同以IGBT為例，背面工藝主要包括正面貼膜、背面減薄、背面清洗、背面P注入、激光退火、背面B注入、背面金屬化、烘烤等。IGBT4相較于3進(jìn)一步減薄了背面結(jié)構(gòu)，使得開關(guān)損耗進(jìn)一步降低，同時(shí)最高工作結(jié)溫也從125℃提升至150℃，但相應(yīng)的背面工藝復(fù)雜度也顯著提升，主要體現(xiàn)在晶圓減薄、注入及金屬化等工藝中。

在背面工藝易產(chǎn)生碎片。在晶圓被減薄至100-200μm后，后續(xù)的摻雜以及背面金屬化的過(guò)程中，亦會(huì)因?yàn)楣に嚳刂萍鞍徇\(yùn)不慎帶來(lái)碎片的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在wafer尺寸超過(guò)8寸后，背面工藝難度提升，對(duì)IGBT良率影響也顯著放大，目前能夠規(guī)模量產(chǎn)12英寸IGBT的晶圓廠較少。此外，使用場(chǎng)截止技術(shù)時(shí)，亦對(duì)背面摻雜工藝提出更高要求，須綜合考量深度、濃度、分布以及與集電極的匹配等影響因素，涉及的變量較多，優(yōu)化難度大。

發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)2：封裝工藝。由于功率半導(dǎo)體工作環(huán)境極端，對(duì)可靠性和壽命等要求較高，因此封裝工藝同樣是功率半導(dǎo)體的主要關(guān)注點(diǎn)。封裝工藝主要從三種途徑進(jìn)行改進(jìn)：①提高芯片面積與占用面積之比；②將封裝的電阻和熱阻減至最??；③將寄生電阻和電感減至最小。TOLL可以被應(yīng)用于離散型功率器件封裝。

車規(guī)級(jí)IGBT模塊封裝技術(shù)壁壘更高，封裝質(zhì)量及散熱重要性突出。車規(guī)級(jí)IGBT模塊是功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)壁壘最高的產(chǎn)品之一。車規(guī)級(jí)封裝是保障高溫運(yùn)行、高功率密度、高可靠性的關(guān)鍵因素，不僅僅涉及到芯片表面互連、貼片互連、端子引出、散熱等關(guān)鍵技術(shù)工藝。

直接液冷是目前車規(guī)IGBT模塊的主流散熱方案。對(duì)于模塊散熱設(shè)計(jì)而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大，需要廠商對(duì)熱力學(xué)及材料體系有較為深入的理解。早期車規(guī)IGBT模塊采用基于銅基板的三明治結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)散熱性能差且結(jié)構(gòu)笨重，限制模塊功率進(jìn)一步提升。為提升散熱能力，針翅直接水冷散熱結(jié)構(gòu)以及更為先進(jìn)的雙面散熱被提出并廣泛采用，目前日本電裝、日立以及英飛凌的雙面散熱模塊已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)3：材料迭代。功率半導(dǎo)體還專注于材料的迭代，現(xiàn)有第三代半導(dǎo)體材料可有效提升原有硅基材料的性能，突破原有器件性能天花板。以SiC、GaN等第三代半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的功率半導(dǎo)體可在更高頻、更高壓的環(huán)境下工作，性能上超過(guò)原有Si基IGBT和Si基MOSFET，且原有的成本問(wèn)題也不斷得到了優(yōu)化。

2.2.行業(yè)特性二：IDM模式與委外代工共存，技術(shù)迭代與產(chǎn)能供給齊飛

半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)主要存在IDM與垂直分工兩種經(jīng)營(yíng)模式。IDM模式即垂直一體化模式，是指半導(dǎo)體企業(yè)除進(jìn)行半導(dǎo)體設(shè)計(jì)外，業(yè)務(wù)范圍還包括芯片制造、封裝和測(cè)試等所有環(huán)節(jié)。垂直分工模式則是將各個(gè)環(huán)節(jié)劃分開來(lái)，各家公司只專注經(jīng)營(yíng)一個(gè)環(huán)節(jié)，例如Fabless模式則僅專注于半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和銷售環(huán)節(jié)，而芯片制造和封裝測(cè)試則交給Foundry模式的純代工企業(yè)。

對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)品公司而言，采用IDM模式對(duì)企業(yè)技術(shù)、資金和市場(chǎng)份額要求較高，具有典型的重資產(chǎn)屬性。公司不僅自身需要擁有研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，還需自建芯片制造、封裝和測(cè)試生產(chǎn)線，在完成半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)后銷售給下游客戶。自建芯片制造和封裝測(cè)試生產(chǎn)線就需要巨額的資金投入，如投資建設(shè)一條8英寸芯片制造產(chǎn)線的資金約30億元人民幣，因此采用IDM模式的企業(yè)往往除了擁有較強(qiáng)的研發(fā)技術(shù)實(shí)力外，還必須擁有雄厚的資本實(shí)力。在垂直分工經(jīng)營(yíng)模式下采用Fabless模式僅需專注于從事產(chǎn)業(yè)鏈中的芯片設(shè)計(jì)和銷售環(huán)節(jié)，能夠相對(duì)有效控制投入和成本。垂直分工模式在數(shù)字邏輯集成電路領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。

功率行業(yè)中公司既有IDM模式，也有垂直分工模式。國(guó)外IDM模式公司有英飛凌、ONSemi、TI、STMicro、東芝等；國(guó)內(nèi)公司IDM模式公司有華微電子、士蘭微、華潤(rùn)微等。垂直分工模式中的Fabless包括新潔能、斯達(dá)等；Foundry則包括華虹半導(dǎo)體、世界先進(jìn)、中芯國(guó)際等。

功率半導(dǎo)體采用IDM模式的主要優(yōu)勢(shì)：

（1）IDM模式具有技術(shù)的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)，有利于積累工藝經(jīng)驗(yàn)，形成核心競(jìng)爭(zhēng)力。其研發(fā)及生產(chǎn)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)活動(dòng)，涉及到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝研發(fā)等多個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，IDM模式在研發(fā)與生產(chǎn)的綜合環(huán)節(jié)長(zhǎng)期的積累會(huì)更為深厚，有利于技術(shù)的積淀和產(chǎn)品群的形成，從而有助于形成更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）IDM模式具備資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)，針對(duì)客戶定制化需求，IDM模式能協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體屬于對(duì)工藝特色化、定制化要求較高的半導(dǎo)體產(chǎn)品，對(duì)設(shè)計(jì)、制造以及封裝工藝環(huán)節(jié)結(jié)合的要求更高。在IDM企業(yè)內(nèi)部，公司可以通過(guò)構(gòu)建主要產(chǎn)品工藝技術(shù)平臺(tái)，衍生開發(fā)細(xì)分型號(hào)產(chǎn)品，并持續(xù)升級(jí)產(chǎn)品工藝平臺(tái)，形成了“構(gòu)建-衍生-升級(jí)”的良性發(fā)展模式，從而使得公司細(xì)分型號(hào)產(chǎn)品能夠快速、“裂變式”產(chǎn)生，滿足下游多個(gè)領(lǐng)域的需求，最終引致公司經(jīng)營(yíng)規(guī)模迅速增長(zhǎng)。相比Fabless模式經(jīng)營(yíng)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，公司能夠有更快的產(chǎn)品迭代速度和更強(qiáng)的產(chǎn)線配合能力，同時(shí)也可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行高效的特色工藝定制。

（3）制造環(huán)節(jié)重要性高，IDM模式享受更高產(chǎn)品附加值。功率半導(dǎo)體屬于特色工藝產(chǎn)品，定制化要求較高，且細(xì)分產(chǎn)品出貨量較低。如果將功率半導(dǎo)體交給晶圓廠進(jìn)行代工，無(wú)法達(dá)到足夠的規(guī)模效應(yīng)，成本較高。更重要在于公司將制造環(huán)節(jié)全部囊入公司業(yè)務(wù)，賺取了本該屬于晶圓廠的利潤(rùn)，有利于提高公司產(chǎn)品原有的產(chǎn)品附加值。

但I(xiàn)DM具有明顯的重資產(chǎn)屬性，在擴(kuò)大營(yíng)收，鞏固主要營(yíng)收市場(chǎng)方面具有較大的約束性。隨著全球新興產(chǎn)品的爆發(fā)以及以中國(guó)為代表的區(qū)域性需求的快速擴(kuò)張，純IDM公司產(chǎn)能供給無(wú)法有效跟上終端需求；另外由于半導(dǎo)體行業(yè)的周期性，純IDM公司極容易受制于原有固定產(chǎn)能，陷入被動(dòng)局面。因此IDM模式+委外代工共存是商業(yè)模式未來(lái)的發(fā)展方向，既能隨市場(chǎng)波動(dòng)及時(shí)擴(kuò)大或減少產(chǎn)能，也可以就近滿足區(qū)域性市場(chǎng)需求。

2.3.行業(yè)特性三：細(xì)分需求多樣化，依賴特色工藝平臺(tái)的全面性和深度性

“平臺(tái)化多樣性”是特色工藝企業(yè)構(gòu)筑競(jìng)爭(zhēng)壁壘、打造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的核心武器，工藝平臺(tái)越強(qiáng)大的企業(yè)，其在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、服務(wù)能力和特殊化開發(fā)能力方面具有深厚的優(yōu)勢(shì)。

功率半導(dǎo)體行業(yè)細(xì)分需求多樣化，從大類產(chǎn)品平臺(tái)，到不同電壓、不同面積、不同封裝外形，交叉組合可形成千余種細(xì)分產(chǎn)品。以新潔能的產(chǎn)品布局為例，公司主要分為四大產(chǎn)品平臺(tái)：溝槽型功率MOSFET、超結(jié)功率MOSFET、屏蔽柵功率MOSFET和IGBT；每個(gè)平臺(tái)下又根據(jù)不同的電壓、不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類；之后為了滿足客戶的要求，需要調(diào)整芯片面積、采用多達(dá)三十余種封裝外形以及進(jìn)行單管、功率模塊或者智能功率模塊的集成封裝，因此近二十個(gè)子工藝平臺(tái)疊加不同電壓系列、不同面積系列以及不同封裝系列，交叉組合會(huì)得到1000余款細(xì)分型號(hào)的產(chǎn)品。

功率半導(dǎo)體產(chǎn)品由于根據(jù)客戶定制要求所產(chǎn)生的的細(xì)分需求多樣化，但各細(xì)分類型需求量相對(duì)IC產(chǎn)品較小，因而公司要想在行業(yè)內(nèi)獲得足夠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于特色化工藝平臺(tái)的全面性和深度性要求極高。

3.趨勢(shì)一：電車及光伏是功率半導(dǎo)體需求增長(zhǎng)主動(dòng)力

新能源汽車滲透及光伏加速建設(shè)是功率半導(dǎo)體市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的最主要驅(qū)動(dòng)力。電動(dòng)車：從ICE（內(nèi)燃車）到MEV（輕度混合動(dòng)力汽車），再?gòu)腗EV到BEV（電池電動(dòng)汽車），單輛電動(dòng)車內(nèi)部的功率器件數(shù)量在不斷增加，再加上配套設(shè)備充電樁所含有的功率器件數(shù)量，單車驅(qū)動(dòng)的功率器件規(guī)模大幅增長(zhǎng)。光伏：受益于“碳中和”成為大國(guó)共識(shí)疊加發(fā)電成本下降，全球光伏裝機(jī)量亦將持續(xù)快速提升，功率半導(dǎo)體作為逆變器核心器件，亦將迎來(lái)量?jī)r(jià)齊升。

3.1.電車：汽車邁向純電動(dòng)化，功率半導(dǎo)體量?jī)r(jià)齊升

3.1.1.新能源汽車持續(xù)放量，汽車電動(dòng)化大勢(shì)所趨

電動(dòng)汽車主要分為MHEV、PHEV與BEV三種大類。MHEV為輕度混合動(dòng)力汽車，只是在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝小型電動(dòng)機(jī)，幫助改善發(fā)動(dòng)機(jī)的啟/停過(guò)程；PHEV為插電式混合動(dòng)力汽車，同時(shí)利用電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，且可以利用外接電源進(jìn)行充電；BEV為純電動(dòng)汽車，利用蓄電池存儲(chǔ)動(dòng)力，利用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電能驅(qū)動(dòng)。

隨技術(shù)不斷完善及全球政府的大力推進(jìn)，新能源汽車未來(lái)有望保持較高增速：供給端來(lái)看。特斯拉等造車新勢(shì)力通過(guò)打造全新的用戶體驗(yàn)及產(chǎn)品模式，倒逼傳統(tǒng)廠商向新能源轉(zhuǎn)型，形成良性循環(huán)，大量?jī)?yōu)質(zhì)新能源車型被紛紛推向市場(chǎng)。需求端來(lái)看：購(gòu)車群體對(duì)新能源車逐步產(chǎn)生認(rèn)識(shí)疊加政府的大力推進(jìn)，新能源汽車消費(fèi)人群逐步起量。因此，新能源車未來(lái)有望逐步替代傳統(tǒng)能源汽車，成為汽車市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

2021年全球新能源車出貨量快速增長(zhǎng)。進(jìn)入2021年后，全球出貨量快速增長(zhǎng)，截至2021年上半年，全球新能源車出貨量超過(guò)250萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)全年增速將超過(guò)50%。從出貨結(jié)構(gòu)看，純電動(dòng)和插混動(dòng)力占據(jù)全球約99%份額，氫燃料電池汽車占比約為1%。

分地區(qū)來(lái)看，中國(guó)是全球最大市場(chǎng)之一，2021增速較快。2020年，中國(guó)占據(jù)全球新能源汽車出貨41.27%，歐洲這一份額為43.06%，二者是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)。從銷售結(jié)構(gòu)來(lái)看，國(guó)內(nèi)純電動(dòng)車占據(jù)新能源汽車銷量比重為81.6%，混合動(dòng)力車占比為18.60%，氫燃料電池汽車占比僅為0.07%。

銷量增長(zhǎng)有望持續(xù)，拉動(dòng)上游汽車電子需求。隨著技術(shù)的不斷成熟與成本的顯著下降，新能源汽車的用戶體驗(yàn)得到了顯著的提升，隨著消費(fèi)者需求不斷釋放，未來(lái)中國(guó)乃至全球新能源汽車銷量將維持長(zhǎng)期高速增長(zhǎng)，行業(yè)進(jìn)入高景氣周期，預(yù)計(jì)2021-2026年的CAGR將接近30%。隨著下游新能源汽車需求不斷釋放，汽車電子作為新能源車產(chǎn)業(yè)鏈的上游有望充分受益。

3.1.2.汽車電動(dòng)化核心元件，功率半導(dǎo)體量?jī)r(jià)齊升

功率半導(dǎo)體在汽車中主要負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換，電動(dòng)車功率半導(dǎo)體用量提升。燃油車的功率半導(dǎo)體應(yīng)用場(chǎng)景主要包括啟停模塊、車燈、引擎、車身、音響控制、防盜以及動(dòng)力傳輸系統(tǒng)等。而對(duì)于電動(dòng)車而言，功率半導(dǎo)體用量在燃油車的基礎(chǔ)上顯著提升，主要增量體現(xiàn)在車載充電系統(tǒng)（OBC）、電池管理（BMS）、高壓負(fù)載、高壓轉(zhuǎn)低壓DCDC、主驅(qū)動(dòng)等，用量相比于傳統(tǒng)燃油車顯著提升，將成為電動(dòng)車核心元件之一。

相比燃油車，電動(dòng)車功率半導(dǎo)體復(fù)雜度亦顯著提升。燃油車功率器件電壓等級(jí)低，40V的功率MOSFET即可滿足EPS(電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng))和EPB(電子駐車制動(dòng)系統(tǒng))等核心安全系統(tǒng)要求。此外，燃油車動(dòng)力總成電壓往往在30V左右，電助力制動(dòng)器電壓70V左右，單車平均電氣功率不超過(guò)20kW，因此高性能車規(guī)低壓MOSFET即可滿足車輛低功耗需求。

而對(duì)于新能源汽車而言，相比于傳統(tǒng)能源車多出了主電機(jī)驅(qū)動(dòng)、DCDC、OBC、車載電動(dòng)空調(diào)、電池管理（BMS）等部件，其中純電動(dòng)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率往往可超過(guò)100kW，發(fā)電機(jī)功率平均達(dá)到30kW，單車平均功率要遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)燃油汽車。此外，與傳統(tǒng)汽車不同的是，由于較高的驅(qū)動(dòng)功率、電壓以及高能耗敏感度，電動(dòng)車廠往往會(huì)采用導(dǎo)通壓降小、工作電壓高的IGBT模塊，而非在傳統(tǒng)燃油車中采用的MOSFET，單車功率半導(dǎo)體復(fù)雜度亦將呈現(xiàn)顯著提升。

隨著電動(dòng)車加速滲透，功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量上升趨勢(shì)明顯。根據(jù)英飛凌、strategyanalytics和IHSMarkit的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，ICE（內(nèi)燃車）內(nèi)功率半導(dǎo)體價(jià)值71美元，總成本占比不足10%；而PHEV和BEV二者平均功率半導(dǎo)體價(jià)值量為330美元，占總成本的39.56%，相比ICE的功率半導(dǎo)體價(jià)值量增加了約240美元。

3.1.3.車規(guī)級(jí)功率空間廣闊，IGBT和MOSFET增速快

IGBT及MOSFET是汽車功率半導(dǎo)體價(jià)值量提升的主要推力。傳統(tǒng)汽車中蓄電池電壓主要為12V或24V，分立功率器件主要被應(yīng)用于調(diào)節(jié)各低壓工作單元的通斷，因此最常用的分立器件是MOSFET，用以控制車燈、天窗、雨刷等模塊。而對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池電壓往往要大于300V，且平均功率亦顯著提升（這意味著流經(jīng)功率模塊電流顯著提升），因而往往在關(guān)鍵環(huán)節(jié)會(huì)使用能夠適應(yīng)高電壓、大電流的IGBT模塊，同時(shí)MOSFET的用量及價(jià)值量亦顯著上升。在下文中，我們主要對(duì)新能源汽車的5大增量模塊進(jìn)行梳理。

對(duì)大多數(shù)車型而言，電驅(qū)逆變器核心部件是IGBT和FRD。逆變器可選的方案主要為硅MOSFET、IGBT以及SiC方案，MOSFET主要應(yīng)用于A00級(jí)車型，市場(chǎng)占有率較低，且未來(lái)有望被IGBT所取代。SiC目前受限于高成本及產(chǎn)能釋放，3-5年維度來(lái)看難以大規(guī)模放量，因此IGBT是電驅(qū)逆變器最為主流的方案。

以典型主控功率逆變器為例，IGBT和FRD用量大。以單驅(qū)為例，旺材電機(jī)與電控披露，英飛凌的部分產(chǎn)品由六橋臂單元（內(nèi)含6組IGBT、6組FRD）構(gòu)成，其中每個(gè)橋臂包含3顆IGBT芯片、3顆FRD芯片，共計(jì)18顆IGBT和18顆FRD。

高壓轉(zhuǎn)低壓DC-DC：開關(guān)元件主要是MOSFET，功率二極管用量多。該模塊幾乎被應(yīng)用于所有新能源車型中，功率范圍在2kW左右，其主要作用是取代傳統(tǒng)汽車中的12V發(fā)電機(jī)，將動(dòng)力電池的高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電，隨后被低壓蓄電池收集。此外，部分方案可能會(huì)采用IGBT作為開關(guān)器件。

OBC：中高端產(chǎn)品采用IGBT，中低端為MOSFET方案。OBC的主要作用是將充電樁交流電轉(zhuǎn)換為動(dòng)力電池所需要的直流電，并依據(jù)BMS提供的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流等參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。IGBT單管或者高壓MOSFET等開關(guān)器件則是OBC中實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換模塊的核心開關(guān)器件。

電池管理（BMS）：核心分立器件為MOSFET。BMS主要用來(lái)可監(jiān)控并調(diào)節(jié)電動(dòng)車電池的充放電過(guò)程，通過(guò)對(duì)電池的電壓、溫度、容量、荷電狀態(tài)等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余電量的有效利用并避免電池的過(guò)充損耗。在電動(dòng)車中，每一電池組往往都有其獨(dú)立的BMS系統(tǒng)，用以確保行車安全。

新能源汽車MOSFET、IGBT單車價(jià)值量提升，市場(chǎng)空間快速增長(zhǎng)。MOSFET來(lái)看，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)及我們的測(cè)算，新能源汽車（EV/HEV）的MOSFET單車價(jià)值量有望達(dá)到31美金，相比于傳統(tǒng)燃油汽車的19美金，增長(zhǎng)約12美金。IGBT來(lái)看，結(jié)合全球汽車銷量和Yole，我們預(yù)估2020年新能源汽車（包括EV和HEV）單車IGBT價(jià)值量約為204美金。進(jìn)一步，在新能源汽車?yán)瓌?dòng)下，國(guó)內(nèi)電動(dòng)車IGBT市場(chǎng)空間從2020年的2.0億美金成長(zhǎng)至2026年的22.3億美金，CAGR為49.9%。MOSFET市場(chǎng)來(lái)看，由于燃油車亦采用MOSFET功率器件，我們測(cè)算2020年國(guó)內(nèi)車規(guī)MOSFET市場(chǎng)空間為5.0億美金，2026年將達(dá)到6.5億美金，2020-2026年CAGR為4.6%。

核心假設(shè)：假設(shè)國(guó)內(nèi)汽車出貨量平均每年2500萬(wàn)輛，采用Si-MOSFET逆變器車型2020-2026出貨量預(yù)估為20/28/32/35/40/42/44萬(wàn)輛，SiCMOSFET逆變器車型在2020-2026年出貨量占比分別為

15.0%/11.4%/12.4%/15.4%/18.4%/20.4%/22.4%。此外，綜合考慮新能源汽車逐步在中端及高端車型滲透，以及IGBT廠商的降價(jià)，假設(shè)2020-2026年新能源汽車IGBT價(jià)值量保持穩(wěn)定。

此外，充電基礎(chǔ)設(shè)施是電動(dòng)車必不可少的配套設(shè)施，其內(nèi)部也含有較大數(shù)量的功率器件。以典型的直流充電樁為例，三相交流380V輸入電壓經(jīng)過(guò)兩路AC/DC電路并聯(lián)后，得到800V直流母線電壓，然后經(jīng)過(guò)兩路全橋LLCDC/DC電路，輸出250V到950V（或750V）高壓給電動(dòng)汽車充電使用，從拓?fù)潆娐穪?lái)看，充電樁包含的功率器件較多。

充電基礎(chǔ)設(shè)施的充電效率越高，則對(duì)充電功率要求越高，繼而需要的功率器件也越多。根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)，隨著DC充電系統(tǒng)的功率的增大，充電時(shí)間不斷減小，但每個(gè)DC充電系統(tǒng)所含的功率器件價(jià)值處于上升趨勢(shì)。20kW充電系統(tǒng)所含功率器件主要為Si基，價(jià)值40美元；150kW充電系統(tǒng)所含功率器件也主要為Si基，價(jià)值300美元；而350kW充電系統(tǒng)所含功率器件變?yōu)镾iC基，價(jià)值3500美元，價(jià)值相較于20kW充電系統(tǒng)提升明顯。因此整個(gè)電動(dòng)車系統(tǒng)所需的功率器件不僅包含電動(dòng)車本身所擁有的，也包含充電樁內(nèi)所必需的，因此電動(dòng)汽車的發(fā)展所帶動(dòng)的功率器件市場(chǎng)，超過(guò)我們單純依據(jù)電動(dòng)車內(nèi)功率器件價(jià)值量所算出的增量市場(chǎng)。

3.2.光伏：全球光伏裝機(jī)量提升，推動(dòng)功率半導(dǎo)體需求增長(zhǎng)

3.2.1.光伏裝機(jī)量快速提升，逆變器需求將迎爆發(fā)

光伏逆變器是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的心臟。光伏逆變器主要由輸入濾波電器、DC/DCMPPT電路、DC/AC逆變器、輸出濾波電路、核心控制單元電路組成。逆變器在光伏電站中占據(jù)核心地位，是連接電網(wǎng)和光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵樞紐，其主要功能是將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，并入電網(wǎng)或供負(fù)載使用。逆變器的性能對(duì)電站運(yùn)行平穩(wěn)性、發(fā)電效率和使用年限都會(huì)產(chǎn)生直接影響。此外，逆變器還負(fù)責(zé)整個(gè)光伏系統(tǒng)的智能化控制，能夠通過(guò)最大功率電追蹤（MPPT）顯著提升系統(tǒng)發(fā)電效率，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)節(jié)和保護(hù)。

集中式逆變器和組串式逆變器占據(jù)裝機(jī)規(guī)模近90%的份額，是當(dāng)前行業(yè)主流。光伏逆變器的發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)了集中式逆變器、集散式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器四大類，當(dāng)前集中式和組串式逆變器占據(jù)近90%的裝機(jī)規(guī)模。

集中式逆變器體積大、功率高，通常功率在500kW以上，只適用于大型地面集成式光伏電站。組串式逆變器體積小、易安裝、功率小，功率略小于集中式逆變器，可調(diào)節(jié)多塊光伏組件的電流輸出，適用于分布式光伏系統(tǒng)。隨著技術(shù)發(fā)展，組串式逆變器逐漸也可用于大功率電站場(chǎng)景，疊加其安裝方便等優(yōu)勢(shì)，滲透率迅速提升。2020年國(guó)內(nèi)組串式逆變器出貨量已占據(jù)市場(chǎng)65%以上的份額。

乘政策之東風(fēng)，全球光伏市場(chǎng)方興未艾。隨著全球多個(gè)國(guó)家陸續(xù)提出碳中和的相關(guān)政策，光伏發(fā)電在全球的能源占比未來(lái)將不斷提升。全球來(lái)看，光伏發(fā)電不僅在歐美日等發(fā)達(dá)地區(qū)蓬勃發(fā)展，在中東、南美等地區(qū)也在快速起量，目前已經(jīng)成為清潔、低碳并具備一定價(jià)格優(yōu)勢(shì)的發(fā)電形式。2021年，在光伏發(fā)電成本持續(xù)下降及全球政府大力支持等有利因素的推動(dòng)下，全球光伏新增裝機(jī)量有望快速增長(zhǎng)。

國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)空間廣闊。2020年，國(guó)內(nèi)光伏新增裝機(jī)48.2GW，創(chuàng)歷史第二高，同比增加60.1%。2020年由于受到疫情影響，20H1新增光伏裝機(jī)規(guī)模較少的情況下，下半年光伏裝機(jī)快速發(fā)展，12月單月新增光伏裝機(jī)規(guī)模達(dá)到29.5GW，創(chuàng)歷史新高。

光伏新增裝機(jī)放量疊加存量替代空間擴(kuò)大，逆變器滲透率提升。光伏新增裝機(jī)速度逐年提升，市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，作為光伏電站系統(tǒng)核心的逆變器有望迎來(lái)量?jī)r(jià)齊升。此外，存量市場(chǎng)方面，考慮到光伏逆變器壽命一般在10年左右，當(dāng)前存量替換需求主要來(lái)自2010年前后分布于歐洲地區(qū)的光伏裝機(jī)。國(guó)內(nèi)光伏裝機(jī)于2013年起騰飛，因此預(yù)計(jì)未來(lái)2-3年國(guó)內(nèi)存量替換市場(chǎng)也將不斷擴(kuò)大。如果假設(shè)存量替代為10年前的新增規(guī)模，則未來(lái)存量替代亦將顯著拉動(dòng)光伏逆變器的需求。綜上，光伏裝機(jī)增量與存量的相互作用，將帶動(dòng)光伏逆變器滲透率不斷提升、市場(chǎng)空間顯著擴(kuò)大。

3.2.2.IGBT是逆變器核心，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間廣闊

IGBT等功率半導(dǎo)體是逆變器實(shí)現(xiàn)直流轉(zhuǎn)交流的關(guān)鍵所在，在逆變器成本中約占據(jù)13%的價(jià)值。IGBT和MOSFET等電力電子開關(guān)器件的高頻率開合特性是逆變器實(shí)現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)交流電這一基礎(chǔ)功能的基礎(chǔ)。逆變器生產(chǎn)所需原材料主要包括電子元器件、機(jī)構(gòu)件以及輔助材料，其中電子元器件包括功率半導(dǎo)體、集成電路、電感磁性元器件、PCB線路板、電容、開關(guān)器件、連接器等，機(jī)構(gòu)件主要為壓鑄件、鈑金件等，輔助材料主要包括塑膠件等絕緣材料。根據(jù)固德威招股說(shuō)明書披露，機(jī)構(gòu)件、電感、IGBT功率器件為3大核心耗材，占據(jù)近60%的成本，其中IGBT功率器件占據(jù)約13%，位列第三。

全球逆變器IGBT市場(chǎng)擴(kuò)容，國(guó)內(nèi)逆變器廠商市占率高。我國(guó)逆變器產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)大量的研發(fā)積累，近年來(lái)不斷從海外品牌ABB、SMA、TMEIC等手中搶奪市場(chǎng)份額，形成了華為、陽(yáng)光電源、錦浪、固德威等諸多逆變器全球龍頭企業(yè)，當(dāng)前中國(guó)逆變器出貨全球市占率已經(jīng)超過(guò)65%。

2026年國(guó)內(nèi)光伏逆變器IGBT需求有望超過(guò)40億人民幣。根據(jù)測(cè)算，我們預(yù)估2026年全球光伏IGBT市場(chǎng)需求將從2020年的28.3億元提升至63.5億元。若假設(shè)國(guó)內(nèi)廠商能拿到65%的市場(chǎng)份額，則國(guó)內(nèi)光伏IGBT需求將從2020年的18.4億元提升至2026年的41.3億元，CAGR達(dá)到14.4%。由此可見，光伏放量驅(qū)動(dòng)逆變器市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，逆變器進(jìn)一步為光伏IGBT帶來(lái)巨大的增長(zhǎng)潛力，光伏IGBT有望迎來(lái)量?jī)r(jià)齊升。

4.趨勢(shì)二：國(guó)內(nèi)廠商加速追趕，市場(chǎng)份額有望提升

對(duì)于功率半導(dǎo)體企業(yè)而言，想實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)份額及營(yíng)收規(guī)模的快速提升，關(guān)鍵有二：

1、能力：國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)和平臺(tái)化（產(chǎn)品覆蓋度）是核心要素。全球功率器件市場(chǎng)基本為英飛凌等國(guó)際大廠壟斷，國(guó)內(nèi)廠商目前仍主要集中在二極管、低壓MOSFET等低端功率器件市場(chǎng)。短時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)廠商要想增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，最主要是在產(chǎn)品技術(shù)和平臺(tái)化建設(shè)上做出足夠的投入。

產(chǎn)品技術(shù)方面：設(shè)計(jì)、制造及封裝工藝加速研發(fā)追趕。盡管功率半導(dǎo)體對(duì)設(shè)計(jì)、制造、模塊封裝乃至材料等技術(shù)都有較高的要求，但技術(shù)迭代速度較慢，國(guó)內(nèi)廠商通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同有望突破壁壘，強(qiáng)化技術(shù)和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。平臺(tái)化建設(shè)方面：“平臺(tái)化多樣性”是特色工藝企業(yè)構(gòu)筑競(jìng)爭(zhēng)壁壘、打造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的核心武器，工藝平臺(tái)越強(qiáng)大的企業(yè)，其在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、服務(wù)能力和特殊化開發(fā)能力方面具有深厚的優(yōu)勢(shì)，因此足夠全面性和深度性的特色化工藝平臺(tái)有助于增強(qiáng)公司的競(jìng)爭(zhēng)力。

2、機(jī)遇：缺貨周期恰逢產(chǎn)能釋放，是實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入的重要契機(jī)。功率半導(dǎo)體平均價(jià)值量低、在產(chǎn)品及系統(tǒng)效能中重要性高，下游客戶通常不會(huì)輕易更換供應(yīng)商，新進(jìn)入者實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入難度大。通過(guò)復(fù)盤過(guò)往半導(dǎo)體景氣周期，我們發(fā)現(xiàn)在缺貨時(shí)期恰逢產(chǎn)能釋放是實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入的重要契機(jī)，公司有望借機(jī)獲得長(zhǎng)期成長(zhǎng)機(jī)遇。

4.1.英飛凌市占率領(lǐng)先，行業(yè)格局相對(duì)分散

功率半導(dǎo)體市場(chǎng)以英飛凌為龍頭廠商，整體市場(chǎng)份額相對(duì)分散。根據(jù)IHSmarkit的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)龍頭廠商英飛凌市場(chǎng)份額為19%，其次為安森美公司，占8%，之后各公司的市場(chǎng)份額均不超過(guò)6%，整體市場(chǎng)份額相對(duì)分散。

從橫向角度看，2015年后市場(chǎng)集中度整體有所下降，行業(yè)集中度水平CR10下降5.9%，CR5下降2.8%。根據(jù)IHSmarkit的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自2009年后，市場(chǎng)集中度整體處于上升趨勢(shì)，行業(yè)整合增多，頭部效應(yīng)不斷加強(qiáng)，且top1廠商始終為英飛凌，所占份額不斷增多，從2009年的11%增加到2019年的19%；但是2015年后，市場(chǎng)集中度整體有所下降，市場(chǎng)份額相對(duì)分散。從長(zhǎng)周期角度看，功率半導(dǎo)體行業(yè)集中度水平CR1將維持在20%左右，CR5將維持在40%左右，CR10將維持在60%左右。

頭部功率半導(dǎo)體廠商均為IDM模式，行業(yè)格局較為穩(wěn)定。根據(jù)IHSmarkit的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2009年，功率半導(dǎo)體前五廠商分別為英飛凌、Toshiba、Fairchild、Mitsubishi和STMicro；2019年功率半導(dǎo)體前五廠商分別為英飛凌、ONSemi、STMicro、Mitsubishi和Toshiba。其中Fairchild在2016年被ONSemi收購(gòu)，ONSemi從而代替Fairchild出現(xiàn)在榜單上?？傮w來(lái)看，排除份額的變化，功率半導(dǎo)體前5廠商位序變動(dòng)不大。

從2019年數(shù)據(jù)來(lái)看，功率半導(dǎo)體前十廠商基本為歐美日功率大廠，中國(guó)廠商暫時(shí)處于弱勢(shì)地位。從2019年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，英飛凌、STMicro為歐洲廠商，ONSemi、Vishay和ROHM為美國(guó)廠商，Mitsubishi、Toshiba、FujiElectric和Renesas為日本廠商，Nexperia本為歐洲廠商，現(xiàn)已被聞泰科技收購(gòu)。整體而言，中國(guó)功率半導(dǎo)體廠商暫時(shí)處于弱勢(shì)地位，市場(chǎng)份額較低。

4.2.國(guó)內(nèi)廠商快速發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力不斷強(qiáng)化

中國(guó)是最大的功率半導(dǎo)體需求國(guó)之一，占據(jù)全球功率半導(dǎo)體30%的需求。但國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后。歷經(jīng)多年追趕，隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)整體的崛起，功率半導(dǎo)體行業(yè)亦迎來(lái)新轉(zhuǎn)機(jī)。新能源汽車、光伏帶來(lái)功率器件新應(yīng)用場(chǎng)景，國(guó)產(chǎn)廠商有望抓住機(jī)遇，打破國(guó)外壟斷市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)部分功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)替代，主要依據(jù)有三：

一、技術(shù)研發(fā)層面，與國(guó)外廠商差距不斷縮小。經(jīng)過(guò)多年的積累，國(guó)內(nèi)廠商如士蘭微、時(shí)代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪、華虹等廠商已取得很大的技術(shù)進(jìn)步，與海外巨頭之前的技術(shù)差距正在縮小，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程正加速進(jìn)行。

二、客戶服務(wù)層面，本土廠商有更強(qiáng)配套優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)新能源汽車、光伏逆變器等新興需求增速領(lǐng)先全球，是最大的市場(chǎng)之一，本土廠商有望憑借更積極的響應(yīng)和定制化的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)份額的提升。

三、供應(yīng)鏈層面，疫情證明國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈實(shí)力。疫情在運(yùn)輸及生產(chǎn)方面影響全球供給，而國(guó)內(nèi)強(qiáng)大的疫情控制能力使得供應(yīng)鏈得以第一時(shí)間保障，證明了國(guó)內(nèi)制造業(yè)供應(yīng)鏈的實(shí)力。未來(lái)更多國(guó)內(nèi)的廠商愿意去嘗試引入本土供應(yīng)商，保障供應(yīng)鏈安全。

因此，我們認(rèn)為未來(lái)國(guó)內(nèi)的功率半導(dǎo)體無(wú)論是二極管/晶閘管，還是MOSFET，乃至難度更高的IGBT，市場(chǎng)份額均有望顯著提升，實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)替代。

4.2.1.二極管/晶閘管

對(duì)于二極管和晶閘管而言，由于技術(shù)壁壘較低，國(guó)內(nèi)廠商市占率較高：

1、晶閘管國(guó)內(nèi)廠商份額領(lǐng)先。在晶閘管的市場(chǎng)格局方面，根據(jù)IHSMarkit和WSTS的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年度瑞能半導(dǎo)體晶閘管產(chǎn)品的全球市場(chǎng)占有率為21.8%，全球排名第二，中國(guó)市場(chǎng)占有率達(dá)36.2%，國(guó)內(nèi)排名第一。此外，根據(jù)捷捷微電披露，公司部分晶閘管產(chǎn)品占據(jù)國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品50%左右份額，部分產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)媲美進(jìn)口同類產(chǎn)品。

2、二極管市場(chǎng)較為分散，國(guó)內(nèi)出口金額大于進(jìn)口。二極管技術(shù)簡(jiǎn)單，中國(guó)大陸廠商憑借低成本及政府的大力扶持快速崛起。從今年來(lái)的進(jìn)、出口金額來(lái)看，二極管國(guó)產(chǎn)替代率較高，并遠(yuǎn)銷海外。

4.2.2.MOSFET

中國(guó)占全球MOSFET需求38%，國(guó)內(nèi)廠商份額較低。就MOSFET競(jìng)爭(zhēng)格局而言，英飛凌為分立MOSFET全球龍頭廠商，市場(chǎng)份額占24.6%，中國(guó)廠商主要有Nexperia和華潤(rùn)微（ChinaResources），分別占4%和3%的市場(chǎng)份額。我們將從國(guó)內(nèi)廠商MOSFET產(chǎn)品下游覆蓋的廣度以及技術(shù)深度兩個(gè)角度出發(fā)，探討國(guó)產(chǎn)MOSFET供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)力：

1、通過(guò)MOSFET電壓等級(jí)來(lái)看產(chǎn)品覆蓋廣度。從下游應(yīng)用來(lái)看，不同電壓等級(jí)對(duì)應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景。其中，低壓MOSFET應(yīng)用十分廣泛，2021年上半年受益于消費(fèi)電子的旺盛需求，拉動(dòng)低壓MOSFET出貨快速增長(zhǎng)，有望達(dá)到36億美金。此外，中電壓和高電壓的MOSFET主要被應(yīng)用于電網(wǎng)、汽車、基站以及工控中，市場(chǎng)需求亦穩(wěn)步增長(zhǎng)。

國(guó)內(nèi)MOSFET產(chǎn)品覆蓋大多數(shù)電壓等級(jí)，市場(chǎng)覆蓋范圍廣。通過(guò)梳理國(guó)內(nèi)主要上市公司MOSFET的主要電壓等級(jí)（包括P型和N型溝道），我們發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)公司產(chǎn)品覆蓋廣度已經(jīng)可滿足大部分的下游應(yīng)用需求。其中從電壓范圍來(lái)看，華潤(rùn)微、士蘭微、新潔能、捷捷微電的MOSFET產(chǎn)品覆蓋面較廣。

2、從器件結(jié)構(gòu)來(lái)國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)進(jìn)步。

目前國(guó)內(nèi)廠商大部分已掌握超結(jié)及溝槽MOSFET工藝。目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)廠商華潤(rùn)微、士蘭微等廠商均已掌握平面、溝槽及超結(jié)MOSFET產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力，在器件結(jié)構(gòu)技術(shù)方面已和國(guó)外廠商并駕齊驅(qū)，技術(shù)實(shí)力有望不斷提升。

技術(shù)進(jìn)步疊加產(chǎn)品線逐漸豐富，大陸MOSFET廠商有望崛起。從MOSFET產(chǎn)品種類來(lái)看，新潔能MOSFET產(chǎn)品種類已經(jīng)達(dá)到1300種以上，雖然與英飛凌（超2500種MOSFET產(chǎn)品）尚有一定差距，但亦能說(shuō)明國(guó)內(nèi)MOSFET廠商已形成了豐富的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可為下游應(yīng)用領(lǐng)域提供綜合解決方案。隨著技術(shù)的不斷突破，對(duì)于中高端的MOSFET市場(chǎng)而言，下游客戶對(duì)器件性能及客戶匹配的重視程度要高于低端MOSFET，國(guó)內(nèi)廠商有望憑借技術(shù)突破及本土化優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)客戶的快速導(dǎo)入。

4.2.3.IGBT

就IGBT競(jìng)爭(zhēng)格局而言，在分立IGBT方面，全球龍頭供應(yīng)商為英飛凌，市場(chǎng)份額占32.5%，中國(guó)廠商士蘭微進(jìn)入前十，市場(chǎng)份額占2.2%；在IPM方面（下游主要是消費(fèi)和工業(yè)），全球龍頭供應(yīng)商為三菱電機(jī)，市場(chǎng)份額占37%，中國(guó)廠商士蘭微再次進(jìn)入前十，市場(chǎng)份額占1%（在IPM領(lǐng)域份額較高）。

在IGBT模組方面，英飛凌為全球絕對(duì)龍頭，市場(chǎng)份額占35.6%，中國(guó)廠商斯達(dá)排名第八，市場(chǎng)份額2.4%。中國(guó)廠商進(jìn)入IGBT行業(yè)較晚，但是通過(guò)研發(fā)交流，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，中國(guó)廠商目前已經(jīng)研發(fā)出第六代FSTrenchIGBT，并在第七代RCIGBT上具備相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備，同時(shí)隨著政府對(duì)中國(guó)IGBT企業(yè)的政策支持，疊加中國(guó)下游市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的大量需求，中國(guó)企業(yè)有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的國(guó)產(chǎn)替代，后來(lái)居上與國(guó)際巨頭正面競(jìng)爭(zhēng)。

我們同樣從國(guó)內(nèi)廠商IGBT產(chǎn)品下游覆蓋的廣度以及技術(shù)能力兩個(gè)角度出發(fā)，探討國(guó)產(chǎn)IGBT供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)力：

1、覆蓋廣度來(lái)看：國(guó)內(nèi)廠商IGBT產(chǎn)品電壓范圍內(nèi)覆蓋主要應(yīng)用。車規(guī)級(jí)IGBT模塊和分立器件電壓范圍主要涵蓋750V-1400V，工業(yè)應(yīng)用IGBT模塊電壓范圍往往在1200V以上。國(guó)內(nèi)廠商的產(chǎn)品電壓規(guī)格目前大部分已經(jīng)涵蓋500-1400V，卡位下游最主要的車規(guī)及工業(yè)分立器件應(yīng)用，成長(zhǎng)性較高。此外，斯達(dá)半導(dǎo)等公司的產(chǎn)品電壓范圍已經(jīng)覆蓋3300V以上，在高端工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2、電學(xué)參數(shù)來(lái)看：部分國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)IGBT模塊性能已與國(guó)外廠商相當(dāng)。英飛凌是IGBT模塊的主流廠商，尤其是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，其HybridPACK產(chǎn)品客戶覆蓋寶馬新能源以及國(guó)內(nèi)的精進(jìn)電機(jī)、上海電驅(qū)動(dòng)、匯川等供應(yīng)商。此外英飛凌還推出可用于重型卡車、客車的Econodual、PrimePACK系列模塊，產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先且應(yīng)用廣泛。通過(guò)與英飛凌Econodual1200V/600A電動(dòng)汽車IGBT模塊的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)其電學(xué)性能與國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)，部分性能如飽和壓降VCE(sat)等相較于國(guó)外產(chǎn)品性能更加優(yōu)異。

3、模塊散熱來(lái)看：目前國(guó)內(nèi)廠商在直接液冷方案已實(shí)現(xiàn)突破。盡管雙面冷卻更為先進(jìn)，但我們預(yù)計(jì)單面液冷仍在一段時(shí)間是下游電動(dòng)車模塊的主要散熱方案。此外，對(duì)于雙面冷卻模塊方案（主要用于高端新能源車型如雷克薩斯等），國(guó)內(nèi)廠商也在加速突破。隨著國(guó)內(nèi)IGBT廠商已突破下游應(yīng)用較為廣泛的直接液冷方案，以及在雙面冷卻封裝領(lǐng)域的持續(xù)研發(fā)投入，IGBT模塊封裝能力在電動(dòng)車等下游新興領(lǐng)域已經(jīng)有了較高競(jìng)爭(zhēng)力。

技術(shù)進(jìn)步疊加下游需求放量，國(guó)內(nèi)IGBT廠商有望崛起。通過(guò)上文對(duì)國(guó)內(nèi)廠商IGBT產(chǎn)品的梳理，在器件電壓覆蓋范圍及技術(shù)指標(biāo)均滿足電動(dòng)車等新興下游領(lǐng)域的需求。

國(guó)內(nèi)廠商在車規(guī)IGBT領(lǐng)域滲透率有望持續(xù)提升。根據(jù)斯達(dá)半導(dǎo)的招股書披露，隨著IGBT電學(xué)性能的不斷提升，公司IGBT模塊已進(jìn)入到匯川、上海電驅(qū)動(dòng)等國(guó)產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)供應(yīng)商。此外，在中低端IGBT領(lǐng)域，如家電IPM、工業(yè)單管及模塊等應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)廠商有望通過(guò)性價(jià)比優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)份額的穩(wěn)步增長(zhǎng)。

4.3.缺貨加速國(guó)產(chǎn)替代，國(guó)內(nèi)廠商獲得良機(jī)

4.3.1.終端需求不斷釋放，功率器件缺貨持續(xù)

終端需求不斷上漲，8寸產(chǎn)品缺貨漲價(jià)成共識(shí)。2020年以來(lái)終端需求不斷上漲的關(guān)鍵原因主要分為三個(gè)：①5G商用需求量?jī)r(jià)齊升，帶動(dòng)原材料硅含量增加以及功率管理應(yīng)用成長(zhǎng)；②年初“防疫停工”導(dǎo)致晶圓產(chǎn)能被拖后2-3月，同時(shí)“宅經(jīng)濟(jì)”需求暢旺，帶動(dòng)平板等消費(fèi)電子的需求上升；③“華為禁令”、“中芯遭禁”的國(guó)際貿(mào)易摩擦加重市場(chǎng)擔(dān)憂帶動(dòng)囤貨。另外，智能手機(jī)發(fā)布會(huì)的追單效應(yīng)、車用芯片訂單的大幅釋放，都加劇了8寸產(chǎn)能的緊缺，2021年8寸產(chǎn)品缺貨漲價(jià)幾乎成市場(chǎng)共識(shí)。

功率器件主要依賴于8寸產(chǎn)線，受影響程度嚴(yán)重。雖然12英寸晶圓廠已經(jīng)逐漸成為主流，但是8英寸晶圓更加適配功率器件。首先，8英寸晶圓具備更加成熟的特色工藝，而功率器件對(duì)特種工藝的要求較高；其次，8英寸晶圓產(chǎn)線相對(duì)于12英寸晶圓產(chǎn)線具有成本優(yōu)勢(shì)，大多數(shù)8英寸設(shè)備已經(jīng)完成折舊，剩余折舊額較低，在市場(chǎng)產(chǎn)能緊缺及漲價(jià)效應(yīng)下，更具經(jīng)濟(jì)效益。因而在8寸線產(chǎn)品供不應(yīng)求的形勢(shì)下，功率器件受影響程度同樣嚴(yán)重。

功率器件產(chǎn)能吃緊，各類供應(yīng)商紛紛加入漲價(jià)浪潮。2021年Q3新一輪已調(diào)價(jià)產(chǎn)品涵蓋了IPM、IGBT、二極管、LED驅(qū)動(dòng)芯片等產(chǎn)品類別，涉及LED照明、家電、汽車等細(xì)分市場(chǎng)。

國(guó)內(nèi)主要功率器件供應(yīng)商仍然是Infineon、ONSemi、STMicro等國(guó)際大廠。根據(jù)IHS的統(tǒng)計(jì)，就MOSFET市場(chǎng)而言，英飛凌、安森美、東芝、ST以及瑞薩合計(jì)占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主要份額，國(guó)際大廠供應(yīng)不足，必然導(dǎo)致當(dāng)下國(guó)內(nèi)功率器件需求的進(jìn)一步緊缺。

4.3.2.復(fù)盤歷史缺貨周期，國(guó)產(chǎn)替代有望加速

行業(yè)缺貨是國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商完成客戶導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展的重要契機(jī)。因此，對(duì)于國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)而言，下游需求放量或者上游供給短缺導(dǎo)致的產(chǎn)品缺貨階段，是其實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入的重要窗口期。復(fù)盤過(guò)往兩次功率半導(dǎo)體的景氣周期（2009-2011,2016-2018）可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)行業(yè)缺貨時(shí)，若恰逢細(xì)分產(chǎn)品技術(shù)成熟及產(chǎn)能釋放，國(guó)內(nèi)廠商有望獲得重要發(fā)展機(jī)遇。

1、2009-2011年的功率景氣周期。2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)使得各大廠商縮減制造產(chǎn)能，隨著2009年年末全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，市場(chǎng)對(duì)功率器件的需求大幅上升，導(dǎo)致功率器件開始供不應(yīng)求。根據(jù)Vishay披露的二極管booktobill數(shù)據(jù)，2010年第一季度booktobill達(dá)到了1.63。隨著供給的不斷釋放，功率行業(yè)景氣度隨后開始逐漸下滑。

士蘭微功率MOSFET、二極管等產(chǎn)品出貨提升。在缺貨的背景下，國(guó)內(nèi)廠商如士蘭微憑借其產(chǎn)能不斷釋放（2010年擴(kuò)產(chǎn)后的士蘭集成產(chǎn)能達(dá)到12.5萬(wàn)片每月，2011年達(dá)到15.8萬(wàn)片每月）以及技術(shù)的發(fā)展（2009年開始具備高壓VDMOS和低壓VDMOS等產(chǎn)品量產(chǎn)能力），實(shí)現(xiàn)了在MOSFET以及二極管等產(chǎn)品領(lǐng)域的出貨提升。2010年全年公司分立器件業(yè)務(wù)營(yíng)收達(dá)到了5.13億，同比增長(zhǎng)60%以上。

2、2016-2018年的功率景氣周期。2016年末美國(guó)二極管和三極管制造商Diodes密蘇里州工廠KFAB因火災(zāi)停工（后于2017年Q3正式關(guān)閉），導(dǎo)致供給下滑。同時(shí)由于指紋識(shí)別芯片、CIS芯片占用了大量的8寸產(chǎn)能，導(dǎo)致全球功率半導(dǎo)體供給雪上加霜。2016年末起，功率半導(dǎo)體器件行情回暖，部分MOSFET、二極管、晶閘管交期出現(xiàn)延長(zhǎng)。2017年，隨長(zhǎng)電科技大漲MOSFET價(jià)格，臺(tái)廠富鼎、尼克森的供貨商開始全面漲價(jià)，鑄就2016-2018兩年的功率半導(dǎo)體景氣周期。最終，2018年Q3，臺(tái)廠商營(yíng)收到達(dá)高點(diǎn)，隨后開始逐月回落，景氣度逐漸下滑。

士蘭微IPM產(chǎn)品受益缺貨實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)入。士蘭微自2007年發(fā)力高壓驅(qū)動(dòng)電路HVIC設(shè)計(jì)，2010年進(jìn)軍高壓功率模塊IPM封裝。2012年起，公司IPM產(chǎn)品開始在白電工業(yè)領(lǐng)域推廣。在2016-2018年功率半導(dǎo)體缺貨的背景下，士蘭微IPM在國(guó)內(nèi)白電客戶中持續(xù)取得突破（其8寸產(chǎn)線亦在2017年開始貢獻(xiàn)產(chǎn)能，年末實(shí)現(xiàn)1.5萬(wàn)片月產(chǎn)能），完成了客戶導(dǎo)入并取得在國(guó)內(nèi)廠商中的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，其白電核心客戶目前已經(jīng)包括海信、海爾、長(zhǎng)虹、美的、格力等知名廠商。2020年，士蘭微在白電客戶IPM的出貨量超過(guò)1800萬(wàn)顆（2016年IPM出貨數(shù)僅為100萬(wàn)顆左右），實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。

本次缺貨亦將成為國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商發(fā)展的重要機(jī)遇，無(wú)論IDM還是Fabless都有機(jī)會(huì)，理由有二：

1、大陸功率產(chǎn)能恰在本輪缺貨周期中釋放，功率半導(dǎo)體廠商產(chǎn)品供給較為充沛。其中英飛凌、意法半導(dǎo)體以及國(guó)內(nèi)的華虹（代工廠）、士蘭微將領(lǐng)先增長(zhǎng)，合計(jì)將增加70萬(wàn)片/月等效8寸產(chǎn)能。

國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體代工產(chǎn)能在缺貨周期不斷釋放。IDM廠商士蘭微12寸特色工藝產(chǎn)線于2020年年末投產(chǎn)，21年底產(chǎn)能有望達(dá)到3.5萬(wàn)片/月，2022年有望爬坡至6萬(wàn)片/月。華虹無(wú)錫12寸代工產(chǎn)能自2019年Q3投產(chǎn)后持續(xù)釋放，預(yù)期2021年底會(huì)達(dá)到6.5萬(wàn)片/月的產(chǎn)能，且目前已經(jīng)具備量產(chǎn)IGBT能力。中芯紹興8寸產(chǎn)能自2019年年末量產(chǎn)后，2021年8月月產(chǎn)能已爬坡至7萬(wàn)片/月。此外，IDM廠商華潤(rùn)微規(guī)劃3萬(wàn)片/月的12寸產(chǎn)線亦預(yù)計(jì)在2022年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能貢獻(xiàn)。在本輪缺貨周期中，國(guó)內(nèi)功率新增產(chǎn)能占全球比重較高。因此，在本輪景氣周期中，國(guó)內(nèi)廠商代工供給較為充沛，新客戶的導(dǎo)入預(yù)計(jì)將較為順利。

2、國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品力持續(xù)升級(jí)，有望在中高端市場(chǎng)快速滲透。與上兩輪周期比，當(dāng)下國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商已具備更高的產(chǎn)品力，有望向中高端市場(chǎng)快速滲透，相關(guān)公司有望獲得長(zhǎng)期持續(xù)成長(zhǎng)。IPM來(lái)看，如士蘭微在IPM領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，恰逢其12寸線產(chǎn)能釋放，有望在缺貨周期進(jìn)一步提升IPM市場(chǎng)份額。車規(guī)IGBT來(lái)看，斯達(dá)半導(dǎo)IGBT產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入到國(guó)內(nèi)新能源汽車tier1中，隨華虹12寸產(chǎn)能不斷爬坡、釋放，IGBT模塊在國(guó)內(nèi)新能源車型中份額或?qū)@著提升。光伏IGBT來(lái)看，根據(jù)宏微科技披露，其光伏產(chǎn)品亦在逐步放量。

5.趨勢(shì)三：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈崛起，國(guó)內(nèi)外望同臺(tái)競(jìng)技

前文論述過(guò)關(guān)于功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)替代問(wèn)題，而碳化硅產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，國(guó)內(nèi)、外廠商有望同臺(tái)競(jìng)技。

5.1.碳化硅材料高性能，市場(chǎng)快速持續(xù)增長(zhǎng)

5.1.1.碳化硅性能較優(yōu)異，下游需求快速擴(kuò)張

區(qū)別于傳統(tǒng)硅基襯底，碳化硅半導(dǎo)體材料具有耐高壓、耐高溫、低損耗等優(yōu)良性質(zhì)。相比于傳統(tǒng)單晶硅，碳化硅的擊穿電壓約為硅基材料的10倍（更高的擊穿電壓有利于器件承受高壓）。此外，碳化硅具備熱導(dǎo)率是硅材料的2-3倍，使得碳化硅散熱更加迅速，有助于提高器件功率密度，在相同電流下，設(shè)備尺寸可以做得更小。同時(shí)，碳化硅材料具有相比于硅約2倍的飽和電子漂移速率、3倍的禁帶寬度，使得碳化硅導(dǎo)通電阻率更低、功率損耗更小。另外，碳化硅器件在關(guān)斷過(guò)程中不存在電流拖尾現(xiàn)象，可以大幅提高實(shí)際應(yīng)用的開關(guān)頻率，降低開關(guān)損耗。

根據(jù)電阻率不同，碳化硅襯底可以分為導(dǎo)電型和半絕緣型兩類，分別外延SiC和GaN后，適用于不同的場(chǎng)景，下游需求正持續(xù)擴(kuò)張。

1）導(dǎo)電型襯底電阻率在15-30mΩ·cm，主要適用于耐高溫、耐高壓的功率器件。通過(guò)化學(xué)氣相沉淀生長(zhǎng)碳化硅外延層后，可制得碳化硅基碳化硅外延片（SiC-on-SiC），進(jìn)一步可制成肖特基二極管、MOSFET、IGBT等，應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年SiC電子電力市場(chǎng)規(guī)模約5.4億美元，到2025年這一規(guī)模有望超過(guò)25億美金。

2）半絕緣型襯底電阻率約在105Ω·cm以上，外延生長(zhǎng)GaN材料，形成碳化硅基氮化鎵外延片（GaN-on-SiC），主要應(yīng)用于微波射頻領(lǐng)域，在5G驅(qū)動(dòng)的通訊變革中，GaN外延片需求有望得到提升。2020年底，GaN電子電力市場(chǎng)約1.51億美元，預(yù)計(jì)2025年將超過(guò)6.8億美元。

5.1.2.技術(shù)資金壁壘限制，目前供需仍存缺口

因此，盡管碳化硅材料性質(zhì)優(yōu)異，