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2021功率半导体行业研究报告

文琳行业研究 | 致力于行业及产业研究 2021/10/14 23:21
行业研究 平安证券 2021 券商

导语

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

来源: 中国平安  作者:徐勇

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。

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。

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显著提升

随着经济和社会的快速发展,汽车不再只是单纯的代步工具,而是逐渐向着电子化的方向发展升级。未来,汽车的电动化、联网化、智能化将 催生汽车电子化进入新的发展阶段。相比于传统汽车,电动汽车将新增大量电能转换需求,从而带动相关功率半导体器件获得显著的增量需求。

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。

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。

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,以及在中美贸易战、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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文琳编辑

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