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一、功率半导体产业概述

功率半导体是控制电力设备电能变换和进行电路控制的核心半导体器件,可对电路进行整流、分流、变压、逆变、稳压、变频、功率控制等,其下游应用十分广泛,涵盖汽车、高铁为代表的交通工具,手机、基站为代表的通信设备,光伏、风电为代表的新能源设备,电视、空调为代表的消费产品等。

功率半导体器件按集成类别主要可以分为功率IC、功率模组、功率分立器件三大类,功率IC主要用于将功率分立器件与外 围驱动、控制、保护等电路集成,功率模组是将功率分立器件根据下游应用的特定需求封装组成特定的模块,而功率分立器件是对电路特定进行变化的核心。全球功率分立器件、功率模组、功率IC占功率半导体市场份额分别为32%、13%、55%。

二、功率半导体产业链驱动

1、下游应用结构

从全球功率半导体下游应用分布来看,汽车、工业和消费电子为主要的需求来源。数据显示,汽车领域占比为35%,工业领域占比27%,消费电子占比13%。受益于下游市场需求上升,我国功率半导体市场快速扩张

2、新能源汽车快速增长

汽车是功率半导体下游最主要的需求,其中新能源是主要的市场增长动力。从量上看,我国新能源汽车销量从2016年的51.7万辆增至2020年的130万辆(2019受补贴大幅度滑坡等影响,销量有所下降),CAGR为25.9%,随着新能源车渗透率不断提升,新能源汽车销量未来会持续上行。从价上看,从传统燃油车到新能源汽车,增加的电动化需求更多的功率半导体。据统计,功率半导体ASP将从轻型混动的80美元大幅提升至全插混/纯电汽车的300美元,增长近4倍。

3、5G基站

从基站总量来看,5G相比起4G频率更高,电磁波穿透力减弱,所以5G基站覆盖密度需要提高,基站数量会增加,2020年我国5G基站已达71.8万个,预计到2021年可达153网二。从基站内部使用量来看,5G基站功耗增加,AAU最大功耗为1000W,BBU最大功耗为2000W,满负荷时耗电量为4G时的2倍以上,更高的耗电量需要更多的功率器件。

三、功率半导体市场现状

1、市场规模

伴随着我国5G技术的发展,基站搭建数的增加,以及北斗导航系统终端的普及应用,无线功率器件的需求进一步扩大。数据显示,全球功率半导体市场自2016年起稳步增长,到2020年已达393亿美元,随着下游新能源汽车、5G等需求持续增长,预计到2021年全球市场规模达409亿美元。

我国是全球最大的功率半导体市场之一,IHS数据显示,2019年中国的功率半导体市场占全球功率半导体市场38%的份额,达到144.8亿美元,同比2018年增长4.3%,2020年市场规模有望达到144.8亿美元。

2、市场结构

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。2019年占比最高的为功率IC(54.3%),随着市场持续发展,未来MOSFET和IGBT有望成为半导体功率器件增长主体部分。

四、功率半导体竞争格局

全球功率半导体市场长期由海外龙头主导,竞争格局较为集中。欧美日厂商凭借着原有技术开发优势、完善的制造生产与品质管理能力,在全球市场具备较大话语权,占据全球功率器件供应TOP厂商的多数席位。根据Omida统计,2019年全球前十大功率器件供应商中,除被闻泰科技收购的安世半导体外,均为欧(2)美(2)日(5)厂商,其中英飞凌(德)以19%的市占率稳坐头把交椅,TOP5合计占据43%市场份额。

1、IGBT

从功率半导体种类来看,目前国内厂商主要以二极管、晶闸管、低压MOSFET等低附加值产品为主,毛利率相对较低,国内厂商现已有较为成熟和低成本的产品,占据了一定市场份额。而在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。

2、MOSFET

在新能源汽车、电力、轨道交通等领域应用较多的高端产品中高压MOSFET、IGBT技术门槛较高,工艺更复杂,且客户认证壁垒较高,目前仍主要依赖于进口,处于被国外巨头垄断的现状。在MOSFET领域,英飞凌仍以24.6%的市占率位居第一,CR5约59.8%,安世半导体和华润微分别以4.1%和3.0%的市占率位列第八和第九。

五、功率半导体前景分析

1、新能源和智能电网推动

随着人类对环境的重视,发展新能源逐渐成为各国共识。太阳能、风能等新能源发电过程中产生的不稳定的直流电,需要先经过晶闸管、MOSFET、IGBT等功率半导体器件的变换,之后才能入网传输。在进入家庭之前,需要将高压电降至家用电压,这个过程中功率半导体是不可或缺的关键器件。智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点,目前尚处于起步阶段,未来发展空间巨大。大功率半导体器件作为智能电网的核心部件,可以增强电网的灵活性与可靠性,使得智能电网实现电力高效节能的传输。未来新能源市场的快速发展和智能电网建设的推进将催生出对功率半导体需求的稳步增长。

2、变频家电提升需求

消费类电子也是功率半导体器件应用的重要领域。除手机外,电视机、冰箱、空调、微波炉等产品都需要使用功率半导体,一般是小电压的功率半导体,如MOSFET等。而在变频家电领域,功率半导体更是实现变频技术的核心器件,变频技术通过使用晶闸管、IGBT和MOSFET等功率半导体器件实现对电能的变换和控制。相比于传统白色家电,变频家电不仅高效节能,还能实现精准控制等多样化功能。

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