2022年功率半导体行业市场现状及未来前景分析.docx

《2022年功率半导体行业市场现状及未来前景分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年功率半导体行业市场现状及未来前景分析.docx（26页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2022年功率半导体行业市场现状及未来前景分析1、 电力电子行业的核心器件，功率半导体大有可为1.1 功率半导体是半导体行业的重要分支，应用领域广阔功率半导体又被称为电力电子器件，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，从发电、输电、变电、配电到用电，电力电子技术通过对电能的变压、逆变、整流、斩波、变频、变 相、开关等，将发电端的“粗电”变成用电端的“精电”以供使用，可以提高能量转换效率，减少功率损失。根据 WSTS 的分类，半导体可划分为四大类：集成电路、分立器件、光电器件和传感器。功率半导体主要分为功率分立器 件和功率 IC 两大类

2、，其中功率 IC 是由功率分立器件加上保护电路和驱动电路组成的，属于集成电路中的模拟 IC，而功率 分立器件是分立器件的重要组成部分。据中国半导体行业协会统计，半导体功率器件是带动中国半导体分立器件市场增长的 主要动力。功率分立器件主要包括二极管、晶闸管、BJT、MOSFET、IGBT等产品；功率 IC可分为 DC/DC、AC/DC、PMIC、 驱动 IC等。根据智研咨询的数据显示，功率 IC在 2019年功率半导体市场中份额占比过半；MOSFET和 IGBT份额占比分 别为 16.4%和 12.4%，技术门槛相对较高，是目前市面上主流且未来增长最强劲的功率器件。功率半导体器件下游应用领域覆盖

3、面广,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，从不可控型向全控型方向演进，发展路径清晰，产品结构层次丰富，每种产品也在应用中不断突破 原有技术瓶颈，衍生出众多规格和型号。以功率 MOSFET 为例，自 20世纪 70年代问世以来，功率 MOSFET得到快速发展，已成为主流的功率器件，在产品种类、 材料、工艺技术等方面不断寻求新的解决方案,主要沿着工艺进步、器件结构改进和使用宽禁带半导体材料等技术方向演进， 器件的功率密度、开关频率、工作结温、导通和开关损耗、集成度、可靠性也在不断优化，相应的器件设计及制造难度也随 之提高。具

4、体来看功率 MOSFET 的结构创新与优化，功率密度的提升成为功率器件发展的核心方向，比导通电阻 Rsp（导通电阻与 有效管芯面积的乘积），综合考虑了导通损耗与开关面积的制约关系，是评价 MOSFET功率器件功率密度的核心指标。Rsp 越小，意味着相同芯片面积下导通电阻越小，器件功率密度越大，或相同功率密度下功率器件面积越小。平面型 MOSFET 成为功率 MOSFET 的主流结构之后，在高压和中低压领域分别出现了不同的创新 MOSFET结构。高压功 率 MOSFET通常工作电压在 400V 以上，包括平面型和超结型。在高压领域，超结结构成为功率 MOSFET 的里程碑，是未 来主要的研发迭代

5、方向。 随着下游应用领域终端产品对器件耐压要求的不断提高，常规功率 MOSFET 击穿电压与比导通电阻之间的“硅极限”关系 矛盾日益凸显，即一般而言，器件承受的电压越高，器件的导通损耗会急剧增大，功率密度也相应显著降低。针对于此，英 飞凌在 1998年专门推出了超结结构的新型功率 MOSFET，打破了“硅极限”关系，因而被迅速采用并被市场快速接受。其 2013 年推出的 CoolMOS C7系列 600V 产品比导通电阻极低，代表了行业最先进水平。超结 MOSFET 功率器件通常需要 更高的设计及工艺技术水平，能够突破平面型的性能瓶颈，可用于更大功率环境。中低压 MOSFET 功率器件通常指工

6、作电压在 10V-300V 之间的 MOSFET 功率器件，包括沟槽栅和屏蔽栅 MOSFET，应用 于电动工具、机器人、无人机、新能源汽车电机控制、移动电源、适配器、锂电池保护等产品中。沟槽型 MOSFET 将平面 型的水平导电沟道改进为垂直导电沟道，元胞尺寸缩小，元胞密度得以提高，从而降低了单位面积导通电阻。 随后出现的屏蔽栅沟槽 MOSFET 逐渐成为中低压领域未来研发迭代的主要方向。屏蔽栅沟槽 MOSFET 是一种改进型沟槽 式功率 MOSFET，与超结结构类似，亦突破了“硅极限”关系，显著降低了器件的单位面积导通电阻，还大幅降低了品质 因子。屏蔽栅器件结构更复杂，需要更高的技术设计能力

7、及制造工艺水平，能够突破普通沟槽栅的性能瓶颈，具备更好的导 通特性，开关损耗更小且功率密度更高。英飞凌最初以沟槽型 MOSFET 为主要产品，随后于 2016 年推出的 100V 屏蔽栅 沟槽 MOSFET，代表了行业最先进水平。不同的功率半导体根据其器件特性分别适用于不同的功率、频率范围及应用领域，MOSFET 和 IGBT 门槛较高，也是目前 市面上主流的功率半导体器件。MOSFET是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效应晶体管，包括小信号 MOSFET 和功率 MOSFET 两类。功率 MOSFET具有导通电阻低、开关损耗小、工作频率快、驱动电路简单、热阻特性好等优点， 适合于消费

8、电子、5G通信、汽车电子、计算机及外设设备、工业电源等领域，是中小功率应用领域的主流开关器件。IGBT 驱动功率小而饱和压降低，工作频率相较于 MOSFET 低，但能承受更高的电压和电流，成为高压、大功率应用领域的主流 开关器件，适合用于直流电压为 600V 及以上的变流系统，广泛应用于工业、电动汽车、轨道交通、新能源发电、智能电网、 航空航天等领域。1.2 应用和系统 know-how 价值量高，可靠性和稳定性要求高功率半导体的价值链相比于标准 CMOS 少了 IP 核、设计流、软件三个要素，以前端制造、后端封装以及应用和系统 know-how 为主要价值要素。即功率半导体的产品差异主要来源

9、于基于行业 know-how的设计能力、前端晶圆制造的工艺水平以及后端 芯片封装工艺水平，三者共同决定了产品和技术能力。在设计方面，不同于数字集成电路设计技术的提升主要依靠 EDA 工具的不断革新与优化，功率半导体设计更加关注功率密 度、功耗等性能和可靠性和稳定性，以及下游具体应用环境对器件特性的差异性要求，研发设计人员不仅需要具备丰富的芯 片设计方法，还需要深入理解晶圆制造工艺和功率器件的具体应用环境。核心技术主要来源于各类功率器件产品研发过程中 的设计和工艺经验积累，受应用推动，对于工程师的依赖程度更高，需要其具备扎实的多学科基础知识和丰富的经验。在产品方面，由于功率半导体的下游应用领域十

10、分广泛，且功率半导体设计与应用领域紧密贴合，应用场景要求及应用端产 品需求的不断变化推动了行业内企业持续创新升级,因此功率半导体的工艺平台繁多、产品种类丰富。领先的功率半导体企业依靠长期的技术积累形成丰富的产品结构，涵盖各大应用领域，且能够为具体应用领域提供综合解决方案，因而占据了较 高的市场份额。以龙头英飞凌为例，其功率半导体产品划分了 15 个大类，仅功率MOSFET 就有超过 2500 种细分型号。 由于功率半导体多用在大功率工作环境，客户对产品的可靠性和稳定性要求较高。一方面，公司导入客户一般需要通过功能 测试、可靠性测试等客户认证阶段，认证周期较长;另一方面，公司产品在通过客户认证并

11、开始批量销售后，需要保持产品 质量稳定性和供应稳定性，从而维持与客户长期稳定合作，若出现公司产品供应不稳定，客户会提高其他供应商的供应比例 或导入新供应商，影响公司产品在下游应用领域的持续拓展。2、 功率半导体市场空间广阔，长期处于国外垄断2.1 功率分立器件和模块据 Omdia数据显示，2019年全球功率半导体市场规模约为 464亿美元，2021年全球功率半导体市场规模将达到 459亿美 元，相比 2020年将增长 6.5%。预计至 2024年市场规模将增长至 522亿美元，2019-2024年的 CAGR 为 2.4%。而中国作 为全球最大的功率半导体消费国，2019年市场规模达到 177

12、亿美元，占全球市场比例高达 38.1%。预计未来中国功率半导 体将继续保持平稳增长，2024 年市场规模有望达到 206 亿美元，2019-2024 年的 CAGR 为 3.1%。从整个功率半导体市场来看，根据英飞凌的数据统计，2020年功率半导体器件与模块全球市场规模为 209 亿美元，英飞凌 以 19.7%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 8.3%和 5.5%，CR10接近 60%，全球前 十大功率半导体厂商均为国外公司。 从整个国内市场来看，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

13、低成本的产品，占据了一定市场份额。以二极管为例，由于结构和工艺相对简单，技术门槛较低，国 内市场参与者众多，在 2014 年就已率先实现了贸易顺差。而在新能源汽车、电力、轨道交通等领域应用较多的中高压 MOSFET、IGBT等中高端产品技术门槛较高，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，以英飞凌、安森美、意法半导体为主导的国外企业占据了我国高端功率器件 80%以上的市场份额，国内自 给率严重不足，国产替代空间巨大。2.2 MOSFET目前 MOSFET 在各领域皆有其身影，工业、汽车、消费电子、通讯、计算机等各应用对各种电压范围的 MOSFET 都有

14、大 量需求。按照电压范围，MOSFET可分为低、中、高压 MOSFET，低压 MOSFET 市场规模最大，消费电子中应用最广泛； 中、高压 MOSFET 则用于工业、通讯、电动车等产业，对于产品的要求也在不断提高。 根据拓墣产业研究院预测，2021年 MOSFET市场规模将达 97亿美元，同比增长 22.8%，消费电子和汽车电子应用占比最 高。在汽车电子领域，MOSFET 器件在电动马达辅助驱动、电动助力转向、电机驱动等动力控制系统以及电池管理系统等 功率变换领域都有重要的应用场景，尤其是新能源车市场将大幅推升 MOSFET需求，2022年整体 MOSFET市场规模将首 次达到 100 亿美元

15、。在竞争格局方面，2020 年，英飞凌仍以 24.4%的市占率位居全球功率 MOSFET 分立器件市场第一，CR5 约 58.4%，华润 微、安世半导体和士兰微分别以 3.9%、3.8%和 2.2%的市占率位列第八、第九和第十。2.3 IGBTIGBT是由 BJT和 MOSFET组成的复合型电压驱动式功率半导体器件，兼具 MOSFET 的输入阻抗高、驱动功率小、开关速 度快和 BJT的导通压降低、载流能力大、耐压高双方面的优点，被称为电力电子行业的“CPU”，在中低频率、大功率电源 中主要的功率半导体器件，广泛应用于逆变器、变频器、开关电源、牵引传动中。按照电压范围，IGBT又可分为低压中压高

16、压几类，适用的应用领域有所不同。其中消费电子使用的 IGBT主要在 600V 以 下的低压范围，新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的 IGBT主要在 600V-1200V 的中压范围，轨道交通、新能源发电 和智能电网等使用的 IGBT主要在 1700V-6500V 的高压范围。IGBT可按照产品类型分为单管（分立器件）、IGBT模块和智 能功率模块 IPM 三类，区别之处主要在于生产制造技术和下游应用场景均有所差异，IGBT单管、IGBT模块和 IPM 采用了 不同的电路设计和封装技术。由于 IGBT模块的尺寸相对标准化，芯片间的连接也已在模块内部完成，因此和同容量的器件 相比，具有体积小、

17、重量轻、集成度高、可靠性高、外接线简单、散热稳定等优点，在 IGBT应用市场中占比过半。根据 IHS Markit 报告，2018年全球 IGBT市场规模约为 62亿美元，2012年-2018 年 CAGR达 11.65%。根据智研咨询数 据，2019年中国 IGBT市场规模约为 155亿元，2012年-2019年 CAGR为 14.52%，增速快于全球市场。根据集邦咨询的 预测，中国 IGBT市场规模将持续增长，2025年中国 IGBT市场规模将达到 522亿人民币，年复合增速达到 19%以上，是 细分市场中发展最快的半导体功率器件。然而，由于 IGBT对设计及工艺要求较高，国外起步早且设备

18、工艺经验丰富，而国内企业产业化起步较晚，且缺乏相应的技 术人才和工艺基础，核心芯片依赖于进口，长期受制于人，导致国内企业发展缓慢。在竞争格局方面，目前 IGBT市场仍长 期被国外巨头所垄断，行业集中度较高。不管从市场份额占比还是营收体量来看，排名第一的英飞凌以绝对优势稳居第一。细分来看，根据英飞凌的数据统计，2020年 IGBT分立器件全球市场规模为 15.9亿美元，英飞凌以 29.3%的市场占有率占 据领先地位，其次分别是富士、三菱、安森美、东芝，CR5约 67.4%；2020年 IGBT模块全球市场规模为 36.3亿美元，英 飞凌以 36.5%的市场占有率占据领先地位，其次分别是富士、三菱

19、、赛米控和威科电子，CR5约 66.7%；2020 年 IPM 模块 全球市场规模为 14.3亿美元，三菱以 32.9%的市场占有率占据领先地位，其次分别是安森美、英飞凌、富士和赛米控，CR5 约78.3%。我国只有少数企业如斯达半导位列 IGBT模块市场第六（2.8%），杭州士兰微位列IGBT分立器件市场第十（2.6%）、 IPM 模块市场第九（1.6%），具备一定的竞争优势。2.4 国内同行对比公司同行业的国内企业主要有东微半导、士兰微、华润微、扬杰科技、斯达半导等。其中华润微、士兰微、扬杰科技采用 IDM 模式，而新洁能、斯达半导、东微半导现阶段主要采用 Fabless 模式。但由于功率

20、器件产品具有下游应用领域广、品类结构 层次丰富、衍生出的型号规格繁多等特点，行业需求多样化，行业内厂商众多，在业务定位、战略方向和经营策略、产品布 局、规格型号数量、应用领域、主要客群、营收利润规模等方面均存在一定差异。毛利率方面，由于每个公司的具体业务模式、产品结构、业务规模不同，可比公司的毛利率水平差异较大。公司与东微半导 的业务模式最为接近，毛利率波动幅度基本一致，但毛利率水平高于东微半导，主要是公司的产品以沟槽型功率 MOSFET 和屏蔽栅功率 MOSFET 为主力，且营收规模高于东微半导，已形成一定的规模效应。同时，由于公司采用 Fabless 的模式，芯片代工和封测服务在采购成本中

21、比重较大，因此毛利率受上游晶圆代工和封装测 试成本波动的影响。尤其是比重最大的芯片代工成本容易受到晶圆代工市场短期供需关系变动的影响而出现较大波动，导致 公司综合毛利率发生相应的波动，甚至会出现下游产品销售价格下跌但上游晶圆代工价格仍较高的局面，应当予以避免。而 华润微、士兰微等可比公司采用 IDM 的经营模式，无需晶圆代工采购，因此毛利率受市场因素影响的程度比公司低。此外， 公司专注 MOSFET 为主的高端功率器件的设计和销售，而华润微、扬杰科技和士兰微等可比公司产品种类相对较多，因此 波动相对较小，而与公司同为 Fabless 模式且同样专注 MOSFET 领域的东微半导毛利率波动也相对

22、较大。图：可比公司毛利率3、 “碳中和”核心器件，下游多重需求旺盛在需求端，功率半导体几乎用于所有需要电能处理和转换的场景，下游应用领域广泛需求稳定且持续增长，除了消费电子、 通信、计算机、工业电子、汽车电子等传统领域，近年来，还在新能源汽车/充电桩、新能源发电、智能电网、轨道交通、 变频家电等诸多新兴应用领域中得到快速的应用拓展，毫无疑问可以称得上是“碳中和”的核心器件。下游应用领域的蓬勃 发展引发了对功率器件的大量需求，多重需求的迅速崛起为功率半导体行业带来广阔的发展空间，驱动行业天花板不断上调。3.1 量价齐升，新能源汽车有望成为功率半导体未来主要增量市场随着经济和社会的快速发展，汽车不

23、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。新能源汽车相比于传统的燃油车新增了电池、电机、电控“三电”系 统，因此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。 相较于燃料汽车，电动车中的功率器件对工作电流和电压有更高要求，是新能源汽车电机驱动控制系统、整车热管理系统、 充电逆变系统等的核心元器件，在新能源汽车领域中发挥着至关重要的作用。尤其是 MOSFET 和 IGBT，是新能源汽车电 驱动系统的重要组成部分，很大程度上决定了功率密度、系统效率、可靠性和安全性，是汽车电子的核心。新增需求

24、主要有 逆变器中的 IGBT模块、DC/DC 中的高压MOSFET、辅助电器中的 IGBT分立器件、OBC 中的超结 MOSFET 等。在新能源汽车中，功率半导体价值量大幅提升，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 4.5 倍。汽车电子作为全球功率半导体最大的应用市场，近年来新能源汽车爆发式增长为功率半导体带来了重

25、要的增量需求。根据 EV 的数据，2020年全球新能源汽车（包括纯电动和插电混动车型）总销量为 324万辆，同比增长 43%。德 勤预计 2024年全球新能源汽车销量将达到 1600万辆。根据英飞凌的预测，到 2023年全球新能源汽车渗透率将超过 25%， 2027 年全球新能源汽车渗透率将超过 50%。中国作为全球最大的汽车市场，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，2016-2020 年新能源汽车销量年均复合增长率

26、高达 21.94%。其中纯电动汽车 2020 年销量达到 111.5 万辆，同比增 长 11.6%，占比 81.56%；插电式混合动力汽车 2020年销量为 25.1万辆，同比增长 8.4%。而 2021年，中国新能源汽车销 量已达 352.1万辆，呈现爆发式增长态势，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。作为电动汽车重要配套设施，新能源汽车的渗透也带动充电桩保有量的增长。充电桩的核心是以 MOSFET、IGBT 为控制 单元的充电模块，对功率半导体也有大量需求，充电桩的功率越高，充电速度越快，功率半导体价值量越高。根据中国充电 联盟的数据统计，202

27、1 年 1月至 12 月，我国国内公共充电桩保有量从 81.1万台增长到 114.7万台。国家发改委电动汽 车充电基础设施发展指南 (2015-2020)规划到 2020 年国内充换电站数量要达到 1.2 万座，分散式充电桩超过 480 万个， 充电桩的增加也将成为功率器件的重要增长点。未来，在国务院新能源汽车产业发展规划(2021-2035)政策的指引下，国内新能源汽车渗透率将继续快速提升，功率半 导体市场需求将持续放量。集邦咨询则预测到 2025年中国新能源汽车所用 IGBT市场规模将达到210亿元，与充电桩用 IGBT 合计 310亿元。未来新能源汽车相关市场发展前景广阔，有望成为 MO

28、SFET、IGBT等功率半导体市场持续增长的重要动力。3.2 新能源发电装机量快速增长拉动功率半导体需求由于需要输出符合电网要求的交流电，新能源发电增加了大量对于整流器、逆变器及变压器的需求，二极管、MOSFET、IGBT 等功率半导体因此应用广泛。在光伏逆变器和风力发电逆变器中，以 MOSFET、IGBT为代表的功率半导体和模组是电力转 换和控制的核心元器件，能起到提高转换效率和电流密度的作用。随着节能减排需求的提升以及可再生能源发电成本的降低，全球的太阳能光伏、风能等新能源发电行业快速发展。在光伏发 电方面，根据 IRENA 的数据，全球光伏发电 LCOE 已从 2010年的 0.378美

29、元/kwh下降至 2019年的 0.068 美元/kwh，平 价上网推动了全球光伏发电市场需求的攀升。根据 CPIA 的数据，2020 年全球光伏新增装机量为 130GW。CPIA 乐观预测 下，2025年全球光伏新增装机量将达到 330GW，2020-2025 年 CAGR 约 20.48%。在风力发电方面，根据 GWEC的数据， 2020 年全球风电新增装机量 93GW，其中陆上风电 86.9GW，创下历史新高，预计 2025 年全球风电新增装机量将达到 111.2GW。在国内市场，根据 CPIA 的数据，2020 年中国光伏新增装机量为 48.2GW。CPIA 乐观预测下，2025 年中

30、国光伏新增装机 量将达到 110GW，2020-2025年 CAGR约 17.94%。在风力发电方面，根据 GWEC的数据，2020年中国风电新增装机量54.4GW，其中陆上风电 50.6GW，预计 2023年中国风电新增装机量将达到 67GW。新能源发电行业装机容量的快速提升， 将持续拉动对功率半导体的市场需求。3.3 工业自动化持续升温逐步放大功率半导体需求功率半导体是工业控制及自动化的核心元器件，二极管、IGBT等可广泛用于交流电动机、逆变焊机、变频器、伺服器、UPS 等，以实现精密控制，提高能量功率转换的效率和可靠性，节约能源的目标。工业领域是电力电子器件应用最早期的领域， 也是功率半

31、导体在汽车之外的第二大应用领域，作为功率半导体应用的基本盘，需求一直稳健增长。工业领域同时也是 IGBT最大的应用市场，以逆变焊机和变频器为例，在节能环保政策的贯彻执行下，近年来我国逆变焊机 和变频器市场均呈稳步上升态势。根据国家统计局数据，2020 年我国电焊机产量为 1108.93 万台，同比增加 158.87 万台， 电焊机市场持续升温；根据前瞻产业研究院统计，2019 年我国变频器市场规模达到 495 亿元，预计到 2025 年市场规模将 达到 883 亿元。未来随着中国制造 2025和“工业 4.0”战略的不断推进，工业自动化的水平将不断提升，逆变焊机和 变频器等市场的逐步扩大有望促

32、使其核心部件 IGBT的市场规模保持稳定增长。3.4 变频家电渗透率提升支撑功率半导体市场持续扩张变频化已经成为未来各类家电的发展趋势，变频家电能将固定频率的交流电转化成根据家用电器负载状况自动调节频率的变 频电流，相比普通家电具备节能、高效、降噪、智能控制、使用寿命延长等优势，目前主要用于空调、冰箱、洗衣机等耗电 较多的家电。家电变频化使每台家电中的功率器件价值量显著提升，英飞凌的资料显示，功率半导体作为家电变频的核心器 件，在变频家电中的单机价值量为 9.5欧元，相比普通家电中的 0.7欧元提升了十倍以上。白电中具有变频功能的核心控制 部件是其内部将 IGBT、驱动电路以及保护电路封装在一

33、起的 IPM 模块，从而使变频家电同时兼备低功耗和高可靠性。以三大白电中变频化程度最高的家用空调为例，根据产业在线的数据，2020 年我国家用空调产量达 14490.6 万台，其中变 频空调达 8336.3 万台，渗透率达 57.5%，而 2021 年上半年渗透率进一步提升至 66.1%。随着节能环保提效意识的普及和 增强，预计变频家电渗透率将继续稳中有升，支撑功率半导体市场持续扩张。3.5 消费电子市场是长期需求，带动功率半导体稳定增长在消费电子领域，主板、显卡的升级换代、快充、Type-C接口的持续渗透有望为 MOSFET 等功率半导体带来稳定且广泛的 市场需求。MOSFET 是智能手机的

34、充电保护电路、放电保护电路等组件的核心元件，以智能手机为代表的消费电子市场体 量可观。近年来，快充快速兴起，在手机电池容量受限的情况下，成为快速解决手机续航问题的灵丹妙药，带动核心部件 GaN MOSFET 的用量大幅增加。随着 USB Type-C PD 发展成熟，凭借其适用于更高频率、更高功率环境的特性，GaN MOSFET 可提升充电器的充电功率、减少体积，成为快充的主流方案。2021 年 10月 19日凌晨苹果发布了 2021新款 16英寸的 MacBook Pro，支持最高 140W 大功率快充，是全球首款支持 USB PD3.1快充技术的笔记本电脑。苹果目前已经建立了自家的 PD快

35、充生态，旗下 PD快速充电已经覆盖了 18W 到 140W 的 功率范围。此次首发的支持 USB PD3.1的 140W GaN快充是目前苹果推出的功率最高的一款 PD快速充电器，开启了 USB PD3.1 快充时代的大门。其中的 MOS 管大多为定制料号，来自 ST、英飞凌、安森美等国际知名大厂。 以整流桥为例，大功率电路整流桥长时间工作，普遍存在温度升高的问题。针对于此问题，苹果的 140W 电源适配器专门对 整流桥温度过高的问题进行了优化。相比于传统电源适配器用二极管构成整流桥的方式，苹果进行了创新，采用了用两颗 MOS 管代替二极管的有源整流方式，使耗能降低、效率提高并减少整流桥的发热

36、量。未来，快充方案的升级和持续渗透也 将对同步整流 MOS 管等提出更高要求，消费电子市场的长期需求有望带动 MOSFET等功率半导体市场稳步增长。3.6 以 5G为核心的新型基础设施建设驱动功率半导体需求增长以新基建的核心 5G为例，5G产业链自 2019年下半年开始呈加速发展。在基站方面，5G相比于 4G频谱，主要部署在更 高的毫米波频段，接收功率与波长的平方成正比，因而信号衰减更快，覆盖半径大幅减少，为了覆盖相同面积的通信区域， 5G 基站的数量将大幅增加，约为 4G基站数量的 2-3倍，基站密度的提升对 MOSFET 等功率器件产生了更多的需求。与此 同时，5G 网络因毫米波信号衰减严

37、重且发射功率受限，所以需要增加发射天线和接收天线的数量，普遍采用大规模天线阵 列，即使用 Massive MIMO 技术。根据广州、深圳对华为和中兴的 4G 和 5G 基站的耗电实测结果显示，100%负载下 5G 是 4G功耗的 2.53.5倍。5G基站对设备组件的功率密度要求更高，显著提高了功率半导体的价值量。根据英飞凌的数据， Massive MIMO 天线阵列单位天线板的功率半导体价值量约 100 美元，是传统 MIMO天线的 4 倍之多。另一方面，5G 普及后所带来的万物互联使得数据量爆发，产生了巨大的算力需求，推动了数据中心的建设和扩容，整体运 算功率提升以及降低能耗的需求带动 MO

38、SFET 用量提升。同时，新兴的雾计算采用分布式架构，更接近网络边缘。雾计算 将数据的存储及处理分布在网络边缘的本地设备中，本地运算设备也对 MOSFET 等功率半导体产生了新的应用需求。 根据工信部的数据统计，截至 2021年 9月末，我国移动电话基站总数达 969万个，同比增长 5.7%，比上年末净增 37.7万 个。其中，4G基站总数为 586万个，占比为 60.4%；5G基站总数 115.9万个，占移动基站总数的 12%。目前全球范围内 已经建成超过 165万座 5G基站，而中国占到了全球已建成 5G基站数量的 70%以上，成为了名副其实的全球 5G第一大国， 并且 5G终端连接数也超

39、过了 4.5亿台，占到了全球 80%以上的市场份额。近日印发的“十四五”信息通信行业发展规划则进一步提出每万人拥有 5G基站数要从 2020年的 5个提升到 2025 年的 26个，5G用户普及率要从 2020年的 15%提升 到 2025 年的 56%。5G基站由于天线阵列设计和基站本身数量建设需要将有力带动 MOSFET 等功率器件的需求量增长。4 、功率半导体供需失衡引致景气度高企，国产替代进程有望提速4.1 供需失衡促使缺货涨价潮迭起自去年下半年以来，功率器件的供应一直处于紧缺当中。2021 年上半年，受到疫情影响、电子元器件国产化加快、新兴应 用领域兴起等因素的持续影响，功率半导体行

40、业景气度日趋升高，上游产能日益紧张。 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，疫情缓解后下游需求复苏使得同样主要在 8英寸晶圆上生产 的 MCU、CIS、PMIC 等需求大增。由于缺乏 8英寸对应的设备等原因，fab厂扩产意愿并不强，导致全球 8英寸晶圆产能 紧缺，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%。上游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。图：华虹单季度出货片数除此之外，前期东南亚疫情的持续蔓

41、延更是加剧了功率半导体供需之间的不平衡，英飞凌、安森美、意法半导体等 IDM 大 厂产能遭到严重冲击，导致功率半导体不管是交货周期还是供货价格都呈上升趋势，部分产品如 MOSFET 交期最长仍高达 52 周，处于历史高位。在新能源等下游需求呈爆发式增长的背景下，目前海外进口缺货，市场供不应求，国内供需矛盾日 益凸显。4.2 产能为王，产业链企业纷纷扩产在全球晶圆制造产能紧缺的背景下，产能为王，设计厂和 IDM 纷纷采取措施保证产能供给。斯达半导与华虹达成了战略合 作，携手打造的高功率车规级 12英寸 IGBT芯片已通过终端车企产品验证，同时拟定增募集 35亿元建厂旨在高压 IGBT领 域转向

42、IDM 模式；新洁能在华虹之外寻求海外厂商作为二供，旨在获得产能保障，以减少供应链风险，同时拟定增募资扩 大自身封装产线；IDM 厂商士兰微、闻泰科技、华润微则纷纷兴建 12 寸晶圆厂扩建产能。 国内以华虹半导体、中芯国际、华润微为代表的晶圆制造厂商也在加大资本开支扩充产能，代工产能有望持续释放。扩建充 沛的量产能力将成为国内厂商在行业景气周期契机中争夺市场份额、崭露头角的有力支撑，从而为国产替代奠定良好的基础。以华虹半导体为例，华虹在产业聚集的长三角区域采取本土化战略，将近二十年的功率器件研发经验和产能供给当地的设计 厂商，联合研发、分工配合、协同共进，成为长三角区域设计厂斯达半导、新洁能、

43、东微半导背后的中流砥柱，已经连续四 十几个季度实现盈利。无锡新建的 12 英寸晶圆厂产能在加速爬坡，月产能已超 4 万片，预计 21年底可达 6.5 万片。4.3 国内厂商迎来发展黄金时期，进口替代进程呈加速态势根据近期 SEMI 在其功率和化合物半导体 Fab厂报告 2024中公布的数据，2021年功率和化合物半导体 fab厂的产能同 比增长 7%，预计 2022 年和 2023 年的增长率将继续分别保持在 6%和 5%的水平，并将在 2023 年首次突破 1000 万片/月（WPM），至 1024万 WPM（8英寸等效），2024年将攀升至 1060 万 WPM。根据 SEMI 数据，到

44、2023年中国将以 33% 占据产能的最大份额，有望成为全球功率和化合物半导体晶圆厂产能的领导者。在各项国家和产业政策利好的背景下，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开始重新审视 供应链安全和自主可控的重要性，从长期来看，国产替代仍是今后的大趋势。短期而言，在海外进口产品缺货涨价的现状下， 国内下游客户进口替代意愿强烈，从而愿意给予国内厂商更多的机会。鉴于功率半导体产品技术迭代没那么快，也不要求先 进制程，这给了国内厂商充分的时间去追赶国际先进水平，国内厂商可通过跨代际研发加速缩短与国际巨头的技术和产品差 距，未来国内功率半导体厂商有望迎来发展的黄金时期。具备核心技

45、术实力、产品质量、性价比优势以及产能的国内龙头迎 来绝佳的客户导入窗口期，产品导入进度加快，国产替代的进程有望加速。国内公司坚持自主研发与技术创新，凭借持续的研发投入、强大的研发团队和长期的行业经验积累，持续实现技术迭代与产 品创新升级，提升核心竞争力，为参与和国际巨头的竞逐打下坚实基础。与此同时，国内具备核心竞争优势的厂商已着手布 局附加值更高的高压 MOSFET、IGBT等中高端产品，产品相继量产并带来市场份额的提升。综合供需两端的情况，我们认为功率半导体下游多重需求共振，叠加供给产能紧缺，供需失衡，量价齐升将促进市场空间持 续增长，行业景气度较高且有望保持上行。在双碳目标的驱使下，在“碳中和”政策的助推下，未来能源结构加速转型将成趋 势，“十四五”是推进“碳中和”发展战略的攻坚期，届时国内新能源汽车、光伏风电储能等领域中功率半导体应用市场空 间巨大。同时在各项国家政策利好和产业资金扶持的背景下，核心器件国产化仍将成为功率半导体行业发展的长期主旋律， 产业链相关国内企业将迎来风口。