貞光科技：功率半導(dǎo)體行業(yè)研究框架

貞光科技從車規(guī)微處理器MCU、功率器件、電源管理芯片、信號(hào)處理芯片、存儲(chǔ)芯片、二、三極管、光耦、晶振、阻容感等汽車電子元器件為客戶提供全產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)解決方案！

功率半導(dǎo)體是必選消費(fèi)品，人需要吃“柴米油鹽”，機(jī)器同樣也需要消耗功率器件，任何和電能轉(zhuǎn)換有關(guān)的都需要功率半導(dǎo)體 。

從行業(yè)增長來看，需求來自于各行各業(yè)，單機(jī)半導(dǎo)體（硅）含量的提升是核心規(guī)律。從行業(yè)發(fā)展來看，所有技術(shù)進(jìn)步都指向更高的功率 、更小的體積、更低的損耗、更好的性價(jià)比。方正證券預(yù)計(jì)，未來3-4年，IDM模式的企業(yè)比fabless在成本端上更有優(yōu)勢(shì)。

1、行業(yè)增長模型：需求驅(qū)動(dòng)

行業(yè)增長需求來自各行各業(yè)，單機(jī)半導(dǎo)體（硅）含量的提升是核心規(guī)律。功率半導(dǎo)體使得變頻設(shè)備廣泛應(yīng)用于日常消費(fèi)。
◆手機(jī)：ESD保護(hù)相關(guān)的功率半導(dǎo)體遍布全身，推動(dòng)手機(jī) 功率半導(dǎo)體需求丌斷增長 ?！羰謾C(jī)充電器：“閃充”需求逐步增加，功率半導(dǎo)體數(shù)量和性能要求提升?！羝嚕汗β拾雽?dǎo)體遍布整個(gè)汽車電子系統(tǒng)，推動(dòng)汽車 功率半導(dǎo)體需求增加。◆電力：柔性輸電技術(shù)都需要大量使用IGBT等功率器件。◆風(fēng)電：可再生清潔能源提供功率半導(dǎo)體新市場?！舾哞F：隨著變流器需求增加，行業(yè)得到持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

手機(jī)：單機(jī)硅含量保持穩(wěn)定
手機(jī)上所有有接口的地?cái)诙夹枰?ESD保護(hù)，比如麥克風(fēng)、聽筒、耳機(jī)、揚(yáng)聲器、SIM卡、Micro SD、NFC天線、GPS天線、WiFi天線、觸屏、2G/3G/4G RF 天線、USB 接口、鋰電池、電源鍵位置都有ESD 保護(hù)器件。最多的手機(jī)用20多顆，少的用10多顆。

手機(jī)充電器：快充推動(dòng)硅含量進(jìn)一步提升
隨著人們對(duì)充電效率的要求逐步提高，手機(jī)充電出現(xiàn)了“快充”模式，即通過提高電壓來達(dá)到高電流高功率充電，但高電壓存在安全隱患，需要添加同步整流的MOS管來調(diào)整；后來出現(xiàn)較為安全的“閃充” 模式，即通過低電壓高電流來實(shí)現(xiàn)高速充電，這對(duì)同步整流MOS管的要求更高，目前較為普遍的是GaN-mos管，它可以實(shí)現(xiàn)發(fā)熱少、體積小的目的。

汽車：單車含硅量不斷提升

根據(jù)富士電機(jī)資料，汽車電子的核心是MOSFET和IGBT，無論是在引擎、戒者驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的變速箱控制和制動(dòng)、轉(zhuǎn)向控制中還是在車身中，都離丌開功率半導(dǎo)體。在傳統(tǒng)汽車中的劣力轉(zhuǎn)向 、輔助剎車以及座椅等控制系統(tǒng)等，都需要加上電機(jī)，所以傳統(tǒng)汽車的內(nèi)置電機(jī)數(shù) 量 迅 速 增 長 ， 帶 動(dòng)了MOSFET的市場增長。
新能源汽車中，除了傳統(tǒng)汽車用到的半導(dǎo)體需求之外，還需要以高壓為主的產(chǎn)品，如IGBT，對(duì)應(yīng)的部件有逆變器、PCT加熱器、空調(diào)控制板等。

根據(jù)Strategy Analytics分析，在傳統(tǒng)汽車中，平均車身半導(dǎo)體總價(jià)值約為338美元，其中功率半導(dǎo)體占比21%，約71美元；在混合電動(dòng)車中，車身半導(dǎo)體總價(jià)值約為 710美元，其中功率半導(dǎo)體的占比達(dá)到49.8%， 而在純電動(dòng)汽車中的功率半導(dǎo)體占比最高，高達(dá) 55%。

特斯拉（雙電機(jī)全驅(qū)動(dòng)版）使用 132個(gè)IGBT管，其中后電機(jī)為96個(gè)，前電機(jī)為36個(gè)，每個(gè)單管的價(jià)格大約4-5美元，雙電機(jī)合計(jì)大約 650美元，如果采用模塊，需要12-16個(gè)模塊，成本大約1200美元。通信：5G帶來基站電源硅含量提升

電力：每公里硅含量保持穩(wěn)定

智能電網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)， 整流器、逆變器和特高壓直流輸電中的FACTS柔性輸電技術(shù)都需要大量使用IGBT等功率器件。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2021年我國智能電網(wǎng)行業(yè)投資規(guī)模將達(dá)到近23000億元。 風(fēng)電：每兆瓦硅含量保持穩(wěn)定
風(fēng)力發(fā)電的逆變?cè)O(shè)備，可以將蓄電池中的DC12V直流電轉(zhuǎn)換為和市電相同AC220V交流電。逆變器主要是由MOS場效應(yīng)管與電源變壓器為核心，通過模擬電路技術(shù)連接的。2016年至2018年，我國風(fēng)電裝機(jī)量從18.73GW增至21GW，2019年僅前5個(gè)月裝機(jī)量就新增6.88GW，增長趨勢(shì)迅猛。

高鐵：單列車硅含量保持穩(wěn)定

牽引變流器將赸高電流轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的動(dòng)力 ，每輛列車兯裝有 4臺(tái)變流器，每臺(tái)變流器搭載了32個(gè)IGBT模塊。 總的來說，一輛高鐵電動(dòng)機(jī)車需要 500個(gè)IGBT模塊，動(dòng)車組需要赸過 100個(gè)IGBT模塊，一節(jié)地鐵需要50-80 個(gè)IGBT模塊。
2018年全國動(dòng)車組產(chǎn)量達(dá) 2724列，同比增長5%。世界范圍內(nèi)新一輪高鐵建設(shè)熱潮正在展開，而大多數(shù)國家對(duì)高速鐵路的技術(shù)研究仍處于初級(jí)階段 。從需求來看，中國高鐵的出口將存在廣闊的國際市場空間。

2、 行業(yè)發(fā)展邏輯：技術(shù)驅(qū)動(dòng)

綜述：產(chǎn)品性能要求：1）更高的功率 2）更小的體積 3）更低的損耗 4）更好的性價(jià)比。產(chǎn)品形態(tài)從單一的二極管，MOS管向融合的 IGBT發(fā)展，從硅襯底往寬禁帶半導(dǎo)體襯底邁進(jìn)。
硅襯底（高損耗，高性價(jià)比）◆二極管：高電壓（高功率）◆MOS管：高頻率（小體積）◆IGBT：高電壓+高頻率（高功率+高頻率）
化合物半導(dǎo)體襯底（低損耗，低性價(jià)比）更寬的禁帶使得產(chǎn)品產(chǎn)品性能和效率進(jìn)勝于硅襯底的功率器件，目前只是性價(jià)比斱面還不是太有優(yōu)勢(shì)。
未來趨勢(shì)：化合物半導(dǎo)體制造的成本降低，憑借其優(yōu)勢(shì)替代硅基的功率半導(dǎo)體器件指日可待。

硅襯底：二極管（高電壓）
二極管是最簡單的功率器件，只允許電流在一個(gè)斱向上流動(dòng) 。二極管的作用相當(dāng)于電流的開關(guān)， 常用作整流器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，廣泛應(yīng)用于功率轉(zhuǎn)換 ，無線電調(diào)制和電流轉(zhuǎn)向。

硅襯底：MOS管（高頻率）
功率MOSFET器件工作速度快，故障率低，開關(guān)損耗小，擴(kuò)展性好。適合低壓 、大電流的環(huán)境，要求的工作頻率高于其他功率器件 。

硅襯底：IGBT（高電壓+高頻率）
IGBT=二極管+MOS管，IGBT結(jié)合了 MOSFET不二極管的雙重優(yōu)點(diǎn)，即驅(qū)動(dòng)功率小 、飽和壓降低，廣泛應(yīng)用于 600V 以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路等領(lǐng)域。

化合物襯底的功率半導(dǎo)體
需求：應(yīng)用于效率很關(guān)鍵的電力電子設(shè)備中。
優(yōu)勢(shì)：禁帶寬度是硅的3倍，零界擊穿電場強(qiáng)度是硅的9倍，導(dǎo)熱系數(shù)更高。

化合物半導(dǎo)體市場空間

SiC器件正廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域 ，市場前景廣闊，據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2020年到2022年，SiC年復(fù)合增長率將達(dá)到40%，新能源汽車為其最大驅(qū)動(dòng)力 。GaN市場也迎來高速發(fā)展，主要推動(dòng)力來自電源 、 新能源汽車等斱面的需求

氮化鎵（GaN）襯底

GaN的臨界電場強(qiáng)度比硅片高，在導(dǎo)通電阻和擊穿電壓斱面更加有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)做出更小器件的目的，同 時(shí)其電氣端子也能更緊密地相聯(lián)系。目前，GaN顯示出廣闊的發(fā)展前景，盡管只有少數(shù)廠商展示商業(yè)化的GaN技術(shù)，但已有許多公司投入GaN技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。GaN具有不MOS制程的相容性和低成本的優(yōu)勢(shì)， 將逐步取代MOSFET幵實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用。

碳化硅（SiC）襯底

3、行業(yè)壁壘和競爭格局

IDM模式的優(yōu)勢(shì)：參與競爭的主流廠商都是IDM模式，IDM廠家是設(shè)計(jì)和制造一體化，優(yōu)勢(shì)在于：
◆制造產(chǎn)品的特殊工藝保密性好，產(chǎn)品效率提升，參數(shù)優(yōu)化更容易實(shí)現(xiàn)◆優(yōu)化設(shè)備參數(shù)更加靈活，規(guī)模化生產(chǎn)更斱便
長期被歐美廠商壟斷：國內(nèi)IDM模式廠很少，核心的工藝都在歐美廠商自己內(nèi)部，憑借其產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)控制交貨周期，從而掌控整個(gè)行業(yè)的價(jià)格體系。IDM模式：自主掌握核心BCD模擬電路工藝

C-D工藝：功率集成電路最核心的工藝。每種BCD工藝都具備在同一顆芯片上成功整合三種丌同制造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)， 給產(chǎn)品帶來高可靠性，低電磁干擾，縮小芯片面積等作用。全球功率半導(dǎo)體市場空間根據(jù)IHS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年全球功率器件市場規(guī)模約為391億美元，預(yù)計(jì)至 2021年市場規(guī)模將增長至441億美元，年化增長率為4.1%，市場規(guī)模穩(wěn)步增長。目前國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈正在日趨完善，技術(shù)也正在取得突破。同時(shí)，中國也是全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國，2018年市場需求規(guī)模達(dá)到138億美元，年化增長率為9.5%，占全球需求比例高達(dá)35%。預(yù)計(jì)未來中國功率半導(dǎo)體將繼續(xù)保持較高速度增長，2021年市場規(guī)模有望達(dá)到159億美元，年化增速達(dá)4.8%。

全球功率半導(dǎo)體公司市占率
2018年全球功率半導(dǎo)體市場top8的公司里無一家中國企業(yè)，合計(jì)占 55.4%的市場份額。表明當(dāng)前功率半導(dǎo)體廠商以歐美日為主，中國功率半導(dǎo)體廠商仍需繼續(xù)努力追趕，做強(qiáng)自己，面向國際。2018年中國MOSFET銷售規(guī)模約為183億元，其中市場份額前六位的公司里僅有一家中國本土企業(yè) ——華潤微電子，市占率為8.7%，而排名前兩位的海外企業(yè)市占率合計(jì)為 45.3%，占據(jù)了近一半的市場份額。由此看來，中國MOSFET市場仍然大量依靠進(jìn)口，未來進(jìn)口替代空間巨大。

功率半導(dǎo)體價(jià)格堅(jiān)挺

MOSFET、IGBT及二極管的產(chǎn)品交 期普遍在20周以上，貨期趨勢(shì)都是縮短，可見供應(yīng)商存貨充足。隨著5G的建設(shè)發(fā)展，新能源電動(dòng)汽車的崛起，將會(huì)有效拉動(dòng)功率半導(dǎo)體市場的需求，從而促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。預(yù)測(cè)未來功率半導(dǎo)體市場前景廣闊，交期會(huì)逐漸變長。

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