功率半导体行业面临的挑战

功率半导体行业面临的挑战 一、 功率半导体行业面临的挑战 1、功率半导体行业专业人才相对紧缺 芯片设计行业是典型的技术密集型行业，行业内企业的自主创新离不开在半导体物理学、材料学、电路分析和设计、信息学等领域具有坚实理论基础及丰富从业经验的专业技术人才。虽然近年来国内半导体行业历经了一段快速发展时期，对人才引进和培养的力度逐渐加大，但随着市场需求的不断增长，专业技术人才数量仍难以满足行业发展的需求。 2、功率半导体行业资金实力不强 芯片设计行业属于人才密集、资金密集型行业，面临着产品更新不及时、研发不达预期、难以满足市场需求等风险。同时，面对日趋激烈的市场竞争，行业需要持续投入大量资金用于核心技术及新产品的研发，以保持自身竞争力。 二、 功率半导体器件市场规模 受益于下游需求拉动，全球功率半导体市场规模稳步增长。根据Omdia数据，2020年全球功率半导体市场规模422亿美元，预计2024年将达到538亿美元。 全球功率半导体市场基本被欧洲、美国、日本厂商主导。根据Omdia数据，2020年全球功率分立器件和模组市场规模209亿美元，其中英飞凌占比19．7%，排名第1；安森美占比8．3%，排名第2；意法半导体占比5．5%，排名第3；Top10厂商合计占比58．7%，市场集中度较高。 中国功率半导体市场规模也保持持续增长。根据Omdia数据，2020年中国功率半导体市场规模153亿美元，占全球市场36．3%，预计2024年将达到197亿美元。从产品结构来看，电源管理IC占比61%，MOSFET占比20%，IGBT占比14%。 功率半导体（powersemiconductor）是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率半导体可以分为功率IC（PowerIC）和功率分立器件（PowerDiscrete，包括功率模块）两大类，其中功率器件是功率半导体分立器件的简称，而功率IC则是将功率半导体分立器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成而来。 三、 功率半导体行业产业链剖析：产业链中游工艺复杂，全球生态分工明确 功率半导体产业链上游主要是原材料及设备供应环节，包括晶圆、光刻机、引线框架、宽禁带材料及其他辅助材料的供应;功率半导体产业链中游主要是芯片制造设计封装的生产制造环节，包括功率半导体分立器件和功率模块;功率半导体产业链下游的应用市场涵盖不同领域的电子电器应用环节，包括消费电子家用电器领域、工业控制网络通信领域、航空轨道交通领域以及从发电、输电到用电的整个流程。 四、 功率半导体行业概况 功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要是通过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，具体用途包括变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等。 功率半导体按照封装形式和集成化程度可分为功率分立器件、功率模组及功率IC。①功率半导体分立器件：指二极管、晶闸管等用于处理电能的器件，其本身在功能上不能再进行细分。②功率模块：由两个或两个以上半导体分立器件芯片按一定电路连接并进行模块化封装，主要应用于高压大电流场合，如新能源汽车主驱逆变、高铁/动车组等。③功率IC：指将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在同一芯片的集成电路。 在功率器件中，晶体管份额最大，常见的晶体管主要有BJT、MOSFET和IGBT。①MOSFET：是金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，更适用于高频场景。②IGBT：是绝缘栅双极晶体管，是同时具备MOSFET的栅电极电压控制特性和BJT的低导通电阻特性的全控型功率半导体器件，更适用于高压场景。 五、 中国功率半导体行业政策背景：政策加持，全力布局推动行业发展 由于功率半导体具有巨大的国内和国际市场，且在产业结构升级、节能减排等领域发挥着不可替代的重要作用，为了鼓励国内功率半导体产业的发展，打破国外企业在此领域的垄断，增强科技创新能力，推进节能降耗，建设资源节约型和环境友好型社会，近年来，国家相关部门制订了一系列政策以鼓励、支持、促进国内功率半导体行业的发展。 信息技术产业是关系国民经济安全和发展的战略性、基础性、先导性产业，也是世界主要国家高度重视、全力布局的竞争高地。电子元器件是支撑信息技术产业发展的基石，也是保障产业链供应链安全稳定的关键。2021年1月中国工信部发布了《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》，支持国内功率半导体器件的发展，提出到2023年，电子元器件销售总额达到21000亿元，形成一批具有国际竞争优势的电子元器件企业，力争15家企业营收规模突破100亿元。 六、 中国功率半导体行业竞争格局分析 根据全国乘用车联合会监测零售数据显示，2021年我国新能源乘用车销量前十城市份额占全国的40%，其中北上广深四大一线城市包揽全国新能源汽车销量前四名。上海市是唯一新能源汽车销量突破20万辆的城市，成为2021年全国销量第一的城市，其销量达24．08万辆。深圳市、北京市、广州市和杭州市的新能源汽车销量均超过10万辆，分别为14．9万辆、13．08万辆、12．16万辆和11．95万辆。 我国功率半导体市场呈现金字塔格局，第一梯队为国际大型半导体公司，凭借先进技术占据优势地位;第二梯队为国内少数具备IDM经营能力的领先企业，通过长期技术积累形成了一定的自主创新能力，在部分优势领域逐步实现进口替代;第三梯队是从事特定环节生产制造的企业，如某种芯片设计制造、或几种规格封装测试。 半导体行业是国民经济支柱性行业之一，其发展程度是衡量一个国家科技发展水平的核心指标。功率半导体是半导体行业的重要组成部分，关系到我国智能电网、高铁动力系统、汽车动力系统等关键零部件的自主可控战略，属于国家高度重视和鼓励发展的行业。当前，国家政策大力扶持为中国功率半导体行业创造良好的发展环境，同时下游市场景气程度较高，为功率半导体功率的需求提供了有力支撑，半导体产业重心转移及第三代半导体材料发展带来巨大机遇。 在下游需求的持续带动下，国内功率半导体产业链不断完善，技术不断进步，已经成为全球最大的功率半导体消费国。随着全球贸易摩擦不确定性增加，加速进口替代成为必然趋势，也将为中国半导体产业发展带来新的机遇。一方面新能源汽车快速增长，另一方面清洁能源业务快速增长，两方面业务带来对半导体功率器件需求的拉动，另外新的电子化、智能化的应用场景越来越多。从整体看前瞻认为功率半导体行业的市场景气度仍继续维持。展望未来，功率半导体成长所需的两大核心下游应用场景（新能源车、光伏）中，中国市场亦将扮演不可或缺的角色，因此可以预见，中国功率半导体市场占全球市场的比重有望继续提升，中国市场的重要性有望进一步凸显。 根据Omdia预测，预计未来中国功率半导体将继续保持平稳增长，2022-2027CAGR约4．5%左右，超过全球功率半导体市场增速。至2027年中国功率半导体行业市场规模有望达到238亿美元。 从产业竞争格局来看，全球功率半导体中高端产品生产厂商主要集中在美国、欧洲、日本和韩国。较于国际同行，中国功率半导体行业起步较晚，主要通过国外引进及国内企业自主创新，逐步提升行业的国产化程度，满足日益增长的下游需求。国际厂商在技术和工艺方面具有先发优势，产品门类更为齐全，形成规模经济，整体竞争力较国内企业更具优势。目前，只有少数本土公司通过长期的技术积累和持续的自主创新，在功率半导体的细分产品领域具备芯片研发、设计、制造全方位的差异化竞争优势，通过产品改进和客户积累，在某些特定下游应用领域具备优势，在国内竞争主体众多的环境中处于相对领先地位。 作为电子系统中的基本单元，功率半导体是电力电子设备正常运行不可或缺的部件，应用场景广泛，且需求日益丰富。从行业技术和性能发展来看，功率半导体器件结构朝复杂化演进，功率半导体的衬底材料朝大尺寸和新材料方向发展；由于不同结构和不同衬底材料的功率半导体电学性能和成本各有差异，在不同应用场景各具优势，功率半导体市场呈现多器件结构和多衬底材料共存的特点。 功率半导体自20世纪50年代开始发展起来，至今形成以二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等为代表的多世代产品体系。新技术、新产品的诞生拓宽了原有产品和技术的应用范围，适应更多终端产品的需求，但是，每类产品在功率、频率、开关速度等参数上均具有不可替代的优势，功率半导体市场呈现多世代并存的特点。 七、 功率半导体产业链 功率半导体是处理较高电压的半导体器件，是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等，一般处理的电压范围在几十伏到几百伏之间。功率半导体产业链包括上游原材料，中游的芯片制造设计封装，以及下游的应用。功率半导体产业链上游原材料层面，与整体半导体产业相似，晶圆供应商在上游产业链中仍占据较大话语权。 全球范围来看，12寸晶圆产能是过去几年主流新建方向，8寸晶圆产能增长缓慢。在行业需求迅速回暖之时，功率器件代工供给资源更显紧张。在供需失衡情况下，晶圆代工成本及功率器件售价均呈现上涨趋势，行业有望迎来量价齐升。 八、 功率半导体应用范围 功率半导体下游应用广泛，基本上涉及到电力系统的地方都会使用功率器件。下游应用领域主要可分为几大部分：消费电子、新能源汽车、可再生能源发电及电网、轨道交通、白色家电、工业控制，市场规模呈现稳健增长态势。基于不同应用场景所对应的功率和频率，人们选择使用相应的功率器件和基材。 九、 中国功率半导体行业发展现状分析 （一）中国功率半导体市场需求高景气，代表企业产品销量逐年增长 中国是全球功率半导体最大需求国，新能源光伏发展有望带动比重进一步提升。随着工业控制、通信和消费电子等核心下游不断往国内转移，中国已成长为全球最大的功率半导体需求国之一。功率半导体用于所有电力电子领域，应用范围涵盖电源管理、计算机及外设设备、通信、消费电子、汽车电子、工业控制等多个领域。传统市场成熟稳定且增速缓慢。行业发展主要依靠新兴领域如新能源汽车、可再生能源发电、变频家电等带来的巨大需求缺口。 整体来看，2018年以来，随着国内经济结构转型升级，物联网、新能源、新材料、节能环保和新一代通信网络等新兴行业强力发展，推动了我国电子制造产业快速回升，大大拉升了对上游功率半导体产品的需求。功率半导体代表性企业逐步扩大生产规模，随着公司与既有客户的合作关系日趋稳固，以及公司不断打开新的市场，产品销量同步呈不断提高的趋势。 自2020年下半年起，国内功率半导体需求呈现高景气特征，叠加产能不足因素，供求出现显著错配。自2020年11月以来，相关功率半导体龙头公司纷纷宣布提价。2021年2月，士兰微发布部分产品品类涨价通知，包括MOS类、IGBT、SBD、FRD、功率对管等。另外，瑞萨火灾等意外事件也使得本已紧张的全球产能更加吃紧。 （二）中国功率半导体行业进出口总额整体呈增长趋势，贸易逆差波动变化 近年来，我国功率半导体制造进出口贸易情况总体较好，2017-2021年进出口总额呈波动上升态势，2021年为309．44亿美元，较2020年增长27．88%。其中，进口金额为18．35亿美元，出口金额为12．59亿美元，贸易逆差为5．76亿美元。 从中国功率半导体行业进口来源地的金额占比来看，中国保税区、马来西亚、日本、菲律宾、台澎金马关税区、德国、韩国、匈牙利、泰国、墨西哥、马来西亚是我国功率半导体行业的前十大进口来源地，进口金额的占比分别为49．49%、11．43%、7．52%、5．90%、、5．75%、3．67%、3．44%、2．85%、2．47%、1．38%、0．44%。 从中国功率半导体制造行业出口地的金额占比来看，中国香港、新加坡、德国、台澎金马关税区、日本、美国、韩国、越南、印度、泰国是我国功率半导体制造行业的前十大出口地，出口金额占比分别为18．37%、12．91%、9．75%、5．19%、4．29%、3．2